本發(fā)明屬于鋼材澆鑄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自抑控流式雙水口電磁復(fù)合澆鑄裝置。

背景技術(shù)：

目前生產(chǎn)不銹鋼/碳鋼復(fù)合板材的辦法主要有軋制復(fù)合法、爆炸焊接法以及鑄造軋制法，但這些方法成材率以及產(chǎn)量均很低。在1978年Manokhin等人提出一種采用雙結(jié)晶器生產(chǎn)復(fù)合連鑄坯的方法，即將第一個結(jié)晶器中鑄出的坯引到第二個結(jié)晶器內(nèi)，再將另一種鋼液包覆在其表面，從而拉出復(fù)合鑄坯，該工藝雖屬連續(xù)化生產(chǎn)，但操作復(fù)雜，難以控制，應(yīng)用受到限制。

日本Takeuchi等人在20世紀90年代末提出用恒穩(wěn)磁場抑制異質(zhì)鋼液成分混合，在同一結(jié)晶器內(nèi)實現(xiàn)兩種鋼種復(fù)合連鑄的方法。結(jié)晶器內(nèi)的流動比較復(fù)雜，流速也比較高，可能是因為電磁場抑制效果有限，澆鑄產(chǎn)品達不到預(yù)期效果，日本相關(guān)單位只是做了中試試驗，并沒有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的后續(xù)報道。

東北大學(xué)Li等人后來提出了不依靠施加水平電磁場實現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)復(fù)合澆鑄的方法；為抑制兩個鋼種混合，在界面處添加擋板裝置，并對該方法進行了物理模擬實驗以及數(shù)值模擬。這種加了完整擋板結(jié)晶器可以有效地分隔上下兩層的溶池，防止兩種鋼液混合，但是，使用的擋板使得下層熔池的夾雜物上浮受到阻礙，鑄坯中夾雜物增加，降低鋼的質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要實現(xiàn)有效的雙鋼種復(fù)合澆鑄，最關(guān)鍵的問題是如何在不影響澆鑄工藝以及鑄坯質(zhì)量的前提下有效抑制兩種鋼液交界面處的鋼液混合，才能保證高效的高質(zhì)量的復(fù)合連續(xù)澆鑄，從而解決生產(chǎn)高質(zhì)量復(fù)合鑄坯的技術(shù)問題。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明從流場的多手段控制方法和工藝控制方法出發(fā)，提出了一種自抑控流式雙水口電磁復(fù)合澆鑄裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中兩種鋼液在交界面處混合以及生產(chǎn)連續(xù)等技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種自抑控流式雙水口電磁復(fù)合澆鑄裝置，包括結(jié)晶器、自抑浸入式雙水口裝置和電磁場發(fā)生裝置：所述的自抑浸入式雙水口裝置包括豎直設(shè)置的短式浸入式水口和長式浸入式水口，二者均呈上端開口的管形；所述的短式浸入式水口的插入深度小于長式浸入式水口插入深度；所述的短式浸入式水口和長式浸入式水口的下端分別開設(shè)有向下傾斜的短式浸入式出鋼側(cè)孔和長式浸入式出鋼側(cè)孔，分別用于導(dǎo)出上層鋼水和下層鋼水；所述的電磁場發(fā)生裝置包括若干電磁體，所述的電磁體沿結(jié)晶器周向布置，用以產(chǎn)生水平磁場并作用于上層鋼水和下層鋼水的交界面，以抑制上層鋼水和下層鋼水混合。

進一步，在所述的結(jié)晶器內(nèi)還設(shè)置有間隔式擋板控流裝置；所述的間隔式擋板控流裝置包括上層鋼水擋板和下層鋼水擋阻裝置：所述的上層鋼水擋板安裝在所述的長式浸入式水口上，其上側(cè)面與上層鋼水和下層鋼水的交界面重合，用于阻擋上層鋼水向下流動；所述的下層鋼水擋阻裝置安裝在所述的短式浸入式水口的底部，該下層鋼水擋阻裝置的底部具有一個水平的且與上層鋼水和下層鋼水的交界面重合的平面，用于阻擋下層鋼水向上流動；所述的上層鋼水擋板和下層鋼水擋阻裝置間隔設(shè)置，使二者之間形成過流通道，以保證澆鑄過程中下層鋼水中夾雜物上浮。

進一步，在所述的短式浸入出鋼側(cè)孔的下方還開設(shè)有抑流出鋼側(cè)孔，所述的抑流出鋼側(cè)孔向上傾斜設(shè)置，用于抵消短式浸入式出鋼側(cè)孔排出的鋼水向下流動的速度。

進一步，所述的短式浸入式水口和長式浸入式水口均為耐火材料制成。

進一步，所述的長式浸入式出鋼側(cè)孔、短式浸入式出鋼側(cè)孔和抑流出鋼側(cè)孔的截面呈長方形或圓形。

進一步，所述的長式浸入式出鋼側(cè)孔的截面積大于或等于長式浸入式水口的截面面積的2倍；所述短式浸入式出鋼側(cè)孔和抑流出鋼側(cè)孔的截面積均大于或等于短式浸入式水口的截面面積的2倍。

本發(fā)明通過結(jié)合自抑浸入式雙水口、控流裝置、電磁場、澆鑄工藝等控制手段，控制結(jié)晶器內(nèi)的流場，抑制澆鑄過程中兩個鋼種的界面混合程度，從而實現(xiàn)雙鋼種的復(fù)合連續(xù)澆鑄。本發(fā)明可應(yīng)用于內(nèi)層和外層分別為兩個不同鋼種的板坯、方坯、矩形坯、圓坯、異型坯等雙鋼種復(fù)合產(chǎn)品的連續(xù)澆鑄生產(chǎn)。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、通過自抑浸入式雙水口和間隔式擋板控流裝置控制結(jié)晶器內(nèi)的主流股的方向，有效抑制主流股對上層鋼水和下層鋼水的交界面處沖擊，抑制了交界面處鋼水的混合。

2、利用電磁發(fā)生裝置抑制無擋板處鋼水混合，與自抑浸入式雙水口和間隔式擋板控流裝置結(jié)合，更加完整的抑制了整個界面處鋼水混合。

3、采用異過熱度澆鑄方式，從減小溫度差以及密度差的角度上，更好的控制了界面處鋼水的混合，保證了復(fù)合澆鑄的順行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為短式浸入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為長式浸入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：1—結(jié)晶器；2—短式浸入式水口；21—短式浸入式出鋼側(cè)孔；22—抑流出鋼側(cè)孔；3—長式浸入式水口；31—長式浸入式出鋼側(cè)孔；4—電磁體；5—上層鋼水擋板；6—下層鋼水擋阻裝置。

圖中，a為上層鋼水的流動方向，b、c分別代下層鋼水撞擊坯殼后形成的向下和向上流動的鋼水的方向。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

一種自抑控流式雙水口電磁復(fù)合澆鑄裝置，如圖1-3所示，包括結(jié)晶器1，自抑浸入式雙水口裝置和電磁場發(fā)生裝置；所述的自抑浸入式雙水口裝置包括豎直設(shè)置的短式浸入式水口2和長式浸入式水口3，二者均呈上端開口的管形；所述的短式浸入式水口2的在結(jié)晶器1內(nèi)插入深度小于長式浸入式水口3插入深度；所述的短式浸入式水口2和長式浸入式水口3的下端分別開設(shè)有向下傾斜的短式浸入式出鋼側(cè)孔21和長式浸入式出鋼側(cè)孔31，分別用于導(dǎo)出上層鋼水和下層鋼水。

所述的電磁場發(fā)生裝置包括若干電磁體4，所述的電磁體4沿周向布設(shè)置在在結(jié)晶器1的外圍壁上，用以產(chǎn)生水平磁場并作用于上層鋼水和下層鋼水的交界面位置，以抑制上層鋼水和下層鋼水混合。

如圖1、3所示，長式浸入式水口3的角度向下傾斜，減弱長式浸入式水口3產(chǎn)生的上回旋流，從而減弱上回旋流對界面沖擊。施加電磁場對鋼水的混合進行抑制，水平磁場對垂直穿過水平磁場的鋼水產(chǎn)生抑制作用，從而抑制上層鋼水和下層鋼水在交界處的混合。為保證對兩個混合程度的抑制效果達到最佳，電磁場應(yīng)在兩種鋼水交界面處達到最大，為此電磁體4的安裝位置應(yīng)與兩種鋼水交界面位置相對應(yīng)。

作為優(yōu)化，在所述的結(jié)晶器1內(nèi)還設(shè)置有間隔式擋板控流裝置；所述的間隔式擋板控流裝置包括上層鋼水擋板5和下層鋼水擋阻裝置6：

所述的上層鋼水擋板5安裝在所述的長式浸入式水口3上，其上側(cè)面與上層鋼水和下層鋼水的交界面重合，用于阻擋上層鋼水向下流動。所述的下層鋼水擋阻裝置6安裝在所述的短式浸入式水口2的底部，該下層鋼水擋阻裝置6的底部具有一個水平的且與上層鋼水和下層鋼水的交界面重合的平面，用于阻擋下層鋼水向上流動。所述的上層鋼水擋板5和下層鋼水擋阻裝置6間隔設(shè)置，以使二者之間形成過流通道，以保證澆鑄過程中下層鋼水中夾雜物可以上浮。

這一設(shè)計目的是控制主流股對界面的沖擊，從而抑制上、下層鋼水在交界面的混合。如圖1所示：上層鋼水擋板5對短式浸入式水口2產(chǎn)生的主流股進行控制，下層鋼水擋阻裝置6對長式浸入式水口3產(chǎn)生的上回旋流進行控制。遠離主流股的位置無擋板設(shè)置，保證復(fù)合澆鑄過程中夾雜物上浮，實現(xiàn)高品質(zhì)復(fù)合澆鑄。

作為優(yōu)化，在所述的短式浸入出鋼側(cè)孔的下方還開設(shè)有抑流出鋼側(cè)孔22，所述的抑流出鋼側(cè)孔22向上傾斜設(shè)置，用于抵消短式浸入式出鋼側(cè)孔21排出的鋼水向下流動的速度。

短式浸入式水口2下部斜向上的對斜向下側(cè)孔流出的下回旋流進行了抑制，使得短式浸入式水口2產(chǎn)生的流股如圖1中所示，從而抑制了下回旋流對鋼水交界面的沖擊。

作為優(yōu)化，所述的短式浸入式水口2和長式浸入式水口3均為耐火材料制成。

作為進一步優(yōu)化，所述的長式浸入式出鋼側(cè)孔31、短式浸入式出鋼側(cè)孔21和抑流出鋼側(cè)孔22的截面呈長方形或圓形。

作為更進一步優(yōu)化，所述的長式浸入式出鋼側(cè)孔31的截面積大于或等于長式浸入式水口3的截面面積的2倍；所述短式浸入式出鋼側(cè)孔21和抑流出鋼側(cè)孔22的截面積均大于或等于短式浸入式水口2的截面面積的2倍。

在實際操作中，還應(yīng)通過異過熱度澆鑄方式進行生產(chǎn)控制，以減小兩個鋼種界面處的溫度差和密度差。如圖1中結(jié)晶器1內(nèi)上下兩個熔池內(nèi)上層鋼水和下層鋼水熱物性參數(shù)不同，澆鑄過程中需考慮由于溫度差產(chǎn)生的對流以及密度差。針對上部熔池密度大、液相線低的鋼種，澆鑄過程中應(yīng)采用上部過熱度大于下部過熱度的澆鑄方式，減小溫度差和密度差，保證復(fù)合澆鑄的順行。

此外，在實際操作中還將雙水口、間隔式擋板控流裝置、電磁發(fā)生裝置以及異過熱度澆鑄控制方式進行優(yōu)化結(jié)合考量，保證界面處鋼液混合程度最小，熔池分層效果最佳，提出基于自抑控流雙水口的電磁復(fù)合澆鑄技術(shù)。具體可從以下角度進行思考和評估：

（1）結(jié)合自抑浸入式雙水口、非連續(xù)擋板控流、電磁場發(fā)生裝置的復(fù)合澆鑄優(yōu)化：通過數(shù)值模擬研究及物理模擬研究相結(jié)合，分析自抑浸入式雙水口結(jié)構(gòu)參數(shù)以及非連續(xù)擋板控流裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、尺寸與安裝位置對結(jié)晶器1內(nèi)流場的影響，并進行優(yōu)化設(shè)計；確定澆鑄過程工藝參數(shù)，實現(xiàn)上、下兩層鋼液混合程度的最小化。通過數(shù)值模擬探討電磁場裝置工藝參數(shù)（包括電磁裝置安裝位置、作用寬度、電流、頻率、繞阻等）對上下層鋼液界面處混合的抑制作用，獲得最優(yōu)電磁操作工藝參數(shù)。根據(jù)上述優(yōu)化，獲得利于復(fù)合澆鑄的流場，保證界面混合程度較小，最終確定自抑浸入式雙水口、非連續(xù)擋板控流、電磁場發(fā)生裝置的參數(shù)。

（2）耦合流動-傳熱-電磁場的凝固行為、電磁參數(shù)、異過熱度澆鑄工藝設(shè)計：耦合流動-傳熱-電磁場對復(fù)合澆鑄的凝固傳熱行為進行數(shù)值模擬研究，確定合適的電磁參數(shù)（電流以及頻率）以及澆鑄過程工藝參數(shù)（拉速）。在上述流動-傳熱-電磁場數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，針對兩鋼種的熱物性參數(shù)差異，分析雙水口異過熱度對連鑄坯流動凝固的影響，獲得適宜的過熱度控制參數(shù)。最終確定合適的復(fù)合澆鑄過程的過熱度、電磁參數(shù)以及工藝參數(shù)。

（3）基于自抑控流雙水口的電磁復(fù)合澆鑄技術(shù)的應(yīng)用：將上述研究獲得參數(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中對數(shù)據(jù)進行進一步采集、分析以及優(yōu)化，從而為實際生產(chǎn)制定出適合復(fù)合澆鑄的參數(shù)。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。