用于利用电磁制动器来控制连续铸造的设备及方法

摘要

一种用于控制连续铸造的设备，包括一模具(11)，所述模具(11)设有至少一入口端(12)，通过所述至少一入口端(12)将一液态金属(13)引入。再者，根据本发明，所述用于控制连续铸造的设备包括：至少一电磁制动器(16)，与所述模具(11)相关，且配置用以在所述液态金属(13)中诱导多个再循环流(17)；及一控制与命令单元(18)，至少与所述电磁制动器(16)连接，并配置用以管控所述电磁制动器(16)的功能。

说明书

技术领域

本发明关于一种用于控制连续铸造的设备。更特别地，所述用于控制连续铸造的设备允许侦测存在于一模具中的液态金属的表面轮廓，并且可能控制与所述膜具相关的多个操作单元的功能，例如，一液态金属排放器及/或多个电磁制动器。

本发明也关于一种用于控制连续铸造的对应方法。

背景技术

已知多种连续铸造设备通常包括一模具，在所述膜具中，由于一液态金属与所述膜具的多个冷却壁的交互作用，所述液态金属被引入进行固化。

因此，这些连续铸造设备包括一排放装置或喷嘴，所述排放装置或喷嘴位于所述膜具的一入口端处，并且在所述入口端中将来自另一容器，例如一漏斗，的所述液态金属排放出。所述喷嘴还可配置用以运送一工艺气体，例如，诸如氩气的一惰性气体，以便将欲排放的所述液态金属分离出。

还已知的是，散布粉末以覆盖及保护在所述液态金属的自由表面，也称为弯月面，上的所述液态金属。

这些粉末具有防止所述液态金属氧化及分散位在所述膜具的上部分中的所述液态金属的热能的多个功能。再者，所述多个粉末被放置在所述膜具的所述多个壁与正在固化的所述金属表面(metal skin)之间，其有助于润滑、促进金属产品的提取，并避免一黏附现象，也称为“黏着”。

还已知的是，使多种电磁装置与所述膜具相关，也称为电磁制动器，其被提供用以控制存在于所述液态金属中的多个再循环流的方向及速度。所述多个再循环流假如受到控制，则可避免所述铸造产品的多个缺陷的发生，例如，偏析、夹杂物，或内部孔隙。

然而，在所述连续铸造期间，所述多种电磁制动器的启动必须至少根据所述铸造的速度、所述膜具的宽度、所述喷嘴在所述膜具中的所述位置的深度，意即浸没、所述工艺气体通过所述喷嘴的流速来受到合适的控制。

事实上，根据所述多种电磁制动器能够产生的所述启动，可获得所述液态金属的所述多个流动的不同配置。

仅通过示例的方式，可获得具有一单一再循环，也称为“单辊”，或二次再循环，也称为“双辊”，的所述液态金属的多个再循环流。

所述单一再循环类型通常是不需要的，并且通常是通过铸造的复杂性所产生，这导致最终产品的多个质量问题。产生的唯一的再循环本质上从所述模具的内部朝向外部延伸，从而造成邻近于所述喷嘴的所述液态金属朝向所述弯月面的一过度扰动。

另一方面，所述二次再循环类型呈现出所述膜具内部的所述多个流动的最佳配置，以获得一高质量的产品。

事实上，所述二次再循环类型产生朝向所述液态金属的所述表面延伸的一再循环，以及深度延伸至所述膜具中的一再循环。

为了获得所述二次再循环类型，必须在多个上部再循环与多个下部再循环之间产生一平衡。

事实上，假如相较于下部再循环存在有过多的上部再循环，则在所述弯月面的表面上产生一高涡量，这可能导致在所述铸造产品中的多个缺陷的发生，例如：

非均质性的固化造成的纵向裂缝；

熔化的润滑粉末的非均质性分布所产生的裂缝及粘着；

产生多个涡流并夹带粉末的扰动，从而产生多个非金属夹杂物。

另一方面，假如相较于上部再循环存在有过多的下部再循环，则所述弯月面在所述膜具的所述多个壁附近冻结。

例如，在多个专利文件欧洲专利公开号EP1567296B1、EP1021262B1及日本专利公开号JPS63104758A中描述一些已知用于监控及调节再循环的设备及方法。

本发明的一目的在于发展一种用于控制连续铸造的设备，相较于多个已知设备及方法，所述设备允许以一更有效率且更准确的方式来解决上文所强调的多个问题。

本发明还有一目的在于提供一种用于控制连续铸造的设备，所述设备允许增加多个铸造产品的所述质量。

本发明还有一目的在于提供一种用于控制连续铸造的设备，所述设备制造且安装简单，并且经济实惠。

本发明还有一目的在于完善一种用于控制连续铸造的方法，所述方法允许增加所述多个铸造产品的所述质量。

本申请人已经设计、测试及体现了本发明，以克服现有技术的多个缺点，并获得这些与其他目的及优点。

发明内容

本发明在多个独立权利要求中进行阐述及表征，同时多个依附权利要求描述了本发明的其他特征或针对主要发明构想的多个变型。

根据上文的多个目的，根据本发明的一种用于控制连续铸造的设备，包括：

一模具，设有至少一入口端，通过所述至少一入口端将一液态金属引入；

至少一电磁制动器，与所述模具相关，且配置用以在所述液态金属中诱导多个再循环流；及

一控制与命令单元，至少与所述电磁制动器连接，并配置用以管控所述电磁制动器的功能。

根据多个可能的方案，所述控制设备包括多个侦测工具，至少在一使用条件下，所述多个侦测工具位在所述模具的所述入口端上方，并且分别配置用以侦测相对于所述液态金属的水平面的至少一相互距离。所述控制与命令单元也与所述多个侦测工具连接，以便从每个所述侦测工具获得每个距离的数据，并处理与所述多个侦测工具的定位相关的这些数据，以及确定所述液态金属的表面轮廓的发展的多个特征参数，且基于所述表面轮廓的所述发展的所述多个特征参数来至少命令所述电磁制动器的驱动。

相对于所述液态金属的所述表面轮廓的所述发展的此配置允许评估在所述模具中建立的所述多个再循环流对于获得一高质量的铸造产品是否特别有效。

在本文与下面的描述及多个权利要求中的表述“表面轮廓的侦测”意旨为包括侦测这样的液态金属的所述轮廓的形状，及/或侦测通常存在于所述模具中的所述液态金属的所述水平面上方的多个层，例如，设置用以保护所述液态金属的多个保护性粉末层。

本发明还关于一种用于控制连续铸造的方法，所述方法提供用以通过使一液态金属通过一模具的一入口端来铸造所述液态金属。在铸造期间，一控制与命令单元管控与所述模具相关的一电磁制动器的功能，从而诱导在所述液态金属中的多个再循环流。

根据本发明的一可能的实施方式，所述方法包括：至少在一使用条件下，通过位在所述入口端上方的多个侦测工具来侦测相对于所述液态金属的水平面的至少一相互距离的数据；处理与所述多个侦测工具的定位相关的至少一距离的所述数据；确定表面轮廓的发展的多个特征参数；及基于所述表面轮廓的所述发展的所述多个特征参数来至少驱动所述电磁制动器，从而确定所述液态金属的多个预定的再循环流。

在一些实施例中，所述多个特征参数可包括所述表面轮廓的演变速度，及/或在多个预定时间间隔上计算出所述距离一时间平均值，及/或每个所述侦测工具的所述时间平均值的多个瞬时偏差。

在一些实施例中，所述多个特征参数可包括所述表面轮廓的空间梯度，及/或在不同位置侦测到的所述多个距离的一空间平均值，及/或每个所述侦测工具的所述空间平均值的多个瞬时偏差。

这些特征不仅基于在空间上所定位的及在时间上所定义的信息，还根据所述膜具的整个截面来评估所述表面轮廓的整个形状随着时间的总体发展，进而允许监控所述表面轮廓的所述发展，而提供比多个已知的设备更准确的监控。

附图说明

通过以下一些实施例的描述，本发明的这些及其他特征将变得显而易见，这些实施例参考多个附图来被提供作为一非限制性示例，其中：

图1为根据本发明的一种用于控制连续铸造的设备的一示意图；

图2为图1的一俯视图；

图3显示出图1的一变型；

图4显示出图1的另一变型；

图5示意性地显示出在一膜具中的流体动力运动。

为了便于理解，在可能的情况下已经使用多个相同的附图标记来标识所述多个附图中的多个相同的共同元件。应当理解的是，一实施例的多个元件及多个特征可合宜地结合到其他实施例中，而无需进一步说明。

具体实施方式

参考多个附图，总体上利用附图标记10来指出根据本发明的一种用于控制连续铸造的设备10。

根据本发明，所述控制设备10包括一膜具11，所述膜具11设有一入口端12，一液态金属13通过所述入口端12被引入进行后续的固化。

虽然为非限制性的，但本发明的多个优选的实施例提供的是，所述膜具11配置用以铸造多个厚板。

特别地，本发明可被应用在任何类型的可连续铸造的厚板，例如，具有被包括在22毫米与500毫米之间的厚度及介于500毫米至4500毫米之间的宽度。

所述膜具11设有多个壁14，所述多个壁14适合通过多种冷却装置来进行适当的冷却，其未显示出。

特别地，假如所述膜具11为针对厚板的类型，则所述多个壁14大致上由多个成对相对设置的平坦板件所限定，其中一第一成对板件14a具有比一第二成对板件14b的多个表面尺寸更大的多个表面尺寸。

所述液态金属13的所述固化发生在所述膜具11中，因此形成一含有固化的表面15。

所述膜具11沿着一大致垂直或拱形(arched)的铸造轴线X延伸。

根据本发明的一方面，所述控制设备10包括至少一电磁制动器16，所述至少一电磁制动器16与所述膜具11相关，且配置用以诱导在所述液态金属13中的多个在循环流17(图5)。

所述电磁制动器16可附接至所述膜具11，例如，在所述膜具的多个壁14的一外部表面上。

根据一可能的方案(图1至3)，所述控制设备10包括多个电磁制动器16，在使用期间，所述多个电磁制动器16连接在所述膜具11的所述第一成对壁14a外部的多个表面上。

根据多个可能的实施例，所述控制设备10可包括多个电磁制动器16，例如，所述膜具11的每个所述壁14有至少一个。

根据一可能的方案，所述第一成对板件14a可分别包括一相应的电磁制动器16，所述相应的电磁制动器16在所述板件的整个宽度上延伸。

根据多个变型的实施例，所述第一成对板件14a可分别包括多个电磁制动器16，所述多个电磁制动器16被定位成邻近于且在相对于所述模具的一中央线的一对称位置中。

特别地(图4)，其可提供的是，所述第一成对件14a的每个板件具有：至少一第一电磁制动器16，在此例子中，沿着所述铸造轴线间隔开的两个位在相对于所述模具11的中轴线的一侧上；及一第二电磁制动器16，在此例子中，沿着所述铸造轴线X间隔开的两个位在相对于所述模具11的所述中轴线的与所述第一相对的一第二侧上。再者，在一中央位置中，意即与所述中轴线对齐，对于所述第一成对件14a的每个板件，另一电磁制动器16可被提供放置在所述第一电磁制动器16与所述第二电磁制动器16之间。

所述电磁制动器16可包括多个线圈，所述多个线圈可能被冷却，并且适当地由电力驱动，以在所述模具11中产生多个预定的再循环流。

根据本发明的另一方面，所述控制设备10包括一控制与命令单元18，所述控制与命令单元18与所述至少一电磁制动器16连接，并且配置用以管控所述至少一电磁制动器16的功能。

仅通过示例的方式，所述控制与命令单元18可配置用以控制供应给所述多个电磁制动器16的电能的至少一电参数，例如，电压及/或电流。仅通过示例的方式，其可提供的是，所述控制与命令单元18配置用以控制上述电参数的强度或频率中的至少一个。

根据本发明的多个另外的实施例，至少在一使用条件下，所述控制设备10包括多个侦测工具19，所述多个侦测工具19位在所述模具11的所述入口端12上方，并且分别配置用以侦测相对于所述液态金属13的水平面的至少一相互距离22。

所述控制与命令单元18可配置用以从每个所述侦测工具19获得每个距离22的数据，并处理与所述多个侦测工具19的定位相关的这些数据，从而确定所述液态金属13的表面轮廓20的发展的多个特征参数。

有利地，所述处理与所述多个侦测工具19的定位相关的所述距离22允许用来确定所述液态金属13沿着所述模具11的整个截面的整个表面轮廓的形状，而不仅仅是如一些已知方案中的在多个局部与周边(circumscribed)部分上。

再者，所述控制与命令单元18可处理每个距离22的所述数据，所述每个距离22的数据确定了作为所述多个特征参数的在不同位置侦测到的所述多个距离22的一空间平均值，以及每个所述侦测工具19的所述空间平均值的多个瞬时偏差。

在一些实施例中，其他可能的特征参数可为所述表面轮廓20的空间梯度或多个更高阶的导数(derivatives)，其允许监控在所述表面轮廓20的所述发展中的所述多个空间变化的程度。

所述多个侦测工具19可配置用以侦测在多个预定的时间片刻的所述相互距离22，例如，相对于所述铸造过程的多个特定的操作步骤。根据多个变型实施例，所述多个侦测工具19可配置用以基本上连续侦测所述相互距离22。

在这些实施例中，所述控制与命令单元18可处理每个距离22的所述数据，所述每个距离22的数据确定了作为所述多个特征参数的在多个预定时间间隔上的每个所述距离22一时间平均值，以及每个所述侦测工具19的所述时间平均值的多个瞬时偏差。

在一些实施例中，其他可能的特征参数可为从多个时间导数开始计算的所述表面轮廓20的所述发展的演变速度。

与瞬时、时间与空间的平均值及偏差相关的所述多个特征参数允许获得所述表面轮廓的所述发展的一准确的确定，这是因为，例如，减少了与所使用的多个感测器的类型有关的背景噪声影响，及由于所述液态金属的多个气泡或飞溅的形成而导致的在所述侦测中的多个随机误差。再者，可立即在一个或多个所述侦测工具19中辨识到多个可能的故障，例如，假如它/它们发送的数据在系统上与所述多个平均值相差甚远。

基于所述表面轮廓20的所述发展的所述多个特征参数，所述控制与命令单元18还可至少确定在所述至少一电磁制动器16上的启动，从而确定所述液态金属13的多个预定的再循环流17。

所述控制与命令单元18可配置用以管控上述多个组件的功能，并且至少命令所述电磁制动器16的驱动，以便维持所述表面轮廓20的所述发展的均一性。

有利地，与所述表面轮廓20的所述空间梯度及所述演变速度相关的所述多个特征参数允许分别利用合适的驱动速度及强度来驱动所述电磁制动器16，以便有效率地调节所述多个再循环流17。

因此，此特征允许获得在空间及时间上为恒定且规律的多个再循环流，从而提高所述铸造产品的质量。

根据本发明的一可能的实施例，所述多个侦测工具19可包括多个感测器21，所述多个感测器21位在所述液态金属13的所述表面的上方。

根据多个可能的方案，每个所述感测器21配置用以侦侧相对于所述液态金属13的所述水平面的一相互距离22。

特别地，每个所述感测器21与所述控制与命令单元18连接，所述控制与命令单元18配置用以获得每个距离22的数据，并处理与所述多个感测器21的定位相关的这些数据，以及确定所述表面轮廓20。

特别地，所述控制与命令单元18可至少存储每个所述感测器21的相对于其他感测器及相对于所述模具11的上端12的一相互位置。

分布在所述液态金属的所述水平面上方的多个感测器21的存在允许使用具有一减小的侦测场的多种感测器，意即，对于所述模具11的所述上端12而言，尺寸较小且不太具有侵入性的多种感测器。

根据多个可能的方案，所述多个感测器21可包括多个感应电流感测器，意即，涡电流感测器。此种感测器类型的使用允许具有快速的反应时间。再者，此种感测器类型的使用还允许将后者重新用于其他模具及用于不同的应用。

根据多个可能的变型实施例，所述多个感测器可选自于包括有热学、光学、激光、雷达或电容式感测器的一群组。

根据本发明的一可能的方案，所述多个感测器可沿着与所述铸造轴线X正交的一轴线Y对齐设置。

在所述模具11为针对厚板的类型的实施例中，所述Y轴线被定位成大致平行于具有多个较大尺寸的所述成对壁。

例如，所述多个感测器21可以相对于所述铸造轴线X在一侧及另一侧上的一对称方式，以及以一分散的次序来分布。

再者，所述多个感测器21可彼此等距间隔开，从而能够以一均匀的方式侦测所述表面轮廓20。

所述多个实施例的变化提供的是，所述多个感测器21仅分布在一侧上，意即，相对于所述铸造轴线X仅在所述液态金属13的所述表面的一部分上。

在这些例子中，假设所述表面轮廓20的所述发展相对于所述铸造轴线X为对称的。这些实施例可被用在具有小尺寸的多个模具11上，其中所述表面轮廓20沿着所述铸造轴线X几乎为对称的。

在本发明的多个变型中，所述多个侦测工具19可包括：一侦侧器23，例如，可为上文所指出的一感测器类型，并配置用以侦测相对于所述液态金属13的一距离22；及一移动装置24，配置用以将所述侦侧器23移动至所述液态金属13的所述水平面上方，意即，所述上端12上方。

根据一可能的方案，所述移动装置24配置用以将所述侦测器23沿着与所述铸造轴线X正交的一纵向轴线Z移动。

在所述模具11为针对厚板的类型的实施例中，所述纵向轴线Z被定位成大致平行于具有多个较大尺寸的所述成对壁。

所述移动装置24可设有至少一引导元件25，所述侦侧器23可滑动地沿着所述纵向轴线Z安装在所述至少一引导元件25上。

所述引导元件25可与所述模具11的所述入口端12相关。

所述引导元件25可在所述模具11的整个宽度上延伸。

所述侦侧器23与所述控制与命令单元18连接，所述控制与命令单元18配置用以接收通过所述侦测器23在其移动期间即时侦测到的所述距离数据22，以此方式进行所述液态金属的所述表面的扫描。所述控制与命令单元18通过处理此距离数据22来确定所述表面轮廓20的所述发展的所述多个特征参数。

在本发明的一些实施例中，根据本发明的所述控制设备10包括一喷嘴26，所述喷嘴26配置用以将所述液态金属18排放至所述模具中。

所述喷嘴26与所述控制与命令单元18连接，所述控制与命令单元18配置用以相对于所侦测到的所述表面轮廓20的所述发展的所述多个特征参数来管控所述喷嘴26的功能。

所述喷嘴26通过所述上端12被定位在所述模具11中，且部分浸没在所述液态金属13中。

根据多个可能的方案，所述喷嘴26可与多个移位装置27相关(图1)，所述多个移位装置27配置用以在平行于所述铸造轴线X的一方向上移动所述喷嘴26，并改变所述喷嘴26的一离开端在所述模具11中的定位。

根据多个可能的方案，多个运送装置28也可与所述喷嘴26相关，所述多个运送装置28配置用以在所述喷嘴26中运送所述模具11中的所述液态金属13的辅助搅拌气体。

辅助气体可包括多种惰性气体，例如氩气。

根据多个可能的方案，所述多个移位装置27或所述多个运送装置28中的至少一个或两个可与所述控制与命令单元18连接，所述控制与命令单元18配置用以确定与所侦测到的所述表面轮廓20的所述发展的所述多个特征参数相关的所述多个移位装置27的移动及/或所述多个运送装置28的驱动，以及配置用以确定所述模具11中的所述液态金属13的流体动力流的控制。

根据本发明的一些实施例，所述控制与命令单元18配置用以至少管控所述电磁制动器16的功能，以及可能管控所述多个移位装置27及所述多个运送装置28的功能，从而获得多个所需的再循环流17，例如，以允许获得一高质量的铸造产品。

具体地，其提供的是，依照所侦测到的所述表面轮廓20的所述发展，所述控制与命令单元18允许产生所述液态金属13的多个二次再循环流，如图5所示。

特别地，此流动配置允许产生一第一再循环17a及一第二再循环17b，所述第一再循环17a从所述喷嘴26的所述排放端朝向所述液态金属13的所述表面发展，而所述第二再循环17b从所述喷嘴26的所述排放端朝向所述模具11的内部发展。

所述第一再循环17a允许避免所述液态金属13在所述模具11的所述上部分停滞，其决定了所谓的所述弯月面的冻结，意即，出现在所述表面上的所述部分的液态金属13的一不需要的冷却。

通过利用所述多个侦测工具19来侦测所述表面轮廓20，可确定在所述模具11内部建立的所述多个再循环流17的多个模式，意即所述发展。所述表面轮廓20，意即所述弯月面的形状，与所述第一再循环17a中的所述液态金属13的所述流动速度紧密相关。多个波的振幅及其位置，意即，所述表面轮廓20的所述发展的类型，允许可靠地确定所述第一再循环17a的能量、速度，因而确定流速。

基于所述第一再循环17a的所述流速，所述控制单元18能够作用在所述多个电磁制动器16的功能上，以便优化包含在所述液态金属13中的所述多个再循环流17的运动。

特别地，在任何操作的铸造条件下，皆可获得在所述第一再循环17a与所述第二再循环17b之间的正确的流动分布。

显然，在不脱离本发明的领域及范围的情况下，可对前文所描述的设备10进行多个零件的修改及/或增加。

例如，在一可能的方案中，所述多个侦测工具19除了所述表面轮廓的所述发展也能够侦测所述模具11的所述弯月面的水平面。

同样显然的是，虽然本发明已经参考一些特定的示例进行描述，但本领域技术人员应当能够达成所述控制设备10的许多其他的等效形式，它们具有在多个权利要求中所阐述的多个特征，因此所有这些都在借此所限定的保护范围内。

在以下的多个权利要求中，括号中引用的唯一目的是为了便于阅读：不得将它们视为对于所述多个特定权利要求所要求保护的保护范围的多个限制性因素。