本公開(kāi)一般地涉及諸如鋼或鋁的金屬的生產(chǎn)。特別地，本公開(kāi)涉及一種非磁性鋼結(jié)構(gòu)，該非磁性鋼結(jié)構(gòu)能使磁場(chǎng)從電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器傳輸至熔體。

背景技術(shù)：

在生產(chǎn)金屬工藝中，固體金屬材料，例如廢料，被布置在電弧爐中，其中固體金屬材料在電弧爐中融化并形成熔體。此工藝中，電磁攪拌器可用于攪拌仍處于固體狀態(tài)的金屬材料和熔體的混合物以平均電弧爐中的溫度。該熔體然后被從電弧爐導(dǎo)流至鋼包，在鋼包中熔體可以被進(jìn)一步處理。此步驟中，也可布置電磁攪拌器以攪拌鋼包中的熔體。在進(jìn)一步的步驟中，該熔體例如經(jīng)由中間包被導(dǎo)流至連鑄機(jī)，即鑄造模具。鑄造模具也可以設(shè)置有電磁攪拌器，用于當(dāng)熔體轉(zhuǎn)為半固態(tài)的鑄流時(shí)控制其流動(dòng)。該半固態(tài)鑄流離開(kāi)鑄造模具，并沿支撐輥路徑移動(dòng)。而且在當(dāng)鑄流沿支撐輥路徑移動(dòng)時(shí)的鑄造工藝的末段，可以布置電磁攪拌器以提供對(duì)半固態(tài)鑄流的非固體內(nèi)部的攪拌。

電弧爐、鋁爐、鋼包和鑄造模具可以被以共同的術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為用于熔融金屬的容器。在上述所有步驟中，電磁攪拌器的殼體，以及用于熔融金屬的容器非磁性窗口，即被布置用于允許磁場(chǎng)從電磁攪拌器或制動(dòng)器的電磁電路穿透進(jìn)入包含在用于熔融金屬的容器中的熔體中的壁或底，優(yōu)選地包括非磁性材料，用于降低若非如此由被引入這些結(jié)構(gòu)中的渦流引起的損耗。攪拌的效率可因此可以增加。當(dāng)今，奧氏體不銹鋼通常用作電磁攪拌器殼體的材料，以及用于非磁性窗口。當(dāng)今使用的奧氏體不銹鋼的例子是AISI 304,309和316。使用的奧氏體不銹鋼的具體類(lèi)型取決于機(jī)械性能要求。奧氏體不銹鋼是非磁性的，并在存在于連續(xù)鑄造工藝中的惡劣環(huán)境中具有文獻(xiàn)記載的耐久性。用于金屬制造的容器的奧氏體不銹鋼窗口以及電磁攪拌器和電磁制動(dòng)器的殼體確實(shí)產(chǎn)生磁損失，且此外相對(duì)昂貴，通常是其中不利用電磁攪拌器的結(jié)構(gòu)中使用的碳鋼的二至五倍高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上內(nèi)容，本公開(kāi)的目的是提供一種用于鋼或鋁生產(chǎn)工藝的非磁性鋼結(jié)構(gòu)，其解決或至少減輕現(xiàn)存的問(wèn)題。

因此，根據(jù)本公開(kāi)的第一個(gè)方面，提供一種用于鋼或鋁生產(chǎn)工藝的非磁性鋼結(jié)構(gòu)，其中，非磁性鋼結(jié)構(gòu)被布置以能使磁場(chǎng)從電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器穿透至用于熔融金屬的容器中的熔體中，其中，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在12-40范圍內(nèi)的錳。

為了能夠在電磁設(shè)備和需要對(duì)磁場(chǎng)可穿透的材料中使用包括以上提供的范圍內(nèi)的錳的鋼，也被稱(chēng)為高錳鋼(HMS)，HMS的物理性質(zhì)已被仔細(xì)研究，且本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，HMS作為非磁性剛滿(mǎn)足在這些應(yīng)用中的要求。

通過(guò)非磁性鋼結(jié)構(gòu)，奧氏體不銹鋼中鉻和鎳的組分可用質(zhì)量百分比為12-40的錳代替。質(zhì)量百分比是猛的質(zhì)量與非磁性鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量之比。在此范圍內(nèi)質(zhì)量百分比的錳使得非磁性鋼結(jié)構(gòu)完全奧氏體，并且因此是非磁性的?；旧?，用于連續(xù)鑄造的奧氏體不銹鋼結(jié)構(gòu)中使用錳比使用鉻和鎳的組分更便宜。此外，非磁性鋼結(jié)構(gòu)的相對(duì)磁導(dǎo)率比奧氏體不銹鋼結(jié)構(gòu)的更低。特別地，試驗(yàn)表明，非磁性鋼結(jié)構(gòu)的相對(duì)導(dǎo)磁率可低至1.003，低于奧氏體不銹鋼的相對(duì)導(dǎo)磁率。因此，相比不銹鋼結(jié)構(gòu)，磁損耗因此可以減少。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，錳的質(zhì)量百分比在12-30范圍內(nèi)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，錳的質(zhì)量百分比在16-30范圍內(nèi)。通常希望包括盡可能高質(zhì)量百分比的錳；例如制造非磁性鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，更高的錳質(zhì)量百分比可以有助于材料的可加工性，導(dǎo)致生產(chǎn)成本降低。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，錳的質(zhì)量百分比在18-30范圍內(nèi)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，錳的質(zhì)量百分比在20-30范圍內(nèi)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，錳的質(zhì)量百分比在20-25范圍內(nèi)。

一個(gè)實(shí)施例包括質(zhì)量百分比在0.5-1.0范圍內(nèi)的碳。通過(guò)在非磁性鋼結(jié)構(gòu)中包括此范圍內(nèi)的碳，可增加非磁性鋼結(jié)構(gòu)的耐久性和機(jī)械強(qiáng)度。特別地，在以上提供的范圍內(nèi)的錳與質(zhì)量百分比在0.5-1.0范圍內(nèi)的碳的組合可以導(dǎo)致非磁性鋼結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度可以實(shí)質(zhì)上從鋼或鋁生產(chǎn)應(yīng)用中使用的奧氏體不銹鋼的215MPA倍增至約400MPa。因此，非磁性鋼結(jié)構(gòu)的尺寸可以比相應(yīng)的不銹鋼結(jié)構(gòu)的更薄，即具有更薄的壁厚。損失與材料的厚度成正比，更薄的壁因此提供更低的損耗。此外，通過(guò)使用更薄的壁，需要較少材料用于生產(chǎn)非磁性鋼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致較小環(huán)境足跡且費(fèi)用較低。

一個(gè)實(shí)施例包括質(zhì)量百分比在0.1-1.5范圍內(nèi)的鋁。

一個(gè)實(shí)施例包括質(zhì)量百分比在0.05-1.5范圍內(nèi)的硅。

通過(guò)使用上述定義范圍內(nèi)的鋁和硅可以容易地生產(chǎn)非磁性鋼結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，非剛性結(jié)構(gòu)是電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器的殼體、鋼包窗口、電磁弧爐或鋁爐的窗口、鑄造模具窗口和用于支撐半固態(tài)鑄流的鑄流支撐輥中的一個(gè)。非磁性鋼結(jié)構(gòu)因此可以有利地要么是用于連續(xù)鑄造工藝的電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器的殼體，要么是用于熔融金屬的容器的非磁性窗口。非磁性鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于由電磁攪拌器的電磁電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本上是透明的，因此提供至熔體的低損耗磁場(chǎng)傳輸，同時(shí)保持鋼或鋁生產(chǎn)工藝中要求的高機(jī)械強(qiáng)度。

因此可以有利地在用于鋼或鋁生產(chǎn)工藝的用于熔融金屬的容器中使用該非磁性鋼結(jié)構(gòu)。用于熔融金屬的這種容器因此可以包括形成用于熔融金屬的容器的內(nèi)襯并形成用于熔融金屬的容器的非磁性窗口的耐火材料，并且該非磁性鋼結(jié)構(gòu)形成耐火材料的外殼。

非磁性鋼結(jié)構(gòu)還可以用在用于鋼或鋁生產(chǎn)工藝的電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器中。用于連續(xù)鑄造工藝的這種電磁攪拌器因此可以包括被布置用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁電路，以及形成電磁電路的非磁性殼體的非磁性鋼結(jié)構(gòu)。

通常，權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語(yǔ)將根據(jù)它們?cè)诩夹g(shù)領(lǐng)域中的普通含義來(lái)解釋?zhuān)潜疚牧碛忻鞔_定義。所有指“一/一個(gè)/所述元件，裝置，部件，方法等的參考被開(kāi)放性地解釋為指代元件，裝置，部件，方法等的至少一個(gè)實(shí)例，除非另有明確說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖通過(guò)舉例的方式描述本發(fā)明構(gòu)思的具體實(shí)施例，其中：

圖1a-b是用于包括非磁性鋼結(jié)構(gòu)的熔融金屬的容器的實(shí)例的示意性透視圖；以及

圖2示意性地顯示出鋼或鋁生產(chǎn)工藝的透視圖。

具體實(shí)施方式

以下參照示出的示例性實(shí)施例的附圖，更充分地描述本發(fā)明構(gòu)思。但是，本發(fā)明構(gòu)思可以以不同的形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)該理解為局限于本文闡述的實(shí)施例。相反，通過(guò)舉例的方式提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)將會(huì)徹底和完整，并且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地表達(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。在整個(gè)描述中相同的數(shù)字指代相同的元件。

本文將描述非磁性鋼結(jié)構(gòu)及其實(shí)例。非磁性鋼結(jié)構(gòu)適于用在鋼或鋁的生產(chǎn)工藝中。這可以通過(guò)適當(dāng)?shù)谜{(diào)整非磁性鋼結(jié)構(gòu)的尺寸，例如通過(guò)調(diào)整非磁性鋼結(jié)構(gòu)的厚度以能夠承受鋼或鋁生產(chǎn)環(huán)境中的機(jī)械要求，并通過(guò)非磁性鋼結(jié)構(gòu)中的化學(xué)組分，其在下文詳細(xì)闡明。

非磁性鋼結(jié)構(gòu)能使磁場(chǎng)穿透通過(guò)。這通過(guò)在非磁性鋼結(jié)構(gòu)中包括錳來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)錳，非磁性鋼結(jié)構(gòu)可以獲得完全奧氏體鋼結(jié)構(gòu)。從而獲得非磁性鋼結(jié)構(gòu)的非磁性性質(zhì)。

優(yōu)選地，錳的質(zhì)量百分比在12-40范圍內(nèi)，雖然也設(shè)想更高質(zhì)量百分比的錳。錳代替奧氏體不銹鋼的鉻和鎳組分，鉻和鎳組分通常在用于金屬制造的容器的非磁性窗口和用于電磁攪拌器和電磁制動(dòng)器的殼體的連續(xù)鑄造中使用。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在12-30范圍內(nèi)的錳。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在16-30范圍內(nèi)的錳。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在18-30范圍內(nèi)的錳。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在20-30范圍內(nèi)的錳。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在12-25范圍內(nèi)的錳，例如質(zhì)量百分比為16-25,或18-25,或20-25。

非磁性鋼結(jié)構(gòu)還可以包括碳，鋁和硅。通常，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括比錳含量實(shí)質(zhì)上更少的碳，鋁和硅(質(zhì)量百分比)。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在0.5-1.0范圍內(nèi)的碳。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在0.1-1.5范圍內(nèi)的鋁。

根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量百分比在0.05-1.5范圍內(nèi)的硅。

除以上提及的化學(xué)元素外，非磁性鋼結(jié)構(gòu)可以包含鐵。根據(jù)一種變型，非磁性鋼結(jié)構(gòu)的其余成分由鐵組成。

下表1示出了用于鋼或鋁生產(chǎn)環(huán)境中的電磁應(yīng)用(EM)的非磁性鋼材料所需的性質(zhì)。進(jìn)一步地，表1提供了本公開(kāi)提出的高錳鋼和當(dāng)前在電磁應(yīng)用中使用的奧氏體不銹鋼的相應(yīng)性質(zhì)。

表1

非磁性鋼結(jié)構(gòu)例如可以是電磁攪拌器的殼體，如鋼包攪拌器或鋼包爐攪拌器，鋁爐攪拌器，鑄流攪拌器，最終鑄流攪拌器，模具攪拌器，電磁電弧爐攪拌器，或電磁制動(dòng)器，例如用于連鑄機(jī)或模具。在這些情況下，非磁性鋼結(jié)構(gòu)因此形成電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器的一部分。備選地，非磁性鋼結(jié)構(gòu)可以定義用于熔融金屬的容器的非磁性窗口。在這種情況下，非磁性鋼結(jié)構(gòu)，即非磁性窗口，適于被插入到例如鋼包，電弧爐或鑄造模具中。備選地，非磁性鋼結(jié)構(gòu)可以形成非磁性鑄流支撐輥的一部分，該支撐輥被布置用于支撐離開(kāi)鑄造模具的鑄流。在后兩種情況中，即當(dāng)非磁性鋼結(jié)構(gòu)限定非磁性窗口或鑄流支撐輥時(shí)，非磁性鋼結(jié)構(gòu)能使磁場(chǎng)從電磁攪拌器穿透。

下面將參考圖1-2提供上文描述的非磁性結(jié)構(gòu)實(shí)例和其具體應(yīng)用的實(shí)例。圖1a和1b示出了用于熔融金屬的容器的實(shí)例，該容器包括根據(jù)本文描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)。

圖1a示出了用于鋼或鋁生產(chǎn)工藝的鋼包1的實(shí)例。鋼包1可以是處理包和/或鋼包爐和/或運(yùn)輸包，其形成熔體可以例如從電弧爐被導(dǎo)流至其中的容器。鋼包1包括形成內(nèi)襯并限定鋼包1的內(nèi)壁的耐火材料3。鋼包1還包括非磁性窗口5，非磁性窗口5為非磁性鋼結(jié)構(gòu)的形式。非磁性的鋼結(jié)構(gòu)因此形成鋼包1的外壁。具體地，非磁性鋼結(jié)構(gòu)，即非磁性窗口5，限定壁，其能使通過(guò)電磁攪拌器(未在圖1a中示出)應(yīng)用于非磁性鋼結(jié)構(gòu)上的磁場(chǎng)穿透。

通常，面對(duì)電磁攪拌器的鋼包壁的約三分之一可由非磁性材料制成。為示出使用非磁性鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益，130公噸重的鋼包具有重約2.5公噸的非磁性窗口。本文所描述的HMS的價(jià)格大約是奧氏體不銹鋼的一半，根據(jù)當(dāng)前價(jià)格可降低約4500美元每鋼包的成本。通常在每個(gè)制造廠中的鋼包數(shù)是12，其中每個(gè)設(shè)施總節(jié)省約54000美元。其他經(jīng)濟(jì)節(jié)約以及材料節(jié)約可由于設(shè)計(jì)具有比現(xiàn)有的非磁性窗口更薄的壁的非磁性窗口的可能性來(lái)獲得。

圖1b示出了用于鋼生產(chǎn)工藝的電弧爐7的一個(gè)實(shí)例。電弧爐7形成容器，在其中可裝載固體金屬材料。電弧爐具有電極9，電極9被布置以加熱固體金屬材料和通過(guò)融煉該固體金屬材料獲得的熔體。電弧爐7具有耐火材料11，其限定內(nèi)部表面和電弧爐7的內(nèi)壁。該示例性的電弧爐7還包括非磁性窗口13形式的非磁性鋼結(jié)構(gòu)，其形成限定電弧爐7的底部的耐火材料11的外壁或底殼。置于電弧爐7底部及鄰近的該非磁性窗口13的電磁攪拌器15由此可以提供能穿透該非磁性窗口13至熔體的磁場(chǎng)，未在圖1b中示出。

例如，對(duì)于100公噸的電弧爐，非磁性窗口的重量為約7公噸，這可以通過(guò)使用該非磁性鋼結(jié)構(gòu)替換奧氏體不銹鋼非磁性窗口，提供約12500美元每個(gè)電弧爐的經(jīng)濟(jì)節(jié)約，即使壁厚相同。如果降低非磁性壁的厚度，可以獲得另外的經(jīng)濟(jì)和材料節(jié)省，這是可能的，由于其屈服強(qiáng)度幾乎是AISI 304的屈服強(qiáng)度的兩倍，并且比AISI 316的屈服強(qiáng)度高約40％。

電磁攪拌器15具有殼體17，殼體17可以是如本文所述的非磁性鋼的結(jié)構(gòu)。電磁攪拌器15還包括一個(gè)電磁電路，被布置于殼17內(nèi)，被布置用于產(chǎn)生磁場(chǎng)。該非磁性鋼結(jié)構(gòu)，即殼體17，能使磁場(chǎng)穿透殼體17而不在殼體內(nèi)引起渦流。

如前文提及，通常任何用于鋼或鋁生產(chǎn)工藝的電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器可包括如本文所述的非磁性鋼結(jié)構(gòu)的殼體，電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器例如是鋼包攪拌器或鋼包爐攪拌器，鋁爐攪拌器，鑄流攪拌器，最終鑄流攪拌器，模具攪拌器或電磁電弧爐攪拌器。

圖2示出金屬制作環(huán)境19(如煉鋼環(huán)境)中的生產(chǎn)流程的一個(gè)實(shí)例，其目的是圖示出在鋼或鋁生產(chǎn)工藝中哪里可以利用根據(jù)本文所描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)?？傮w的生產(chǎn)流程通過(guò)箭頭示出。在圖2的實(shí)例中，用于熔融金屬的多個(gè)容器設(shè)置有根據(jù)本文描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)。此外，多個(gè)電磁攪拌器被示為具有根據(jù)本文描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)形式的殼體。

在圖2中，生產(chǎn)工藝始于電弧爐7中，在其中通過(guò)電磁攪器15攪拌熔體。該熔體被導(dǎo)流至鋼包1中，在圖2的實(shí)例中，鋼包被示例為鋼包爐/運(yùn)輸包。電磁攪拌器21被布置以提供磁場(chǎng)，穿透非磁場(chǎng)窗口5(即根據(jù)本文描述的任何變型的非磁場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu))以攪拌熔體。該熔體然后被導(dǎo)流至另一鋼包23，其中該熔體被進(jìn)一步導(dǎo)流至中間包25。從該中間包25，熔體被導(dǎo)流至鑄造模具27，鑄造模具27具有由根據(jù)本文所描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)制成的壁29。電磁攪拌器31被設(shè)置為圍繞鑄造模具27，被布置用于攪拌被導(dǎo)流至該鑄造模具27中的熔體。當(dāng)半固態(tài)鑄流37通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的支撐輥33移動(dòng)時(shí)，半固態(tài)鑄流37離開(kāi)鑄造模具27并由鑄流支承輥33支撐，鑄流支撐輥33與鑄造模具27共同定義連鑄機(jī)。電磁攪拌器35被布置在然流支撐輥33后面以攪拌半固態(tài)鑄流37。

對(duì)于電磁攪拌器或電磁制動(dòng)器殼體和用于熔融金屬的容器二者，整個(gè)殼體和/或用于熔融金屬的容器的整個(gè)外壁可以是根據(jù)本文描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)。備選地，僅僅有殼體和/或用于熔融金屬的容器的可穿透磁場(chǎng)的部分可以是根據(jù)本文描述的任何變型的非磁性鋼結(jié)構(gòu)。

合適的HMS材料的一個(gè)實(shí)例由POSCO公司制造，稱(chēng)為高錳TWIP。一般而言，可以使用具有根據(jù)本文描述的實(shí)例的化學(xué)組分的任何HMS。

在金屬制造中有利地可以使用該非磁性鋼結(jié)構(gòu)，和包括這樣的非磁性鋼結(jié)構(gòu)的電磁攪拌器，制動(dòng)器和用于熔融金屬的容器，例如在鋼生產(chǎn)或鋁生產(chǎn)中。

以上已經(jīng)參照幾個(gè)實(shí)例主要地描述了本發(fā)明構(gòu)思。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，除上面公開(kāi)之外的其它實(shí)施例同樣可能在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明構(gòu)思的范圍之內(nèi)。