Удлиненный ребристый опорный валок для направления бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты литейного конвейера (варианты)

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к непрерывному литью расплавленного металла. Удлиненные опорные валки (8) имеют намагниченные ребра (26), находящиеся в контакте качения с обратной поверхностью (34) вращающейся, гибкой, тонкой, калиброванной, теплопроводной, магнитно-мягкой ферромагнитной ленты (40) литейного конвейера. Намагниченные ребра направляют и стабилизируют ленту с противодействием тепловой деформации, когда она движется вдоль полости (С) формы, нагреваясь на своей передней поверхности расплавленным металлом и одновременно охлаждаясь на своей обратной поверхности протекающим жидким охлаждающим веществом. Каждый валок включает в себя немагнитный вал (10), вращающийся вокруг своей оси (22), причем магнитно-мягкие ферромагнитные кольцевые ребра разнесены вдоль вала. Втулкообразные охватывающие постоянные магниты (30), намагниченные в направлении, параллельном оси (22), установлены на валу между последовательными ребрами. Ребра и втулкообразные магниты последовательно чередуются вдоль вала. Использование изобретения обеспечивает улучшение качества получаемой полосы за счет уменьшения ее деформации. 3 с. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области непрерывного литья расплавленного металла путем разливки его в литейные машины конвейерного типа с использованием одной или более бесконечных гибких движущихся теплопроводных лент литейного конвейера, например - металлических лент литейного конвейера, для ограничения движущейся полости формы или пространства формы, вдоль которой лента или ленты непрерывно движутся, причем последовательные зоны каждой ленты входят в полость формы, движутся вдоль полости формы, а затем выходят из движущейся полости формы. Продуктом такого непрерывного литья обычно является непрерывный сляб, плита, лист или полоса, или в основном прямоугольный непрерывный пруток.

Более конкретно, это изобретение относится к ребристым опорным валкам, имеющим множество ребер, выполненных из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, которые намагничиваются многочисленными постоянными магнитами, входящими в состав самих валков, и обеспечивают распространяющееся магнитное притяжение к движущейся, гибкой, тонко-калиброванной, теплопроводной, магнитно-мягкой ферромагнитной ленте литейного конвейера для направления и стабилизации ленты с противодействием тепловой деформации, когда она движется вдоль полости формы, нагреваясь на своей передней поверхности теплом, поступающим из расплавленного металла, и одновременно охлаждаясь на своей обратной поверхности протекающим нагнетаемым жидким охлаждающим веществом.

Во время непрерывного литья расплавленного металла в машине, где используется одна движущаяся, гибкая, тонко-калиброванная теплопроводная лента литейного конвейера, например - металлическая лента литейного конвейера, жизненно важно, чтобы движущаяся лента оставалась движущейся по предварительно определенной желаемой траектории, что требует значительной гладкости или плоскостности самой ленты, несмотря на присутствие горячего металла и результирующих тепловых напряжений, создаваемых в ленте интенсивным нагревом из-за горячего металла, попадающего на ее переднюю поверхность в то время, как ее обратная поверхность охлаждается соответствующим жидким охлаждающим веществом. Непрерывное литье расплавленных металлов в машине, где используется, по меньшей мере, одна такая лента литейного конвейера, зачастую подвержено негативному влиянию вызываемых нагревом коробления, прогиба, перегиба или складкообразования (называемых здесь "деформациями") ленты литейного конвейера. Хейзелетт (Hazelett) и др. в патентах США NN 3937270, 4002197, 4062235 и 4082101 на фиг. 8 каждого патента и Аллин (Allyn) и др. на фиг. 5 патента США N 4749027 иллюстрируют вызываемые нагревом поперечный прогиб и перегиб, возникающие в такой ленте литейного конвейера. В таких лентах также возникали вызываемые нагревом коробление и складкообразование. Эти деформации на ленте могут возникать совершенно внезапно, подобно внезапному соскакиванию крышки герметизированного контейнера, когда эта крышка сначала открывается и воздух врывается в контейнер. Кроме того, эти деформации могут быть неустойчивыми и непредсказуемыми в смысле их степени и их конкретных мест в ленте литейного конвейера, которая должна быть гладкой, без деформаций, когда она движется вдоль полости формы.

Такие вызываемые нагревом деформации возникают с большей вероятностью вблизи входной области полости формы, где движущаяся лента литейного конвейера сначала испытывает интенсивные нагревающие воздействия горячего расплавленного металла, вводимого в или вскоре после его введения в движущуюся полость формы. Вблизи входной области возникает или начинается первоначальное затвердевание расплавленного металла, и деформации ленты во время такого затвердевания могут привести к получению отливки, содержащей заусенцы, ямки или сегрегацию составляющих сплава. В свою очередь, эти дефекты в отливке приводят к проблемам прочности, формуемости и внешнего вида.

К. У. Хейзелетт в патенте США N 2640235 (в столбце 7) описал верхний и нижний узлы охлаждения для верхней и нижней резко охлаждаемых полос. Эти узлы охлаждения были идентичны в работе, а каждый узел охлаждения содержал плиту, которая могла быть выполнена из какого-либо подходящего легко намагничиваемого материала, который образовывал мягкий сердечник электромагнита. В функции плиты входило притяжение полосы к самой плите при ее намагничивании за счет протекания тока. Чтобы воспрепятствовать этому движению полосы к плите, использовали медные или латунные прокладки, обеспечивающие образование камер между полосой и плитой. В эти камеры вводили охлаждающую воду для резкого охлаждения полосы. Даже несмотря на то, что эта охлаждающая вода вводилась под значительным давлением, и обычно этого достаточно для деформирования полосы, в описании говорилось, это не будет происходить из-за влияния магнитной плиты, жестко удерживающей полосу у жестких прокладок. Таким образом, как указано в описании, можно охлаждать полосу, одновременно направляя ее и предохраняя ее от деформации и тем самым поддерживая точный размер изделия.

Уильям Бейкер (William Baker) и др. в патенте США N 3933193 описали установку для непрерывного литья металлической полосы между движущимися лентами. Ленты удерживались у близко расположенных опорных поверхностей посредством прикладываемых извне сил притяжения, создаваемых за счет условий давления ниже атмосферного на обратной стороне лент, или магнитных сил, используемых с той же целью.

Оливио Сивилотти (Olivio Sivilotti) и др. в патенте США N 4190103 (в столбце 2, строки 38-44) указали: "Таким образом, в практическом варианте вышеупомянутой установки лента притянута к поверхностям близко расположенных опор за счет давления ниже атмосферного в наполненном водой кожухе. Другая компоновка была предназначена для обеспечения магнитных средств, действующих через ферромагнитные опоры на ферромагнитную ленту, чтобы удержать эту ленту на желаемой траектории".

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является удлиненный ребристый опорный валок для направления бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты литейного конвейера, известный из патента US 5066827 A, B 22 D 11/06, 11.02.1992 г., включающий множество ребер, каждое из которых имеет окружную периферию, концентричную с осью вращения валка, при этом ребра выполнены из магнитно-мягкого ферромагнитного материала и разнесены в осевом направлении вдоль валка.

Было обнаружено, что магнитные устройства в вышеуказанных патентах не нашли промышленного применения при непрерывном литье расплавленного металла, потому что возникающие в них силы магнитного притяжения, т.е. тяга, прикладываемая к ленте или полосе, - уменьшались слишком быстро и/или слишком резко в зависимости от зазоров между лентой или полосой литейного конвейера и магнитными устройствами, которые были предназначены для оттягивания подвергшихся тепловым деформациям частей движущейся ленты или полосы к этим устройствам, в предварительно определенное желаемое ровное состояние. Магнитное притяжение этих известных устройств, воздействующее на ленту или полосу литейного конвейера, не распространяется через значительные зазоры и поэтому не оттягивает должным образом части ленты или полосы, которые оказываются значительно смещенными из желаемого гладкого состояния вследствие вызываемых нагревом деформаций. Имеет место отсутствие или недостаток того, что мы называем "силой распространяющегося притяжения", т.е. отсутствие или недостаток "распространяющейся тяги".

Бейкер и др. не раскрыли и не предположили открытую авторами предлагаемого изобретения критическую важность того, что авторы называют "силами распространяющегося притяжения" (т.е. "распространяющейся тягой").

Эта мощная сила распространяющегося притяжения, воздействующая на тонкую калиброванную ленту из магнитно-мягкого ферромагнитного материала не похожа на поведение магнитов, изготовленных из традиционных материалов, даже алнико 5, которые, как показано и описано, теряют значительную часть своей силы притяжения или тяги при возникновении значительных зазоров, например - зазоров величиной 1,5 мм (0,06 дюйма), между лентой и намагниченными ребрами в ребристых опорных валках. Таким образом, ребра, которые намагничиваются охватывающими магнитами, способны оттягивать подвергшиеся тепловой деформации части движущейся ленты литейного конвейера к вращающимся ребрам, вдоль которых движется лента, для поддержания ленты в пределах малых допусков в заранее определенном желаемом стабилизированном ровном состоянии движущейся ленты литейного конвейера, в котором эта движущаяся лента литейного конвейера поддерживается и стабилизируется ребристыми опорными валками при воздействии на нее тепловой деформации.

В предлагаемом изобретении эта распространяющаяся тяга обеспечивается описываемыми здесь особыми постоянно магнитными материалами, из которых выполнены охватывающие постоянные магниты, расположенные в магнитных контурах, как описано, в ребристых опорных валках, имеющих многочисленные ребра, выполненные из магнитно-мягкого ферромагнитного материала. Эти ребра намагничиваются многочисленными охватывающими постоянными магнитами, входящими в состав самих валков, для направления и стабилизации движущейся, гибкой, тонко-калиброванной, теплопроводной, магнитно-мягкой ферромагнитной ленты литейного конвейера с противодействием тепловой деформации, когда она движется вдоль полости формы, нагреваясь на своей передней поверхности теплом, поступающим из расплавленного металла, и одновременно охлаждаясь на своей обратной поверхности протекающим нагнетаемым жидким охлаждающим веществом.

В соответствии с настоящим изобретением в одном из его аспектов предложены удлиненные ребристые опорные валки для направления бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты литейного конвейера, содержащей слабомагнитный ферромагнитный материал. Такой опорный валок содержит многочисленные ребра, каждое из которых имеет окружную периферию, концентричную с осью вращения валка. Эти ребра выполнены из магнитно-мягкого ферромагнитного материала и установлены в валке в положениях, разнесенных в осевом направлении вдоль валка. Ребра намагничиваются с приданием их перифериям южной и северной магнитных полярностей, последовательно чередующихся вдоль валка, и намагничиваются многочисленными охватывающими постоянными магнитами, установленными на удлиненном валке, причем каждый магнит обеспечивает силы распространяющегося магнитного притяжения, идущие от периферии ребер и идущие от сужающихся боковых поверхностей ребер согласно трехмерным схемам прохождения, подходящим для стабилизации движущейся ленты литейного конвейера.

В изображаемом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения ребристый опорный валок для направления и стабилизации бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты литейного конвейера, содержащей магнитно-мягкий ферромагнитный материал, содержит удлиненный вращающийся немагнитный вал. Многочисленные кольцевые ребра из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, имеющие окружные периметры, насажены на вал и чередуются с втулкообразными охватывающими постоянными магнитами, размещенными между последовательными ребрами. Ребра и магниты последовательно чередуются вдоль длины валка, причем ребра намагничиваются охватывающими магнитами так, что их окружные периметры имеют северную и южную полярности, последовательно чередующиеся вдоль валка.

Настоящее изобретение успешно решает или в значительной степени исключает или значительно уменьшает вышеупомянутые характерные проблемы, обусловленные создаваемыми нагревом деформациями движущейся, бесконечной, гибкой, тонко-калиброванной, теплопроводной ленты литейного конвейера в машине для непрерывного литья.

В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "тонко-калиброванная" применительно к теплопроводной ленте литейного конвейера, выполненной преимущественно из стали, предназначен для обозначения ленты литейного конвейера, имеющей толщину менее одной десятой дюйма (примерно 2,5 мм), а обычно - менее, чем примерно 0,070 дюйма (примерно 2,0 мм).

Магнитная проницаемость магнитно-мягкого ферромагнитного материала определяется как B/H, где B - плотность магнитного потока в гауссах в материале, а H - магнитная коэрцитивная сила в эрстедах, приложенная к материалу. В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "магнитно-мягкий ферромагнитный материал" означает материал, который имеет максимальную магнитную проницаемость, по меньшей мере, примерно в 500 раз больше магнитной проницаемости воздуха или воды, или вакуума, учитывая, что каждая из этих сред имеет магнитную проницаемость примерно 1. Например, обычная трансформаторная сталь имеет максимальную магнитную проницаемость примерно 5450 в случае измерения ее при плотности магнитного потока примерно 6000 гауссов (0,6 Тл) с магнитной коэрцитивной силой Н примерно 1,1 эрстед (87,535 А/м), как указано на странице E-115 "Справочника Си-Ар-Си по химии и физике" (CRC Handbook of Chemistry and Physics), 66-е издание, 1985-1986 гг., выражение "магнитно-мягкий" в том смысле, в каком оно употребляется в этом термине "магнитно-мягкий ферромагнитный материал", означает, что такой материал относительно легко намагничивается или размагничивается. Таким образом, прилагательное "мягкий" употребляется здесь в отличие от прилагательного "твердый (жесткий)", которое употребляется для определения магнитных материалов, намагничивание или размагничивание которых требует большой коэрцитивной силы, так что их трудно намагничивать и размагничивать. Обычная трансформаторная сталь, а также четверть-закаленная катаная низкоуглеродистая тонколистовая сталь, обычно применяемые при формовании тонких калиброванных лент литейного конвейера для использования в машинах для непрерывного литья со сдвоенными лентами, соответствуют категории "магнитно-мягкого ферромагнитного материала".

В Обозначениях "A 340-93: Стандартная терминология символов и определений, связанных с магнитными испытаниями" (Standard Terminology of Symbols and Definitinos Relating to Magnetic Testing) Американского общества по испытанию материалов (АОИМ) "остаточная индукция, B_r" определяется как "значение магнитной индукции, соответствующее нулевому намагничивающему полю, когда магнитный материал подвергается воздействию условий симметричного циклического намагничивания".

Проницаемость магнитно-твердого материала равна ΔB/ΔH при измерении в используемой части кривой размагничивания, которая в свою очередь определяется как та часть петли гистерезиса B-H, т.е. петли B-H или кривой B-H, которая лежит во втором (или четвертом) квадранте нормальной петли гистерезиса. "Нормальная петля гистерезиса" определена в вышеуказанных Обозначениях АОИМ.

Другие задачи, особенности, признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясными из нижеследующего подробного описания предпочтительных в настоящее время конкретных вариантов осуществления изобретения, рассматриваемых совместно с прилагаемыми чертежами, которые носят иллюстративный характер и не предназначены для ограничения изобретения и которые не обязательно начерчены в масштабе, а скорее начерчены, чтобы недвусмысленно проиллюстрировать принципы изобретения. Соответствующие позиции используются для указания аналогичных компонентов или элементов на всех различных чертежах.

На фиг. 1 представлен вертикальный вид сбоку в частичном разрезе, сделанном вдоль линии 1-1, изображенной на фиг. 2, показывающий удлиненный ребристый опорный валок, имеющий многочисленные намагниченные ребра для направления и стабилизации бесконечной гибкой ленты литейного конвейера. На фиг. 1 также показаны торцевые соединительные элементы для установки в контакте с подходящими подшипниками для валка.

На фиг. 2 изображен вертикальный вид с торца торцевого соединительного элемента опорного валка, показанного на фиг. 1.

На фиг. 3 изображен разрез, сделанный через валок вдоль плоскости 3-3, показанной на фиг. 1.

На фиг. 4 изображен разрез на виде сбоку через часть движущейся полости формы в машине для непрерывного литья со сдвоенными лентами, показывающий множество ребристых опорных валков, направляющих и стабилизирующих верхнюю и нижнюю ленты литейного конвейера. Устройства, подводящие охлаждение к лентам, и само охлаждающее вещество исключены из фиг. 4, а поперечное сечение валков увеличено относительно фиг. 3 для ясности изображения.

На фиг. 5 представлен вид в увеличенном масштабе вдоль линии 5-5, показанной на фиг. 4, изображающий часть валка для показа магнитных контуров, обеспечиваемых ребристым опорным валком, являющимся воплощением настоящего изобретения и действующим совместно с гибкой, теплопроводной лентой литейного конвейера, выполненной из магнитно-мягкого ферромагнитного материала.

Удлиненный ребристый опорный валок 8 (фиг. 1, 2, 3), являющийся воплощением изобретения, включает в себя осевой вал 10, соединенный на каждом торце с соединительным элементом 12 винтом 14 машины, ввинченным в резьбовое отверстие 16 в торце вала. Бобышка 18 введена в гнездо 20 торца вала, причем и бобышка, и гнездо концентричны с осью вращения 22 валка 8. В машине 10 для непрерывного литья торцевые соединительные элементы 12 могут служить в качестве граничных областей контакта валков ленты литейного конвейера. Эти торцевые соединительные элементы имеют установочные гнезда 24 для контакта с подходящими подшипниковыми элементами, как известно в области непрерывного литья, для обеспечения свободного вращения валка 8 вокруг его оси 22.

Множество кольцевых ребер 26, выполненных из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, например, хромистой нержавеющей стали типа 430, установлены на валу 10 через равномерно разнесенные интервалы. Например, межцентровый промежуток этих ребер вдоль вала 10 предпочтительно составляет примерно 1 дюйм (примерно 25 миллиметров) и может доходить до примерно 1,25 дюйма (примерно 32 мм). Эти кольцевые ребра 26 являются идентичными, имеют центральное отверстие 27, концентричное с осью 22, и имеют внутренний диаметр (В. Д.), зависящий от диаметра вала и имеющий величину, способствующую установке по плотной посадке на вал 10. Ребра имеют окружной периметр (обод) 28 (фиг. 3), концентричный с осью 22, и этот обод является плоским, т.е. он имеет окружную цилиндрическую конфигурацию с толщиной T обода (фиг. 5). Например, в изображенном иллюстративном варианте осуществления толщина T обода может составлять примерно 0,08 дюйма (примерно 2 мм). Ребра сужаются, становясь тоньше у периферии и имея более толстое тело вблизи своего центрального отверстия 26. Например, тело ребер, как показано, может иметь толщину примерно 0,18 дюйма (примерно 5 мм) вблизи своего центрального отверстия. Наружный диаметр (Н.Д.) обода 28 может находиться в диапазоне от примерно 3,30 дюйма (примерно 84 мм) до примерно 4 дюймов (примерно 102 мм). В более предпочтительном конкретном варианте осуществления, как показано, этот Н.Д. обода составляет примерно 3,37 дюйма (примерно 85,6 мм).

На валу 10 между последовательными ребрами установлено множество охватывающих постоянных магнитов 30. Вал 10 и торцевые соединительные элементы 12 все изготовлены из немагнитного материала, например такого, как аустенитная нержавеющая сталь типа 304. Каждый постоянный магнит 30 выполнен в виде полой круглой цилиндрической втулки, имеющей круглое цилиндрическое расточенное отверстие 32 с внутренним диаметром (В.Д.), размер которого подобран так, чтобы можно было осуществлять установку по плотной посадке на вал 10. Этот вал, как показано, может иметь диаметр в диапазоне от примерно 2,30 дюйма (примерно 58 мм) до примерно 3 дюймов (примерно 76 мм), а в более предпочтительном конкретном варианте осуществления, как показано, вал имеет диаметр примерно 2,34 дюйма (примерно 59,4 мм). Наружный диаметр (Н.Д.) этих втулок 30 охватывающих магнитов может находиться в диапазоне от примерно 2,70 дюйма (примерно 68,6 мм) до примерно 3,44 дюйма (примерно 87 мм). Эти втулки охватывающих магнитов, как показано, могут иметь толщину стенки в радиальном направлении, по меньшей мере, примерно 0,2 дюйма (примерно 5 мм), а более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,22 дюйма (примерно 5,6 мм). Как показано, эти втулки имеют осевую длину, по меньшей мере, примерно 0,8 дюйма (примерно 20 мм), а более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,82 дюйма (примерно 20,8 мм).

Кроме того, предпочтительно, чтобы ободы 28 были вынесены в радиальном направлении наружу за наружную поверхность втулок 30 на радиальный промежуток "r" (фиг. 3 и 5), составляющий, по меньшей мере, примерно 0,25 дюйма (примерно 6 мм), а более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,29 дюйма (примерно 6 мм), а более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,29 дюйма (примерно 7,4 мм), чтобы обеспечить достаточное пространство зазора между наружной поверхностью втулок и обратной поверхностью 34 ленты 40 литейного конвейера для обеспечения охлаждения ленты путем подачи подходящего охлаждающего вещества, текущего (не показано) вдоль обратной поверхности 34 ленты, как известно в данной области техники.

Движущиеся, гибкие, тонкие калиброванные, теплопроводные ленты 40 литейного конвейера (фиг. 4 и 5) выполнены из магнитно-мягкого ферромагнитного материала; например, они могут быть выполнены из такого металлического материала, как четверть-закаленная катаная низкоуглеродистая тонколистовая сталь.

Чтобы компенсировать различия в тепловом расширении втулок и ребер относительно вала 10, в некотором месте вдоль вала 10 установлено пружинное упругое устройство 36. Как показано (фиг. 1), это устройство 36 предпочтительно установлено так, что размещается между торцевым соединительным элементом 12 и втулкой 30 магнита вблизи от торца вала. Например, это пружинное устройство 36 может быть пружинной металлической шайбой, такой как волнистая шайба, или окантованным цилиндрическим пружинным кольцом, или эластомерной прокладкой.

На фиг. 4 показана в разрезе часть движущейся полости C формы, заключенной между парой отстоящих друг от друга лент 40 литейного конвейера, которые движутся в направлении вниз по течению, как показано стрелками 41. Эти ленты движутся от входа (не показан) в полость формы в направлении к выходу из нее (не показан). Эти две ленты поддерживаются и приводятся в движение машиной, известной в данной области, причем такую машину часто называют установкой для непрерывного литья со сдвоенными лентами. Ленты 40 находятся в контакте качения с ободами 28 ребер 26 на множестве верхних и нижних опорных валков 8, которые направляют и стабилизируют верхнюю и нижнюю движущиеся ленты. Области 29 контакта на фиг. 4 являются местами малой площади, где обратная поверхность 34 движущейся ленты находится в касательном контакте качения с соответствующими ободами 28.

Внутри полости C формы (фиг. 4) показан расплавленный металл, например, алюминий или алюминиевый сплав. Этот расплавленный металл начинает затвердевать в твердеющих слоях 44, примыкающих к передним поверхностям 46 лент. Задние поверхности 34 движущихся лент охлаждаются с помощью жидкого охлаждающего вещества (не показано) способом, известным в данной области техники. Таким жидким охлаждающим веществом может быть, например, вода, содержащая ингибиторы коррозии, как известно в данной области техники. Отметим, что толщина твердеющих слоев постепенно увеличивается в направлении вниз по течению с увеличением количеств затвердевающего расплавленного металла. Промежуток S между осями 22 соседних валков, т.е. промежуток между центрами валов, предпочтительно меньше, чем примерно 1,75 Н.Д. ребер 26, так что соседние области 29 контакта на фиг. 4 не отстоят друг от друга в продольном направлении вдоль движущейся ленты больше, чем на такой промежуток. Кроме того, Н.Д. торцевых соединительных элементов 12 (фиг. 1) равен Н.Д. ребер, так что эти торцевые соединительные элементы могут находиться в контакте качения вдоль границ движущейся ленты.

На фиг. 5 пунктирные линии 50 указывают магнитные контуры, которые возбуждаются охватывающими магнитами 30. Каждый из этих магнитных контуров можно прочертить, начиная от северного полюса N' постоянного магнита 30, проходя в ребро 26 и выходя радиально наружу изнутри ребра в область 29 контакта, где обод 28 находится в контакте качения с обратной поверхностью 34 ленты 40 литейного конвейера. Каждый контур 50 проходит от первой области 29 контакта внутри магнитно-мягкой ферромагнитной ленты 40 до второй области контакта соседнего ребра. Затем каждый контур 50 проходит радиально внутрь в соседнее ребро к южному полюсу S' магнита. Каждый магнитный контур оканчивается внутри магнита, проходя от его южного полюса S' к его северному полюсу N'. Отметим, что эти охватывающие втулкообразные магниты 30 намагничиваются в направлении, параллельном оси 22. Если эти втулкообразные магниты выполнены из материала, подверженного коррозии, то на них наносят соответствующее покрытие для сопротивления коррозии, например, никелируют.

Постоянно магнитный материал в каждом из охватывающих магнитов 30 сильно намагничивает контуры 50 (фиг. 5), а также сильно намагничивает целиком ребра 26 для обеспечения мощных сил распространяющегося притяжения (тяги), воздействующих на движущуюся ленту 40 литейного конвейера, содержащую магнитно-мягкий ферромагнитный материал, и имеет определенные очень важные критические характеристики. (1) Образец этого постоянно магнитного материала имеет нормальную петлю гистерезиса (петлю B-H), которая пересекает ось В в точке, где образец имеет остаточную индукцию B_r с плотностью магнитного потока, равной или превышающей 8000 гауссов (0,8 Тл). (2) Образец этого постоянно магнитного материала имеет нормальную петлю гистерезиса (петлю B-H), в которой прямая линия, касательная к средней точке части петли во втором или четвертом квадранте, имеет наклон, указывающий дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке, выражаемую отношением ΔГс к ΔЭ, равным или меньшим, чем примерно 4, при магнитной проницаемости воздуха, охлаждающей воды или вакуума, принимаемой за 1. Кроме того, этот постоянно магнитный материал должен иметь значительную степень постоянства, т.е., грубо говоря, он должен быть трудно размагничиваемым, т.е. он "твердый" в магнитном смысле, т.е. для размагничивания этого постоянно магнитного материала требуется очень большая размагничивающая коэрцитивная сила.

В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "дифференциальная проницаемость при размагничивании в средней точке" образца постоянно магнитного материала означает наклон, выражаемый отношением ΔГс к ΔЭ прямой линии, которая является касательной к петле B-H образца в средней точке части этой петли, которая находится во втором или четвертом квадранте. Следует понять, что петлю B-H рисуют на графике, на котором значения B и H откладываются вдоль соответствующих вертикальной и горизонтальной осей, так что B/H или ΔB/ΔH вакуума, т. е. наклон для интенсивности B потока, возникающий в результате приложения коэрцитивной силы H к вакууму, при отражении на одном и том же графике всегда равен 1; иными словами, отношение изменения ΔB плотности потока к изменению ΔH прикладываемой коэрцитивной силы для вакуума при отражении на одном и том же самом графике всегда равно 1. В нижеследующих таблицах авторами приведены их предпочтения, касающиеся этих важных критических характеристик.

Таблица I Образец постоянно магнитного материала в магнитах 30 имеет петлю B-H, которая пересекает ось B в точке, где остаточная индукция B_r имеет плотность магнитного потока в гауссах: как правило - равную или превышающую примерно 8000 (0,8 Тл) предпочтительно - равную или превышающую примерно 9000 (0,9 Тл) более предпочтительно - равную или превышающую примерно 10000 (1 Тл) наиболее предпочтительно - свыше примерно 11000 (1,1 Тл) Таблица II Образец постоянно магнитного материала в магнитах 30 имеет дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке, выражаемую отношением ΔГс к ΔЭ предпочтительно - равное или меньшее чем примерно 4 более предпочтительно - равное или меньшее чем примерно 2,5
наиболее предпочтительно - равное или меньшее чем примерно 1,2
Способствуя взаимосвязи с силой магнитного притяжения, притягивающей ленту к ободам 28 в областях 29 контакта и обеспечиваемой потоком в магнитных контурах 50, проходящих через эти области 29 контакта с ободами, охватывающие магниты 30 имеют особые характеристики, подходящие для обеспечения дополнительного потока, указанного множествами пунктирных линий f (фиг. 4 и 5), который проходит через воздух и/или охлаждающую воду (не показаны), и входит в ленту во многих местах, которые смещены от областей 29 контакта. Этот дополнительный распространяющийся поток f прикладывает дополнительное усилие магнитного притяжения к ленте, притягивая ее к ободам 28. Из рассмотрения обоих чертежей на фиг. 4 и 5 следует понять, что этот распространяющийся поток f выходит наружу из ободов ребер и из сужающихся боковых сторон ребер в направлении к ленте, направляемой и стабилизируемой таким образом по трехмерной схеме, проходя вверх и вниз по течению (фиг. 4), а также включает прохождение в поперечном направлении от каждого ребра как влево, так и вправо (фиг. 5).

Авторы отмечают, что любые постоянные магниты 30, изготовленные из постоянно магнитного материала, проявляющего очень важные критические характеристики, описанные выше, способны успешно работать в описанных конкретных вариантах осуществления изобретения. Для авторов настоящего изобретения предпочтительным является использование втулкообразных магнитов 30, содержащих постоянно магнитные материалы, известные в промышленности как редкоземельные магнитные материалы, включающие в себя, по меньшей мере, один из "редкоземельных" химических элементов (ряда семейства лантанидов - химических элементов под номерами 57-71), например, магниты, предпочтительно содержащие постоянно магнитный материал, содержащий соединение кобальта и самария (Co₅Sm), имеющее максимальное энергетическое произведение примерно 20 МГсЭ (мега-гаусс-эрстед) или примерно 14,916 Тл•(А/м), можно использовать, поскольку его петля гистерезиса B-H имеет остаточную индукцию B_r примерно 9000 гауссов (0,9 Тл), и магниты, содержащие материал Co₁₅Sm₂, имеющий максимальное энергетическое произведение в диапазоне от примерно 22 до примерно 28 МГсЭ (от примерно 16,407 до примерно 21,282 Тл•(А/м)), можно использовать, поскольку его петля B-H имеет остаточную индукцию B_r в диапазоне от примерно 9000 гауссов (0,9 Тл) до примерно 11000 гауссов (1,1 Тл).

Постоянно магнитный материал Co₅Sm, имеющий максимальное энергетическое произведение примерно 20 МГсЭ или примерно 14,916 Тл•(А/м), имеет дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке примерно 1,08. Постоянно магнитные материалы Co₁₅Sm₂, имеющие максимальное энергетическое произведение в диапазоне от примерно 22 до примерно 28 МГсЭ (от примерно 16,407 до примерно 21,282 Тл•(А/м)), имеют дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке в диапазоне от примерно 1,15 до примерно 1,0.

Наиболее предпочтительные авторами настоящего изобретения в настоящее время постоянные магниты 30 содержат постоянно магнитный материал на основе трехэлементного (трехкомпонентного) соединения железа, неодима и бора, известного под родовым названием неодим-железо-бор, Nd-Fe-B или NdFeB, которое обладает максимальным энергетическим произведением в диапазоне от примерно 25 до примерно 35 МГсЭ (от примерно 18,908 до примерно 27,867 Тл•(А/м)). Такие магниты можно назвать "неомагнитами", причем в настоящее время наиболее предпочтительны неомагниты с параметрами от примерно 32 до примерно 35 МГсЭ (от примерно 25,365 до примерно 27,867 Тл•(А/м)). Постоянно магнитный материал NdFeB, имеющий максимальное энергетическое произведение в диапазоне от примерно 25 до примерно 35 МГсЭ (от примерно 18,908 до примерно 27,867 Тл•(А/м)), имеет петлю В-Н с остаточной индукцией Вг в диапазоне от примерно 10700 гауссов (1,07 Тл) до примерно 12300 гауссов (1,23 Тл) и имеет дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке примерно 1,15. Неомагниты имеют низкую стойкость к коррозии и поэтому их никелируют.

В будущем могут появиться в продаже другие постоянно магнитные материалы, например, трехкомпонентные соединения типа железо-самарий-нитрид и другие еще неизвестные постоянно магнитные материалы на основе трехкомпонентных соединений и еще неизвестные постоянно магнитные материалы на основе четырехэлементных (четырехкомпонентных) соединений, и они могут иметь петли B-H с остаточной индукцией B_r, которая достаточно высока, как показано в Таблице I, а также могут обладать дифференциальной проницаемостью при размагничивании в средней точке, которая достаточно низка, чтобы подходить, как показано в Таблице II, для использования в конкретных вариантах осуществления этого изобретения.

Хотя здесь были подробно описаны конкретные предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует понять, что эти примеры изобретения описаны в целях иллюстрации. Это описание не следует воспринимать в смысле ограничения объема притязаний изобретения, поскольку специалисты в области непрерывного литья могут изменить детали описанной установки или провести замену на эквивалентные постоянно магнитные материалы, чтобы адаптировать такие установки и способы для поддержания плоской, обладающей достаточной равномерностью, вращающейся, бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты литейного конвейера, содержащий магнитно-мягкий ферромагнитный материал и работающей в машине для непрерывного литья во время непрерывного литья металла, а также чтобы использовать их в различных конкретных машинах конвейерного типа для непрерывного литья или различных ситуациях установок конвейерного типа для непрерывного литья, не выходя за объем притязаний, указанный в нижеследующей формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Удлиненный ребристый опорный валок для направления бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты из магнитно-мягкого ферромагнитного материала литейного конвейера, содержащий множество ребер, каждое из которых имеет окружную периферию, концентричную с осью вращения валка, при этом ребра выполнены из магнитно-мягкого ферромагнитного материала и разнесены в осевом направлении вдоль валка, отличающийся тем, что он снабжен множеством охватывающих постоянных магнитов, входящих в состав валка, с возможностью намагничивания ребер для образования на их периферии чередующихся северных и южных магнитных полярностей вдоль валка, при этом каждый из охватывающих постоянных магнитов имеет остаточную индукцию, равную, по меньшей мере, примерно 9000 Гс (0,9 Тл) и дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке, равную или меньшую, чем примерно 4 ΔГс / ΔЭ
2. Валок по п.1, отличающийся тем, что он содержит немагнитный вал, концентричный с осью вращения, при этом ребра и охватывающие постоянные магниты разнесены в осевом направлении вдоль немагнитного вала.

3. Валок по п.2, отличающийся тем, что охватывающие постоянные магниты установлены на немагнитном валу между ребрами, причем, по меньшей мере, один магнит расположен между соседними ребрами.

4. Валок по п.3, отличающийся тем, что охватывающие постоянные магниты расположены между соседними ребрами, намагничены в направлении, параллельном оси вращения валка, и имеют северный и южный магнитные полюса на противоположных осевых торцах каждого магнита, при этом магнитные полюса одинаковой полярности обращены к противоположным сторонам ребер.

5. Валок по п.4, отличающийся тем, что охватывающие постоянные магниты выполнены в виде втулок с расточенными отверстиями для установки на немагнитный вал, а ребра выполнены кольцевыми с центральными отверстиями для установки на немагнитный вал, причем каждое ребро расположено между последовательно размещенными втулками.

6. Валок по п.5, отличающийся тем, что к каждому торцу немагнитного вала прикреплен торцевой соединительный элемент, к каждому из которых примыкает одна из втулок охватывающих постоянных магнитов, при этом торцевые соединительные элементы изготовлены из немагнитного материала и рядом с торцем одной из втулок охватывающих постоянных магнитов расположено упругое устройство для компенсации различий при тепловом расширении втулок этих магнитов и ребер относительно немагнитного вала.

7. Валок по п.1, отличающийся тем, что охватывающие постоянные магниты выполнены из материала, имеющего родовое название неодим-железо-бор с остаточной магнитной индукцией, по меньшей мере 10700 Гс (1,07Тл).

8. Валок по п.4, отличающийся тем, что охватывающие постоянные магниты выполнены из материала, имеющего родовое название неодим-железо-бор с остаточной магнитной индукцией, по меньшей мере, примерно 10700 Гс (1,07 Тл), при этом охватывающие постоянные магниты имеют осевую длину, по меньшей мере, примерно 0,8 дюйма (примерно 20 мм).

9. Валок по п.5, отличающийся тем, что втулки охватывающих постоянных магнитов имеют толщину стенок в радиальном направлении, по меньшей мере, примерно 0,2 дюйма (примерно 5 мм), и осевую длину, по меньшей мере, примерно 0,8 дюйма (примерно 20 мм).

10. Валок по п.9, отличающийся тем, что втулки охватывающих постоянных магнитов выполнены из постоянно магнитного материала, имеющего остаточную индукцию, равную, по меньшей мере, примерно 10000 Гс (примерно 1,0 Тл) и дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке, максимальное значение которой не превышает 2,5 ΔГс / ΔЭ
11. Валок по п.9, отличающийся тем, что окружные периферии ребер выступают в радиальном направлении наружу за втулки охватывающих постоянных магнитов на расстояние r, составляющее, по меньшей мере, примерно 0,25 дюйма (примерно 6 мм).

12. Удлиненный ребристый опорный валок для направления бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты из магнитно-мягкого ферромагнитного материала литейного конвейера, содержащий удлиненный, вращающийся немагнитный вал, имеющий ось вращения, множество кольцевых ребер из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, каждое из которых имеет окружную периферию и проходящее сквозь нее отверстие, концентричное с периферией, имеющее размеры, обеспечивающие установку на немагнитный вал, отличающийся тем, что он снабжен множеством охватывающих постоянных магнитов, выполненных в виде втулок, каждая из которых имеет проходящее сквозь нее расточенное отверстие с размерами, обеспечивающими установку на немагнитный вал, и каждая из которых намагничена параллельно расточенному отверстию для обеспечения каждой втулки северным и южным магнитными полюсами на ее противоположных торцах, при этом втулки и ребра собраны на валу в виде чередующейся последовательности с магнитными полюсами одинаковой полярности, примыкающими к противоположным сторонам каждого ребра для намагничивания ребер, при этом ребра выступают в радиальном направлении наружу за втулки и имеют чередующиеся северные и южные магнитные полярности вдоль валка.

13. Валок по п.12, отличающийся тем, что для удержания втулок и ребер на немагнитном валу к каждому его торцу концентрично с валом подсоединен торцевой соединительный элемент, выполненный из немагнитного материала, а для компенсации различий в тепловом расширении втулок и ребер относительно вала рядом с торцем одной втулки расположено упругое устройство, охватывающее вал.

14. Валок по п.12, отличающийся тем, что втулки охватывающих постоянных магнитов имеют остаточную индукцию, равную, по меньшей мере, примерно 9000 Гс (0,9 Тл) и дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке с максимальным значением, не превышающим примерно 4 ΔГс / ΔЭ.

15. Валок по п.13, отличающийся тем, что втулки охватывающих постоянных магнитов имеют остаточную индукцию, равную, по меньшей мере, примерно 9000 Гс (0,9 Тл) и дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке, с максимальным значением, не превышающим примерно 2,5 ΔГс / ΔЭ.

16. Валок по п.12, отличающийся' тем, что втулки охватывающих постоянных магнитов имеют осевые длины, равные, по меньшей мере, примерно 0,8 дюйма (примерно 20 мм) и остаточную индукцию, по меньшей мере, примерно 10700 Гс (1,07 Тл).

17. Удлиненный ребристый опорный валок для направления бесконечной, гибкой, теплопроводной ленты из магнитно-мягкого ферромагнитного материала литейного конвейера, содержащий удлиненный, вращающийся немагнитный вал, имеющий ось вращения, множество кольцевых ребер из магнитно-мягкого ферромагнитного материала, каждое из которых имеет окружную периферию и проходящее сквозь нее отверстие, концентричное с периферией, имеющее размеры, обеспечивающие установку на немагнитный вал, отличающийся тем, что он снабжен множеством втулок охватывающих постоянных магнитов, каждая из которых имеет проходящее сквозь нее расточенное отверстие с размерами, обеспечивающими установку на немагнитный вал, и каждая из которых намагничена параллельно расточенному отверстию для обеспечения северного и южного магнитных полюсов на противоположных торцах каждой втулки, при этом втулки и кольцевые ребра установлены на немагнитном валу в чередующейся последовательности с магнитными полюсами одинаковой полярности, примыкающими к противоположным сторонам каждого кольцевого ребра для намагничивания ребер, которые выполнены толще вблизи своих центральных отверстий, чем у своей периферии, при этом кольцевые ребра выступают в радиальном направлении наружу за втулки и имеют чередующиеся северные и южные магнитные полярности вдоль валка.

18. Валок по п.17, отличающийся тем, что рядом со втулками кольцевые ребра имеют толщину, которая более чем вдвое превышает толщину ребер на периферии.

19. Валок по п.18, отличающийся тем, что кольцевые ребра выступают в радиальном направлении наружу, по меньшей мере, примерно на 0,25 дюйма (примерно 6 мм) за втулки охватывающих постоянных магнитов.

20. Валок по п.17, отличающийся тем, что втулки охватывающих постоянных магнитов имеют остаточную индукцию, равную, по меньшей мере, примерно 10000 Гс (1,0 Тл) и дифференциальную проницаемость при размагничивании в средней точке, равную не более чем примерно 2,5 ΔГс / ΔЭ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5