專利名稱：用于控制熔融金屬流動的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬鑄造領(lǐng)域，尤其是，以鑄造方式制造金屬器件時電 磁傳輸熔融金屬，例如，使用于連續(xù)金屬鑄造機。以及例如，使用于周 期地傳輸、測量、計量、控制和/或預(yù)定量的熔融金屬進入鑄造裝置，該 裝置具有一系列的相同的鑄模用于生產(chǎn)一系列的或成批的基本上相同的 金屬鑄件。實施本發(fā)明的新型的方法、系統(tǒng)和裝置使用具有伸出磁場的 永久磁鐵，以便電磁傳輸、制動、測量和控制熔融金屬的流動。
背景技術(shù)：
對于大批量的熔融金屬的控制流動以避免流動過度或流動不足的要 求在各種類型的鑄造裝置中的金屬鑄造時是重要的。例如，連續(xù)的控制 流動是有利于匹配熔融金屬的流動率與金屬鑄造設(shè)備或鑄造機的速度， 熔融金屬是以連續(xù)方式供給進入鑄造機。在現(xiàn)有技術(shù)中，使用了昂貴的 傾斜爐，出鋼槽和嚴(yán)格控制的止動桿。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中對控制信號 的響應(yīng)是較遲緩的，以及維護可能昂貴。并且，連續(xù)鑄造程序的每次停 頓可能包括大量熔融金屬的傾倒廢棄和重熔。
Smith等人在U.S.5，377，961中公開一種用于噴射小滴的釬料到一個 印刷電路板上的器件。這種器件的工作原理可以追朔到十九世紀(jì)的法拉 第一安培定律。法拉第的感應(yīng)電動勢的三維三指定律也作為電機轉(zhuǎn)子的 繞組實例。因此，此原理也稱為安培一洛淪茲定律。
L.R.Blake and D.A.Watt在他們的單獨的論文中敘述了類似原理的 泵，用子泵送通過原子反應(yīng)堆芯棒作為冷卻劑的熔融鈉或鐘。在這種泵中磁鐵是極大的和昂貴的，以及使用一個巨大的電流。約100，OOOA要求 用于泵送2000gallos/min這種非常輕的液體金屬(Watt，pp.98，95 )。
Bykhovsky et al在U.S.5,009,399中使用法拉第原理。他們的增壓區(qū) 是一個盤形的軸向薄環(huán)柱空腔，其中金屬被感應(yīng)以旋轉(zhuǎn)。 一個沒有移動 部件的電磁"螺線管，，是通過圓柱空腔的薄尺寸的單向磁力源。
電磁鐵和普通的永久磁鐵由于 一個障礙，即使是放置在其磁路中的 一個小的非磁性間隙而劇烈地減少其磁通密度。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人的方法，系統(tǒng)和裝置實施本發(fā)明而可以使用于電磁泵送、 傳送、制動、測量和/或控制大量的熔融金屬流動通過一個增壓管路。熔 融金屬的這種流動能夠接近或進入任何適當(dāng)?shù)蔫T造裝置，例如， 一個連 續(xù)的控制流動進入一個連續(xù)的金屬鑄造機，如圖1和1A所示。再者，這 樣的流動能夠是例如，測量的、計算的、控制的和/或預(yù)定的數(shù)量的熔融 金屬的一個周期的傳輸進入適當(dāng)?shù)蔫T造裝置，它具有一系列的相同的鑄 模用于生產(chǎn) 一 系列的或成批的相同的金屬鑄件。
法拉第一安培原理使用于電動機模式，借助它電能轉(zhuǎn)化為機械能，
使用于在大多數(shù)情況下典型地作為一個泵。工作模式容易反轉(zhuǎn)，使用于 作為一個制動器或扼流器。
為了獲得要求的磁激勵而橋接一個大間隔在磁路內(nèi)而引起一個高價 格和巨大體積的電磁鐵可以避免，這時借助使用永久磁鐵，由含有一種 稀土元素比如釹的磁性材料組成的高能"釹磁鐵"。本申請人曾經(jīng)計算， 線圏本身，即磁繞組，在一個相等能力的一個電磁鐵的最有效的形狀中 與含稀土元素的高能永久釹磁鐵比較，占據(jù)約130倍釹磁鐵占據(jù)的體積。 而且，釹磁鐵不產(chǎn)生浪費的熱。而一個電磁鐵將由于大安培量通過其線 圏的電阻而產(chǎn)生相當(dāng)大的熱。
定位、取向和排列為專門的形狀的組件的釹磁鐵的"伸出"能力，如 所示的和所說明的，能夠首先提供一個經(jīng)濟上可行的、精確控制的大量 的熔融金屬流動。這樣精確的控制使得可能幾乎在瞬時開始或停止或調(diào) 節(jié)熔融金屬的流動。這里沒有移動的部件。熔融金屬流動區(qū)是封閉的或被一種惰性氣體保護，以及因此流動避免了紊流和與大氣的腐蝕性接觸。 方法、系統(tǒng)和裝置任選地包括一個電磁流量計。流量計使用產(chǎn)生模 式內(nèi)的法拉第原理，使用它機械能轉(zhuǎn)化為電能。因此， 一個電傳感器的 輸出指示熔融金屬的速度和可以使用于控制泵送動力學(xué)。


在各圖中，標(biāo)記B的空箭頭表示一個強烈的磁場，具有一個單向的
磁通量，標(biāo)記L的空箭頭表示在幾個圖中由"+"至"-，，示出流動的直流電。
標(biāo)記M的空箭頭表示在泵送模式中的熔融金屬流動的方向；以及標(biāo)記P 的空箭頭表示凝固產(chǎn)品的運動。
在各圖中相應(yīng)的圖號和字母表示相應(yīng)的元件、零件和/或部件。
圖1是一個立視圖，示出一個電磁泵，實施本發(fā)明和排列為泵送熔 融金屬向上由一個爐子至一個連續(xù)的帶金屬鑄造機，作為一個鑄造裝置 的一個實例，它可以有利地使用于與這樣一個電磁泵協(xié)作；
圖1A與圖1類似，不同之處是由泵至連續(xù)鑄造機的管路大部分被刪 除。在圖1A內(nèi)，所示的熔融金屬是推進向上以一種自由無約束的拋物線 噴泉流移動通過一個保護隋性氣氛；
圖2是實施本發(fā)明的一個熔融金屬泵的一個透視圖。泵裝置是由一 個視點由上面和上游向下傾斜觀察看見的。用虛線示出四個高能永久釹 磁鐵一兩個一對排列在熔融金屬流動M的上面，以及兩個一對排列在其 下面，如圖2A所示。圖2和2A內(nèi)所示裝配的每對磁鐵帶有相應(yīng)的錐體 極片，它們的極面對著熔融金屬流動M。
圖2A是圖2所示的泵的一個前立視圖，為了清晰起見，圖2A僅示 出釹磁鐵組件，帶有它們的極片保持在非磁性殼體或包套內(nèi)以及軟鐵磁 框架；
圖3是圖2的熔融金屬泵內(nèi)的增壓管路和附屬部件的一個透視圖， 是由上面和上游向下傾斜觀察看見的。
圖3A是圖2內(nèi)的泵的增壓管路和附屬部件的一個透視分解圖，是由 上面和上游傾斜看見的。此圖示出泵電極附屬元件和速度傳感電極附屬 元件。單向磁通量B的垂直管路用小十字表示；
5圖4是實施本發(fā)明的一個集中的高磁通密度的熔融金屬泵的一個透 視圖，是由上面和下游傾斜觀察看見的。 一個部分切除露出一個泵管路 的上冷卻室和一個減薄部分。為了說明清晰起見，高能釹磁鐵的上和下 組件以及它們相應(yīng)的極片在圖中未繪出。
圖5是圖4所示的熔融金屬泵的增壓管路的一個頂視圖。單向磁通 量的垂直管路由剖面圖看出，以及用小十字表示；
圖6是圖4所示的集中的高磁通密度泵的增壓管路的一個透視圖， 是由圖4內(nèi)相同的視點看見的。補充地示出四個速度傳感器電極；
圖7是一個五倍集中的高磁通密度釹磁鐵組件的一個透視圖，它使 用于圖4、 5和6所示的熔融金屬泵。圖7是由與圖4和6相同的視點看 見的。為了說明清晰起見，圖9和圖IO所示的惰性填料塊在圖7和8中 取消；
圖8是圖7所示的釹磁鐵組件的一個透視圖9是圖7所示的釹磁鐵組件的一個透視圖，以虛線示出^f茲惰性支 承填料塊，它包括在圖7所示的組件內(nèi)，但它由圖7取消是為了說明清 晰起見；
圖IO是圖9所示的組件內(nèi)的元件的一個透視分解圖； 圖11是一個剖面立視圖，通過圖4、 6和12的裝置沿平面11-11切 取的；
圖12是一個剖面頂視圖，沿圖11和13內(nèi)平面12-12切取的，用于 顯示疊層的冷卻單元，它保護釹磁鐵避免受熱；
圖13是圖12所示的元件的一個部分側(cè)視圖，是由圖12內(nèi)位置13-13 看見的；
圖13A是一個三角形極片的一個透視圖，帶有三個圍繞的磁鐵。它 的末端/P茲鐵以分解的關(guān)系示出；
圖13B是一個六邊形磁鐵的一個透視圖，帶有六個圍繞的磁鐵。它 的末端》茲鐵以分解的關(guān)系示出；
圖13C是處于其單一環(huán)形f茲^l失內(nèi)的一個圓極片的一個透視圖，以及 它的末端磁鐵以分解關(guān)系示出；圖14示出含稀土元素的高能永久釹磁鐵材料與alnico5永久磁^^材 料比較的充磁和退磁的磁滯回線；
圖15是一個普通試驗裝置的一個立視圖16描繪出通過一個較大的非磁性間隙施加的"伸出，，釹磁鐵的伸出 吸引能力與通過相同的非磁性間隙Alnico磁鐵施加的吸引力的快速不希 望的降低的比較；
圖17是由上面觀察一個長的三層輸入磁鐵形狀的一個透視圖。末端 磁鐵以分解關(guān)系示出；
圖18是本發(fā)明的另一實施例的一個透視圖，包括兩個立方組件，每 個為八個釹磁鐵。增壓管路和兩個扁平冷卻器示出位于釹磁鐵的兩個立 方組件之間；
圖19是圖18的實施例的一個前立視圖，圖19示出一個矩形的《失J茲 框架附著于兩個釹磁鐵的立方組件。為了說明清晰起見，此框架在圖18 中取消。
具體實施例方式
所述的電磁泵32、 32G (圖2、 4)的目的是推進或限制熔融金屬流 動接近或進入一個鑄一莫或一個金屬鑄造機。
本發(fā)明的實施例可以例如，有利地使用于與帶型連續(xù)金屬鑄造機30 (圖1)或30，(圖1A )相結(jié)合。這種機器在連續(xù)鑄造技術(shù)中是已知的， 使用一個或多個環(huán)形柔性帶22或22，， 24或24，以及移動鑄模腔C的一 個或多個壁。這種鑄造帶是移動的、環(huán)形的薄的、柔性的、熱傳導(dǎo)的、 以及通常用水液體冷卻的。在一個機器內(nèi)使用兩個帶， 一個上鑄造帶22 或22，圍繞一個上滾輪U或U，轉(zhuǎn)動以及一個下鑄造帶24或24，圍繞一個 下滾輪L或L，轉(zhuǎn)動。兩個帶圍繞橢圓路徑如箭頭34所示一致地轉(zhuǎn)動，而 金屬凝固在兩個帶之間的移動的鑄模腔C內(nèi)以形成一個浸入的鑄造產(chǎn)品 P，該模腔形成在兩個轉(zhuǎn)動的鑄造帶之間。
如在連續(xù)鑄造才幾:技術(shù)中已知， 一對橫向有間距的邊擋25 (圖1和1A 中僅能看見一個)也是轉(zhuǎn)動的(箭頭34)以及被自由轉(zhuǎn)動的滾子23適當(dāng) 地引導(dǎo)。這些邊擋橫向地限定移動的鑄模腔C的一對有間距的側(cè)面。作為一個說明性的實施例， 一個熔化爐或保持爐28 (圖1、 1A)內(nèi) 的供給的熔融金屬M流動進入一個電磁泵32 (圖1， 1A， 2， 3， 3A)， 該泵任選地配置自加熱器件(未示出)。電磁泵32處于相對于熔融金屬 的液面29—個較低的高度，以允許爐子28下排至一個希望的液面，而 不必注意泵的起動。內(nèi)絕熱管36傳送熔融金屬至鑄造才幾30。在圖l內(nèi)， 金屬M是泵送向上進入一個中間包或分配器38，以4更分配流動的金屬進 入連續(xù)金屬鑄造機30的上游引入端42。
本發(fā)明的另 一個說明性實施例用于供給熔融金屬M通過一個電磁泵 32進入一個鑄造機30，示于圖1A，其中圖l的內(nèi)絕熱管36是短和彎曲的， 以形成一個肘管36，。向上泵送的熔融金屬M被推進進入一個(或多個) 無約束的拋物線路徑，成運動通過一個適當(dāng)?shù)亩栊原h(huán)境氣氛31的一個或 多個無約束的噴泉流27。噴泉流27最終澆注入一個熔融金屬開放池40, 該池位于噴泉流的拋物線路徑的頂點V的近旁。在圖1A中開放池40是 借助定位上滾輪U，相對于下滾輪L，稍處于下游而提供的。這種向上泵送 和澆注噴泉流27進入一個開放池(圖1A)的噴泉流方法具有的優(yōu)點是 當(dāng)高熔點的金屬澆注時可以防止管子36或36，的耐火內(nèi)襯變得易碎和塌 落而引起污染。因此，消除了在移動的鑄模腔C和在鑄造產(chǎn)品P內(nèi)熔融 金屬M可能的污染源。在噴泉達到頂點V之前，耐火材料的任何塌落的 顆粒或碎片可能在開始時被一個噴泉流27推進向上，可能會落出或與未 約束的噴泉流分離。 總的設(shè)計考慮
本申請人裝置32 (圖2 )和32G (圖4 )用于推進或控制大量的熔融 金屬流動，根據(jù)法拉第一安培原理以電動機模式工作，以便在壓力管路 48 (圖2)或48G (圖4)的通道43內(nèi)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诮饘俚臋C械動 能。裝置32或32G最典型的是一個泵，但它容易在電學(xué)上反轉(zhuǎn)以及從而 可以用作為一個制動器或扼流器，或者用于反向泵送。
間隙44或44G應(yīng)制成盡可能短，以節(jié)約磁性材料和用于減少磁漏泄。 對于本申請人的實驗?zāi)康目梢灾赋觯?一個間隙44(圖2A、 3和3A)以 及一個間隙44G (圖11)為約38mm (約1.5in )是可行的和成功的。這些間隙44和44G含非磁性材料以及是定位在一對磁極之間，將在下面說 明。 一個巨大的電磁鐵一般需要以橋接在一個雙回路的磁路中的這樣一 個間隙44，如圖2內(nèi)虛線61所示或一個單回路的磁路中的這樣一個間隙 44G,如圖4內(nèi)虛線61G所示。能夠借助使用一個永久"伸出的磁鐵"5b 而避免這樣一個巨大的電磁鐵，這種"伸出的磁鐵"也可稱為"釹磁鐵"(圖 2，7，8，9，11，17 )排列和裝配為所示的各種特殊的強功率的形狀。這些磁鐵 56具有永久》茲鐵材料，它們含有一種稀土化學(xué)元素，比如釹或釤。 一個 稀土元素是一個化學(xué)元素序數(shù)57至71的鑭族元素。這種永久釹磁鐵的 希望的優(yōu)選的特性將在下面詳細說明。
總而言之，這里的"伸出"永久磁鐵也稱為"釹磁鐵"，值得注意的是 它們提供的磁力強度以及它們的獨特的高能的能力，以驅(qū)動它們的磁場B 以伸出跨過較寬的空氣間隙，空間間隙或非磁性間隙，即非鐵磁性材料 間隙，而仍提供一個強烈的磁場B延伸跨過這樣一個間隙。它們的伸出 能力大大超過具有一個或多個非磁性材料間隙的磁路中的普通磁鐵的行 為(順磁材料在此處作為非磁性材料處理)。
本申請人的現(xiàn)在優(yōu)選的釹磁鐵的其它說明和定義將在下面提供。
本發(fā)明的第一實施例的結(jié)構(gòu)
本發(fā)明的第一實施例是圖2， 2A, 3和3A所示的一個電磁泵32的 形式。泵能夠施加一個/P茲通量密度約7,000至7，500gauss (高斯，約0.7 至0.75泰斯拉)，通過一個面積約26cm2 (約4in2 )，延伸跨過一個非磁 性間隙44約38mm (約1.5in )。泵32的一個中心部分是一個直的薄壁增 壓管路48，具有一個通道43。增壓管路48最好是較薄壁的和扁平的， 例如，具有一個狹窄的、直的和基本上恒定的橫截面通道43，通過它的 工作區(qū)50。所示的通道43具有一個高度67 (圖3A)為約5.5mm (約 0，22in)以及一個寬度66 (圖3A)為約51mm (約2in)。因此通道43 具有一個橫截面面積約2.8cm2 (約0.44in2)。這里所述的增壓管路48是 水平的，雖然裝置32，50的任何取向是可以工作的。管路48具有非磁性 材料，它能耐移動通過管子36 (圖1)的熔融金屬M的熱、腐蝕和磨蝕。 為了泵送低熔點的金屬，硅酸鉤是適宜的；以及非磁性金屬比如奧氏體不銹鋼也是適宜的，可用于形成管路48。
增壓管路48具有一個泵送通道43,定位在磁通量54 (圖3A)的一 個單向磁場的磁路內(nèi)，具有磁通量密度B。磁場54垂直地指向通過扁平 工作區(qū)50的狹窄(薄)尺寸。在泵32內(nèi)，磁場是由兩對釹磁鐵56提供 的，在本實施例中的每個是一個立方體，例如沿每個邊緣測量為約51mm (約2in )。 一個第一對磁鐵56帶有極片58示出在間隙44上面(圖2A， 3和3A )。所示的間隙44是在平行于單向磁通量54的B軸(圖3A)的 方向上測量的。 一個第二對釹》茲鐵56帶有它們的極片58定位在間隙44 的下面。這些錐形的極片58是由一種鐵磁的軟磁(鐵磁)材料(例如機 加工鋼)制造的，將在后面較詳細地說明。每對磁45^與它們的極片58— 起用 一個四側(cè)面殼體或包套59保持在一起，殼體或包套是用適當(dāng)?shù)姆谴?性材料(如鋁)制造的，使用螺釘52固定至一個框架60，如圖2A所示。 兩個殼體59成形為分別貼合地把第一和第二對磁鐵56和它們相應(yīng)的錐 形極片58包容到一起。極片58的每個側(cè)面斜度保持相對于此極片的縱 軸一個角度不大于30。，因為一個較大的收斂角引起磁通量泄漏的不希望 的增加。僅在極片58兩個側(cè)面上約30。的收斂角示于圖2。
一個軟磁(鐵磁)普通矩形框架60圍繞釹磁鐵組件以及建立一個磁 路61，該磁路具有兩個回路，都延伸跨過間隙44。機加工鋼，例如含有 0.2%wt的碳，是"軟"磁的，這就是它們是鐵磁的和適合于制造極片58 和框架60。機加工鋼例如也適合于制造橋片62,該橋片包括在雙回路磁 路61的一個回路內(nèi)。橋片62是用螺栓64可拆卸地固定，以允許整個泵 裝置32可以分解，以便于移出增壓管路48，50。
上和下極片58分別地具有上和下極面87 (圖2A)。這些極面定位為 有間距的平行關(guān)系以及限定非磁性間隙44。這些上和下平行的平面極面 是方形的，沿每個側(cè)面測量為約51mm (約2in),從而使每個具有極面 面積為約27cm2 (約4in2)。這些極面配合平整和貼合地頂住管路48的扁 平工作區(qū)50的上和下平行的平面表面(圖3和3A)。上和下極面87的 /P茲極性分別地為北(N)和南(S)。
如以上所解釋，在平行的平面極面之間的垂直間隔建立了在雙回路磁路61內(nèi)的非磁性間隙44內(nèi)(圖2A， 3和3A )。間隙約38mm(約1.5in ) 基本上與工作區(qū)50的上和下平行的平面表面之間的垂直距離相同。
如圖2所示，鐵磁框架60包括一個長條的直立元件60a,用螺栓63 分別可拆卸地固定到上和下橫向元件60b和60c。這些橫向元件用另外的 螺栓63分別可拆卸地固定到上和下直立元件60，和60"，橋片62螺栓接 合跨過它們之間的一個空間。
在圖3A中， 一個垂直磁場B的磁通量線用一組小十字54表示。小 十字指示磁通量54的圖案(分布)。
小十字55指示磁通量圖案54的弱邊界。 一個直流電L被驅(qū)動以一 個低電位橫向通過熔融金屬。在圖3內(nèi)，電流L在一個方向上流動，用 大的極性符號正(+ )和負(-)指示。直流電L前進通過在增壓管道48 的非導(dǎo)電扁平部分50內(nèi)的熔融金屬以及跨過通道43內(nèi)的通道的狹窄的 約5.5mm (約0.22in )的垂直尺寸67，以及跨過其約51 mm (約2in )的 寬尺寸66。電流L借助兩個長條電極68 (圖3A)傳輸至熔融金屬，長 條電極68各具有一個電連接柱51 (圖3和3A )。
直流電的大小(安培數(shù))適當(dāng)?shù)乜刂?，用于控制泵送流動速率。?加電流L就增加了推進流動速率，反過來也是這樣。電流I反轉(zhuǎn)使泵送方 向反轉(zhuǎn)，以及因而使熔融金屬的推進流動反轉(zhuǎn)。
電流I橫過增壓管路48內(nèi)的熔融金屬M，與熔融金屬M的流動方 向和磁場B的方向成直角。電極68的熔融金屬接觸部部分插入管路48 的相對的狹窄側(cè)面的長條孔57內(nèi)。電極68的外部分捕獲在長條插座69 內(nèi)，位于兩個可拆卸的H形電極支座47內(nèi)，電極支座安裝在管路48的 相對的狹窄側(cè)壁上。支座47是非導(dǎo)電的和非磁性的，以及借助螺釘49 接合在支座47的螺紋孔49，內(nèi)以及管路48的螺釘清除孔49"內(nèi)而固定至 管路48。
電極68最好是用含磁材料制造，例如，石墨。它的化學(xué)成分與泵送 的熔融金屬不同的金屬電極68易于被電解作用迅速地溶解。與泵送的金 屬相同的金屬電極不經(jīng)受電解溶解。具有內(nèi)部冷卻通道的金屬電極68可 以借助循環(huán)的冷卻劑比如水進行冷卻，水流動通過管子46 (圖2)，管子如虛線所示，以及通過與內(nèi)通道貫通的接管53。冷卻不僅防止金屬電極 68的熔化，還能夠?qū)е略诿總€電極暴露的表面上由熔融金屬凝固形成凝 固的保護罩。如果增壓管路48是由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電的非磁性金屬(如奧氏體 不銹鋼)制造，隨后施加直流橫向電流1_的電源可以使用于借助電阻加 熱作用來預(yù)熱增壓管路，從而防止在開始時的凝固。使用這種金屬制造 增壓管路48允許金屬電極68焊接或釬焊至上述管路的外面以及不會滲 透其壁部。
在工作時，沿著增壓管路48、 50的通道有一個穩(wěn)定的泵送壓力。借
助電流JL的突然反轉(zhuǎn)，壓力的方向立即反轉(zhuǎn)。這種反轉(zhuǎn)可以使用于制動 或突然停止金屬的流動，例如，在重復(fù)的開始和停止熔融金屬流動，用 于在一 系列相同的可移動的鑄模內(nèi)鑄造一列相同的不連續(xù)的物件，鑄模 填。' 口 、 、s ,.—,
本發(fā)明的另一實施例，例如作為一個增強電磁泵示出。 增強電磁泵
增強電磁泵32G (圖4)與泵32的區(qū)別在于它使用永久釹磁鐵56 的一個X-Y-Z組件在一個五個一套的集中磁力結(jié)構(gòu)80N中，如圖7至11 所示。另一個類似的反轉(zhuǎn)的五個一套的集中組件80S見以下說明。這些 集中組件80N和80S增強磁通量密度B，超過泵32約100%。因此它們施 加一個增強磁通量密度B，約14,000至約15,000 ganss (約1.4至1.5泰斯 拉)跨過非磁性間隙44G (圖11),其中增壓管路48G具有一個泵送通 道43G。
增壓管路48G的中部(圖4,5,6)具有一個扁平工作區(qū)50G。扁平工 作區(qū)50G比平坦工作區(qū)50 (圖3和3A)長，以允許十個協(xié)作的釹磁鐵 56 (每五個在它們相應(yīng)的集中組件80N和80S內(nèi))與它們的相應(yīng)的極片 86定位成相對于扁平區(qū)50G適當(dāng)?shù)亟咏苈?8G。此管路具有一個狹窄 通道43，該通道最好是較薄壁的和扁平的，例如，具有一個狹窄的基本 上恒定的橫截面形狀(圖4 )，高度67G為約8mm (約0.315in )和寬度 66 (圖4)約51mm (約2in )，因此通道43具有一個橫截面面積約4cm2(約0.63in2)。這里所述的管路48G是水平的，通過裝置32G， 48G的 任何取向是可以工作的。磁場B，的增強磁通量54G垂直地指向通過扁平 工作區(qū)50G的薄尺寸。在圖5內(nèi)，磁場B，的磁通量線54G的圖案(分布) 在橫截面內(nèi)用一組小十字表示。小十字55指示磁通量54G的弱邊界。
如前面所解釋，實施本發(fā)明的裝置可以使用通道43工作，通道43 用于相對于水平的任何方便方向上取向的熔融金屬。為了說明方侵起見， 在圖中所示的是熔融金屬通道43的一個水平取向。
圖7至10示出五個立方體永久釹磁鐵56，與一個位于中心的鐵》茲極 片86—起排列為一個集中的形狀。注意，圖7示出相互正交的軸線X-X、 Y-Y和Z-Z，并且為了說明清晰起見，軸線Z-Z取向是垂直的。中心極 片86是幾乎立方的，但在Z-Z方向稍加長以提供一個N極性磁極87， 該》茲極由組件80N凸出向下。因此，極片86的N極性方面87就位向下 齊平以及貼合地頂住增壓管路48G的工作區(qū)50G。從技術(shù)上說，極片86 是一個整體的矩形平行六面體，具有方形上和下端面和四個矩形側(cè)面。
其磁場與軸線Z-Z對準(zhǔn)的一個上立方體釹磁鐵56定位在極片86的方形 上端面上齊平。它的方形N極下表面在尺寸和形狀上與極片86的連續(xù)的 方形上表面匹配。
兩個立方體釹/P茲4失56與軸線X-X》茲性對準(zhǔn)，該兩釹》茲體的N極表 面定位頂住極片86與相對的側(cè)面齊平。該兩釹不茲體的相應(yīng)的N^l^面與 極片86的側(cè)面的寬度匹配以及該兩釹磁體的頂面與極片的頂面對準(zhǔn)。兩 個另外的立方體釹磁鐵56與軸線Y-Y磁性對準(zhǔn)。該兩個另外的釹磁體的 N極表面定位頂住極片86的兩個另外的相對的側(cè)面。該兩個另外的釹磁 體的相應(yīng)的N極表面與極片86的側(cè)面的寬度匹配，以及該兩個另外的釹 磁體的頂面與極片的頂面對準(zhǔn)。
在此結(jié)構(gòu)中磁動力的N-極半極是由五個釹磁鐵56的組合的五個為 一組的集中陣列80N提供的(圖7至11，以及圖4 )。組件80N定位在 一個鐵磁懸臂C形框架60G內(nèi)(圖4 )?？蚣?0G是由軟磁，即鐵磁機 加工鋼制造(含約0.2。/owt的碳)，以及框架建立起磁路61G。在圖4內(nèi) C形框架60G的左側(cè)面保持開放，以允許容易拆卸增壓管路48G與其附屬部件。
C形框架60G包括一個直立長條元件71，具有一個調(diào)節(jié)肩臺82固 定至其上端。 一個夾緊調(diào)節(jié)螺釘83具有一個鎖定螺帽78，通過肩臺擰入， 以保持可拆卸的頂夾緊元件82向下牢固頂住上鐵磁罐88的頂板，見下 面說明。 一個長條的腳元件81固定至直立元件71的下末端，在一個下 鐵磁罐88的下板下面延伸，見下面說明。
圖7示出五個釹磁鐵56與它的極片86組合如以上所述。在圖7和8 內(nèi)為了說明清晰起見取消惰性填料塊84 (圖9和10)，這些惰性填料塊 是與釹磁鐵56相同尺寸的立方體，以及例如是由鋁(Al)制造的。為了 說明清晰起見，圖9和10內(nèi)的12個填料塊以虛線示出。
由圖9可以看出，集中^f茲性組件80N基本上具有兩層。上層包括一 個釹磁鐵56被8個惰性立方體84包圍。在圖10內(nèi)可以看出，下層包括 一個中心極片86,被4個釹磁鐵56和4個惰性立方體84圍繞。釹磁鐵 與極片86的四個側(cè)面鄰接，如以上所述。四個立方體與極片的四個垂直 邊緣鄰接。因此，18個部件組成組件80N。
這里磁動力S-極半極是由一個集中磁性組件80S提供的，如圖11所 示。組件80S基本上與N-極組件80N相同，不同之處在于，組件80S是 與由圖ll所見反轉(zhuǎn)的，這樣使組件80S的上層內(nèi)的極片86相對于它的 S-極面87凸起在上層的上面，以定位在上面對齊并貼合地頂住管路48G 的下工作表面50G (圖11),再者，五個釹磁鐵在組件80S內(nèi)具有它們的 S-極面與S-極的極片86鄰接。
陣列80N和80S被例如由機加工鋼制造的相應(yīng)的上和下軟磁的鐵磁 罐或包套或容器88限定(圖4、 11 )。在集中組件內(nèi)罐88繼續(xù)由框架60G 至五個釹磁鐵的外表面的》茲路61G。罐88接觸釹磁鐵56的極面，這些 極面與其接觸極片86的極面相對。此外，為了保證磁路61G的各部分， 罐88實際上約束包容的釹磁鐵以抵抗它們強烈的相互磁斥力。罐88不 需要每個地方都是封閉的，以保證磁通量能夠適當(dāng)?shù)亓魍ā?br> 長條電極68捕獲在支座47的長條插座69內(nèi)(圖6 )以及它們的冷 卻接管53和冷卻劑管路46 (圖4)與以前所述對于泵32的相同。 一個
14直流電JL被相對的電極68驅(qū)動(在圖6中僅能看見一個)通過熔融金屬， 其方向如符號正(+ )和負(-)所示。位于管路48約8mm (約0.315in) 的狹窄的垂直尺寸67G內(nèi)(圖4和11 )，電流L前進跨過非磁性增壓管 路48G的工作區(qū)50G的寬尺寸66 (圖4和6 )。
一個非磁性熱傳導(dǎo)冷卻的例如是由鋁制造的扁平室74 (圖11， 12和 13 )，插入在磁陣列80N和增壓管路48G之間。另 一個這樣的冷卻室74 類似地相對于磁陣列80S插入。每個疊層的冷卻室74使用流動通過管子 72和接管73的液體冷卻劑供給，以保護釹磁鐵56不受附近通道43G內(nèi) 熔融金屬的熱影響。冷卻劑比如水流動通過通道76被切入每個板片77， 以保持稀土釹磁鐵56充分冷卻，以保存它們的磁性。 一個非磁性熱傳導(dǎo) 薄板片75用于覆蓋通道76，例如是由鋁制造的。每個蓋板75是粘接和 密封至與其相鄰的板片77。 釹磁性材料
本申請人的優(yōu)選的釹磁鐵56用的磁性材料是以鐵(Fe )，釹(Nd )
和硼(B)三元素(三元)化合物為基，通常稱為釹-鐵-硼，Nd-Fe-B，
經(jīng)常寫為NdFeB。含NdFeB的永久磁鐵是商品供應(yīng)的。這些含NdFeB
的永久伸出釹》茲《汰顯示一個最大能量乘積范圍為約25至約35MGOe(兆 高斯-奧斯特)。
本申請人預(yù)期，將來其它的伸出永久磁性材料，例如三元化合物， 比如鐵-釤-氮化物以及其它尚未知三元化合物永久磁性材料，具有一個最 大能量乘積在上述的范圍內(nèi)和超過上述的范圍，以及還具有B-H特征與 圖14所示相類似以及適合使用于本發(fā)明的實施例，可變成商業(yè)供應(yīng)的。 還有，尚不了解的四元素(四元)永久磁性材料也可能變成商業(yè)供應(yīng)的， 它們具有最大能量乘積MGOe在上述的范圍內(nèi)或超過上述的范圍以及 B-H特性適合使用于本發(fā)明的實施例。
在圖14內(nèi)，回路100的最右點102的高度(在i象限內(nèi))代表使用 在本發(fā)明的實施例的一個適當(dāng)?shù)拟S磁性材料的最大磁飽和Bs。當(dāng)一個釹 磁鐵56開始被制造商磁化時，最大磁飽和Bs建立。當(dāng)釹磁鐵56由制造 商的電》茲4失移走時，先前施加的矯頑磁力H， oersteds (奧斯特)(沿一個水平軸線測量的)實際上變?yōu)榱?。在此零磁化力的情況下，殘余的(即
自保持的)磁通量密度Br，gauss (高斯)用沿一個垂直B-軸線的一個點 104表示，在此處釹磁鐵的磁滯回路100與B-軸線交叉。此Br值稱為釹 磁鐵的殘余磁感應(yīng)。為了本發(fā)明的目的，Br最好等于或大于(不小于) 一個殘余能量密度在約8,000至約10,000 gauss (約0.8至約l.Otesla )范 圍內(nèi)。殘余磁感應(yīng)Br的這種高的值和甚至更高的值是可以^f吏用本發(fā)明的 實施例中優(yōu)選的釹磁性材料獲得的。更希望的是使用釹磁鐵，具有殘余 磁感應(yīng)在約10,000至約12,000 gauss (約1.0至1.2tesla )范圍內(nèi)，以及 最希望Br超過約12,000 gauss (約1.2tesla )。
應(yīng)該指出，同樣高的殘余磁感應(yīng)也可以使用alnico5獲得，它長期以 來是一種廉價供應(yīng)的永久磁性材料和它的大致的磁滯回路(B-H曲線) 示于圖14內(nèi)120處。弱的alnico 5回路在約12，800 gauss (約1.28tesla ) 殘余磁感應(yīng)Br處與B-軸線交叉，它是由一個alnico 5磁滯回路測量的， 見以上所述Moskowitz參考書的圖6-3。 alnico5磁性材料的殘余磁感應(yīng) 與釹磁性材料相差不遠，然而alnico 5磁鐵不能實際地或適當(dāng)?shù)厥褂糜诒?發(fā)明的實施例，如下面所解釋。
釹磁鐵，例如NdFeB釹磁鐵的適宜性增加不僅是由于它們的高殘余 磁感應(yīng)Br (圖14)，而更重要的是由于它們低的不同的退磁磁導(dǎo)率，如 它們的退萬茲曲線106的部分112的低斜率AB/AH所示。退/f茲曲線106 的此部分112位于B-H曲線的第二象限ii的圓圏110內(nèi)。退》茲曲線部分 112由第一點104延伸至第二點108,在第一點104退磁曲線106與+B 軸線在+B軸線刻度交叉，以及在第二點108退磁曲線106與-H軸線(負 H軸線)在-H軸線刻度交叉。這里的低斜率AB/AH限定為曲線部分112 的斜率，它是沿此曲線在兩個點104和108之間中部測量的，這就是"中 點微分退磁磁導(dǎo)率"它示于圖14，為約1.15。
一個高能永久釹》茲鐵56的獨特的伸出能力可驅(qū)動一個強烈磁場B通 過一個^茲路內(nèi)的非磁性間隙44 (圖3和圖3A)或44G (圖11 )，這個磁 路例如標(biāo)號為61 (圖2)或61G (圖4)，可以這樣考慮或想象來理解， 這樣一個》茲鐵功能在內(nèi)部一是偶然的但固有的一因為它自身的非磁性間隙，即一個間隙不含鐵磁材料。換句話說，這樣一個磁鐵的功能仿佛它
具有一個實際的間隙，如果在磁通量方向測量，幾乎對應(yīng)于釹磁4失56本 身的累積的長度。因此，增加一個某種程度可比較的外部的真實的物理 上的非磁性間隙，例如，間隙44或44G,不會引起在一個磁路61 (圖2 ) 或61G (圖4內(nèi)磁通量54在圖3A和5內(nèi)用一組小十字示出)的大量降 低，也就是，不會引起在一個磁路內(nèi)被驅(qū)動跨過一個較長的間隙的磁場 強度B的大量降低。
為了本發(fā)明的目的，沿退磁曲線106的一個中點112處的斜率最好 是等于或小于約4，以及更希望小于約1.2，而空氣或真空的磁導(dǎo)率按定 義為1。在圖14內(nèi)，在點112處的斜率示出為約1.1，在本申請人的經(jīng)驗 中，它可以由商業(yè)供應(yīng)的NdFeB磁鐵提供。斜率的微小反映一個磁性"硬 度"， 一個持久的固有的殘余磁性。這種優(yōu)選的斜率較接近于1，稱為微 分退磁磁導(dǎo)率，其測量單位為Agauss/Aoersted。
一個優(yōu)選的釹磁鐵56參數(shù)中一個實用的參數(shù)，該參數(shù)傾向于跟蹤希 望的伸出特性，稱為最大能量乘積；它是在中點112處的殘余> 茲感應(yīng)Br 與退磁奧斯特量的乘積，此奧斯特量要求使一個釹磁鐵56的殘余磁感應(yīng) Br在B軸線上由點104下降至中點112。此乘積以兆高斯-奧斯特(MGOe ) 表示，是一個普通的商業(yè)標(biāo)志，如圖14內(nèi)刻度所示，上述的釹磁鐵應(yīng)具 有至少約25 MGOe能量乘積。最好使用釹磁4失具有最高的MGOe值， 合理地經(jīng)濟地可獲得的值，例如至少是約30MGOe至約35MGOe和更 高。與此相反，alnico是不適合的。
alnico 5的一個退磁曲線122示于圖14的一個圓110內(nèi)，以斜率約 30AB/厶H幾乎垂直地下降，以及此退》茲曲線122在具有值小于約1，000 oersteds的一點126處與H軸線相交。與其對比， 一個適當(dāng)?shù)拟S磁鐵具 有一個退磁曲線106，通常是一個極小斜率的直線106，在點104和108 之間延伸，它的斜率AB/AH相當(dāng)接近于1。
圖16列出用alnico 5和伸出釹磁鐵獲得的兩個對比的磁通密度曲線 (Y-軸)。獨立的變數(shù)(X-軸)是其相應(yīng)的磁路內(nèi)的非磁性間隙的厚度或 長度。給定的間隙的作用對于不同尺寸和形狀的磁性組件是不同的；這里的間隙示出為對應(yīng)于這里所述的裝置繪制的。
能夠使用于本發(fā)明的實施例中的商品供應(yīng)的釹》茲4失56包括鈷和釤的 混合物(COsSm)，該混合物具有一個最大能量乘積為約20MGOe以及 一個殘余磁感應(yīng)Br為約9,000 gauss (0.9tasla)以及一個幾乎為1的中 點微分退磁磁導(dǎo)率，為約1.08。再者，可能使用的商業(yè)供應(yīng)的磁鐵含有 鈷-釤材料(Col7SM2 )以及具有一個最大能量乘積為約22至約28MGOe 以及一個殘余磁感應(yīng)在約9,000 gauss (約0.9tesla )至約11,000 gauss (約 l.ltesla)范圍內(nèi)，以及幾乎為1的中點微分退磁磁導(dǎo)率，在約1.15以下 至約1.0范圍內(nèi)。在非磁性間隙44G內(nèi)可獲得的對磁通密度的一個限制 是攜帶它的極片86的能力。對于純度接近機加工鋼的鐵，磁飽和可以說 產(chǎn)生在約2.1tesla處。如果l/3的鐵被相等的合金部分鈷代替，此限制可 以說升高至約2.4tesla (見Douglas, pp.761-763，已列于上文)。然而， 在本申請人的經(jīng)驗中，在非磁性間隙44G內(nèi)這些限制沒有達到更接近約 70%，因為大的漏泄磁通量圍繞釹磁本身產(chǎn)生。磁漏泄是由于非f茲性間 隙44G的》茲阻。對平行六面體極片的輸入的提供，例如可以由1，2， 3，4，5，6，7或更多側(cè)面進行，并且這種極片的每個側(cè)面是與相關(guān)的每個釹磁 鐵56的極面貼合地鄰接。通常，接收磁輸入的極片的側(cè)面越多越好。對 于極片91的情況，它有三個對稱的側(cè)面加兩個末端，此極片應(yīng)為三角形 截面(圖13A)。可以加入一個三角形端帽釹磁4失561以及極片91的另 一端是N-極極面87。對于有六個側(cè)面加兩個末端的情況，極片92應(yīng)為 六邊形截面(圖13B)。可以增加一個六邊形端帽釹磁鐵56"。極片92 的另一端是N-極極面。
作為一個限制的情況， 一個圓柱形極片93 (示出一半截面)被一個 環(huán)形磁性環(huán)94圍繞，它是通過其徑向的全部厚度磁化的(如圖13C所示)。 一個圓柱形帽97是沿著其圓柱軸縱向磁化的，完成此磁性組件。極片93 的另一軸向末端87是N-極極面。在圖13A, B和C中所示的非方形截 面i殳有一個驅(qū)動一個方形》茲場通過通道43或43G，因此，施加磁場的一 些邊緣通量處于通道43或43G的寬度尺寸66的外面，以及一些邊緣通 量處于電極的上游和下游。然而，這種非方形磁場不會導(dǎo)致在通道43或43G內(nèi)泵送作用邊緣處熔融金屬的渦流漏泄，因為在直的平行相對的電 極之間流動的電流1_覆蓋一個非常接近方形或矩形面積，延伸跨過通道 43或43G，其結(jié)果是均勻的泵送力跨過流動通道。
圖17示出兩個長條極片95的一個組件，每個帶有四個長側(cè)面。每 個極片的三個側(cè)面由三個長的釹磁鐵96供給》茲通量，以及第四個側(cè)面是 一個長條極面87。這種長條極面87能夠相對于金屬流動橫向地取向，以 便使用于，例如， 一個極寬尺寸66的泵送通道。小的釹磁鐵56在圖中 以分解關(guān)系示出，可以附加在每個長條極片95的末端，使對于每個極片 總的具有五個釹磁鐵，如果希望這樣做，除非在每個長條極片兩端處的 磁通量漏泄可以忽略不計。
一般來說，為了獲得適當(dāng)經(jīng)濟的和實際的結(jié)果，實施本發(fā)明的一個 電磁泵設(shè)計應(yīng)排列以減少磁漏泄和^U茲通量，從而使釹磁鐵的大的磁 通量和伸出能力可以提供一個強烈的磁場B，延伸跨過非磁性間隙44、 44G和44J (圖19)以及前進通過定位在間隙內(nèi)的增壓管路。因此，例 如，非》茲性間隙44、 44G和44J減小至這樣，4吏能夠合理地4吏用。
帶有磁極取向相同的相鄰的釹磁鐵元件可以裝配到 一起以及作為一 個有效的磁鐵處理。例如，八個沿每邊測量為lin的立方體釹磁鐵可以裝 配成沿每邊測量為2in的一個立方體形狀。通常，當(dāng)這些釹》茲鐵裝配時將 會相互排斥，因此需要約束的抵抗它們的相互排斥力。 流動探測
在技術(shù)中已知的鑄造機內(nèi)的任何一種類型的金屬液面探測裝置可以 傳送信號用于指示鑄造機內(nèi)的熔融金屬的液面或極限。優(yōu)選地，這樣一 個信號能夠供給至一直流電源的控制器，該電源提供電流I,該控制器用 于控制此電流的大小(安培數(shù))，用于控制泵送速率，以實現(xiàn)鑄造機或鑄 模的液面或極限，而在鑄造金屬內(nèi)既沒有溢流，也不允許空穴或冷隔產(chǎn) 生。
用于在一個連續(xù)鑄造機內(nèi)提供熔融金屬液面信號的一個適當(dāng)?shù)泥徑?線圈器件敘述于授予Sten V丄inder的U.S 4,138,888。
一對或多對小的附加埋置被動探測電極132和134 (圖3A)帶有相應(yīng)的連接器136和138 (圖3A和5)凸起通過一個流體增壓管路的壁， 以便與熔融金屬流動M接觸(圖5,3A，3，2，4)。
在磁通量滲透一個管路的地方，管路內(nèi)移動的液體金屬按照法拉第 原理在其產(chǎn)生模式中產(chǎn)生相對于磁通量和流動成直角的一個電動勢 (e.m.f)，從而機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。信號與通過兩個電極132之間以及也 通過其它兩個電極134之間的流動速率成正比。這些被動探測電極132 和134 (圖5和3A)分別地限定跨過驅(qū)動熔融金屬的磁場54或54G的 較弱的邊緣55或55G的路徑。兩對電極132和134探測器示出位于工作 區(qū)50和50G的上游和下游。來自兩對電極的電輸出被綜合和平均。來自 這些探測器的平均電輸出供給至一個儀表(未示出)，該儀表適合于進行 直流電L的人工控制，或者供給進入一個直流控制器(未示出)以便穩(wěn) 定和精確地控制泵32或32G等，使泵32或32G作為一個制動器或扼流 器工作。因此，本發(fā)明的實施例的先進的能力實現(xiàn)了將熔融金屬輸入與
連續(xù)鑄造機的速度匹配。
任何一對電極132或134足以進行控制目的，例外的是應(yīng)注意需要 在附近電極68之間波動直流驅(qū)動電流以及波動電流的磁場的相關(guān)的改變 在各對探測電極132或134之間產(chǎn)生不希望的電動勢。然而，相對于直 流電流驅(qū)動電極68,探測電極一個對稱的上游一下游位置導(dǎo)致不希望的 電動勢彼此抵消，從而不會干擾準(zhǔn)備供給進入儀表或直流電流控制器的 產(chǎn)生的和綜合的控制電動勢。
代替使用邊緣磁場55或55G用于在產(chǎn)生模式中按照法拉第原理產(chǎn)生 一個電動勢，單獨的磁鐵可以使用，適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉陔x開邊緣磁場的上游 或下游，以提供一個磁場在一個與磁場B平行方向上前進通過熔融金屬。 在此種情況下，僅一對如以上規(guī)定的探測電極是足夠的。
圖18和19示出實施本發(fā)明的一個電磁泵32J。第一和第二大功率立 方體磁性組件180N和180S每個具有八個立方體釹》茲鐵56，沿每個邊緣 測量約51mm (約2in )。因此每個大功率立方體磁性組件180N和180S 沿每個邊緣測量約102mm (約4in)以及具有一個總極面87，其面積約 104cm2 (約16in2 )。這些極面87定位齊平頂住一個扁平冷卻層74，以及這些扁平冷卻器定位齊平頂住管路48J的工作區(qū)的相對面50J。
一個大的鐵磁框架160圍繞兩個其它的磁性組件。框架具有上和下
才黃梁160b和160c，以及兩個直立元件160a和160d。這些才匡架元件用可
拆卸的機器螺釘(未示出)固定到一起，例如，與圖2的機器螺釘63的
排列類似，從而使框架160容易地分解。
應(yīng)該注意，直立元件160a和160d相距兩個磁性組件較遠，從而減
少磁通量的漏泄。再者，相對的磁面87之間的非磁性間隙44J如圖所示，
僅約38mm (約1.5in )。
為了保持兩個磁性組件180N和180S到一起，以抵抗它們的釹磁鐵
56之間的相互排斥力，它們包容在相應(yīng)的非磁性保持殼體內(nèi)，如圖中虛
線所示，例如是用鋁制造。
通道43具有一個高度67為約8mm和一個寬度為約102mm(約4in)。 一對相對的電極(未示出)用于供給直流電流1_橫向通過熔融金屬
流M，適當(dāng)?shù)匕惭b如以上所解釋以及它們每個具有一個長度約102mm (約4in )。
一個試驗臺原型
一個普通的試驗臺原型使用一種鉍合金，與傳統(tǒng)上已知的Wood's metal (伍德合金)類似，此金屬優(yōu)選地是在較低的溫度70。C (159T ) 熔化的金屬。它具有比重為10.5g/cm3 (0.381bs/in3)。
一個可重復(fù)的實驗在圖15所示的試驗臺150上進行。泵32泵送來 自熔化容器152的金屬，通過管子154和通過直的薄壁增壓管路48，管 路48具有一個恒定橫截面的通道43，用于推進熔融金屬至一個頭部測量 柱156。當(dāng)一個活門158開啟時，金屬自由地循環(huán)，由容器152通過管子 154和160以及返回進入容器。
當(dāng)武德合金被泵32泵送時，其溫度為約93°C (200下)。增壓管路 48是由一塊硅酸鉤機加工而成以及具有一個形狀類似圖3的管路48。管 路48的通道43具有一個高度為約5.6mm (約0,22in )和一個寬度為約 51mm(約2in),因此，具有一個橫截面面積約2.8cm2 (約0.44in2 )。
一個單向》茲通量密度約7000 gauss (約0.7tasla )施加通過一個間隙約38mm (約1.5in )在圖15和2內(nèi)箭頭B所示的方向上越過一個面積 約26cm2 (約4in2)以及通過兩個錐形磁片58。該磁場是由四個NdFeB 商業(yè)供應(yīng)高能釹磁鐵供給的，所放置位置如圖2和2A內(nèi)虛線所示一兩個 在上面帶有一個極片58和兩個在下面帶有另一個極片。四個伸出釹磁鐵 56中的每一個是立方體，在每邊上測量為約51mm (約2in )，當(dāng)熔融金 屬在泵內(nèi)時， 一個可控制的直流電電流為0至500A施加在表面區(qū)有間隔 的兩個銅電極68之間，每個約2.4cm2,電流在圖2，2A，3，3A內(nèi)箭頭L所 示的方向上。500A的直流電是由一個電焊機施加，它能夠施加10V至小 于4V在電極之間。在下述的試驗中，在電極68之間以及跨過熔融金屬 在500A測量的電壓降為約0.5V。
在流動測量和頭部建立之前，熔融金屬允許按箭頭161和159所示 循環(huán)數(shù)分鐘，以加熱外隔熱管154和160以及外隔熱增壓管路48。熔融 金屬的高度相當(dāng)于用 一個儀表測量盤壓力測量的零壓力頭，即相對于大 氣壓的壓力是熔化容器152內(nèi)液體金屬165的自由液面164的高度 "P.Hdo"。液體金屬的表面164上的穩(wěn)定大氣壓力是用松散配合的蓋子 166保證的。當(dāng)泵斷開時，液面164也是開方文頂壓力頭的測量柱156的液 體金屬表面的液面(隔熱層未示出，以便于說明清晰)。當(dāng)泵接通時，以 及活門158寬開放，在柱156內(nèi)的液體金屬液面不會增加太多，輕度的 增加(為了簡單起見，此后不再區(qū)別)主要是由于管子160內(nèi)的摩擦和 紊流的反向壓力。因此，循環(huán)流動速率(箭頭161和159)測量為約0.31/sec 或約11t/h。
隨后活門158關(guān)閉，以測量在沒有流動時，即關(guān)閉時的伸出到的壓 力頭Ht。為了測量由泵施加的最高的壓力頭Ht, —個鋁塊168浮在柱 156內(nèi)的伍德合金的表面上。一個細金屬絲172附著在其上圍繞安裝在開 放頂柱156的頂部的一個滑輪174纏繞，細金屬絲前進向下，以固定至 一個配重170。由配重的垂直位置簡單的計算揭示在柱內(nèi)伍德合金的高 度。使用活門158關(guān)閉，即在沒有流動時獲得的垂直液體金屬柱表面提 升為超過其零壓力頭PrHto的高度為350mm， 一個垂直距離"Ht",它說 明相對于熔融金屬液面164 ( PrHdo )在熔化容器152的液體液面164 —PrHdmax為370g/cm2或0.36 bar。這個壓力頭是4要照35.0cm 的提升高度Ht乘以熔融金屬的比重10.5g/cm"十算的。
熔融金屬的流動速率是電磁探測的，如以上所述以及這樣產(chǎn)生的信 號控制泵送速率，以保持速率基本上恒定為約(Ul/sec,如以上所述。
該實驗以及它的材料和參數(shù)如上所述僅是為了說明目的，以及不能 限制本發(fā)明的范圍，它能夠用各種裝置用各種方法、材料和參數(shù)實施。
實施本發(fā)明的各種電磁泵可以使用于提升熔融銅至一個普通的傾斜 爐的高度，也就是高達3m或更多的揚程，也就是適合于供給一個連續(xù)鑄 造機的揚程高度，例如圖1和1A所示，由一個現(xiàn)有的一個低位固定爐。 這樣一來，傾斜爐不再需要用于保持和定量熔融金屬的澆鑄進入這樣的 澆鑄機。 附錄
熔融金屬的流動控制包括下列步驟提供一個增壓管路，具有一個 工作區(qū)由石墨制造，它是一種易碎材料；
用一個適當(dāng)堅固材料包套圍繞它來保持上述的石墨，材料具有耐熱 性和能抵抗機械沖擊和應(yīng)力；以及
插入非導(dǎo)電材料在上述的包套內(nèi)，定位圍繞上述的石墨，以避免石 墨損壞和不希望的管路應(yīng)力以及在上述的包套內(nèi)產(chǎn)生的機械和電沖擊和應(yīng)力。
熔融金屬的流動控制是借助提供一個增壓管路，它是由陶瓷， 一種 較易碎的材料制造的。
用一個適當(dāng)堅固材料包套圍繞它來保護上述的陶瓷，上述材料具有 耐熱性和能夠抵抗機械沖擊和應(yīng)力，以及插入非導(dǎo)電材料在上述的包套 內(nèi)，定位圍繞上述的陶瓷，以避免陶瓷損壞和不希望的管路應(yīng)力，以及 避免在上述的包套內(nèi)產(chǎn)生4幾械和電沖擊和應(yīng)力。
雖然，本發(fā)明的特定現(xiàn)有的優(yōu)選的實施例已在這里詳細地公開，應(yīng) 該該理解，除了這里所述之外，釹磁性材料組件的許多形狀和圖案能夠 使用以產(chǎn)生有效的結(jié)果。 一般地說，應(yīng)該理解這里所述的本發(fā)明的實施 例的實例僅是為了說明目的。公開內(nèi)容不是有意設(shè)計限制本發(fā)明的范圍，因為所述的方法和裝置可以由連續(xù)鑄造和傳送熔融金屬技術(shù)方面的技術(shù) 熟練人員改變，在不脫離下列權(quán)利要求書的條件下，可以修改這些方法 和裝置以使用于相關(guān)的特定的連續(xù)鑄造裝置或者用于隨后澆鑄入一系列 基本上相同的鑄模。
權(quán)利要求
1.一種用于控制熔融金屬流動的方法，包括下列的步驟提供一個由石墨制成的一個增壓管路；用一個適當(dāng)堅固材料制造的包套圍繞增壓管路來保護上述的石墨，上述堅固材料材料具有耐熱性和能抵抗機械沖擊和電沖擊和應(yīng)力的能力；以及在上述的包套內(nèi)插入非導(dǎo)電材料，用以避免石墨損壞和不希望的管路應(yīng)力，以及避免在上述包套內(nèi)產(chǎn)生機械和電沖擊和應(yīng)力。
2. —種用于控制熔融金屬流動的方法，包括下列的步驟 提供一個由陶瓷制造的增壓管路；用一個適當(dāng)堅固材料制造的包套圍繞增壓管路來保護上述陶資，上 述堅固材料具有耐熱性和能夠抵抗機械和電沖擊和應(yīng)力的能力；以及在上述包套內(nèi)插入非導(dǎo)電材料，用以避免陶瓷損壞和不希望的管道 應(yīng)力以及避免在上述的包套內(nèi)產(chǎn)生機械和電沖擊和應(yīng)力。
全文摘要
一種借助于泵送、制動或扼流精確地、迅速地控制熔融金屬流動進入金屬鑄造機的方法。在一個單向磁場內(nèi)使用了電流的法拉第—安培原理。永久磁鐵含有釹或類似的高能稀土材料，以提供“伸出”磁性。這些釹磁鐵通常示出為立方體，排列為大功率形狀，以驅(qū)動強烈的單向磁場B跨越一個非磁性間隙，比商業(yè)上供應(yīng)的其它磁鐵強許多倍。此間隙容納一個管路，用于增壓和移動一個熔融金屬流動。在制造多數(shù)相同的鑄件時，一個控制的、間斷的、預(yù)定的熔融金屬流動供給至一系列相同的單獨的鑄模。本發(fā)明排除了對于冶金爐操作冶金活門或昂貴的傾斜機構(gòu)的需要?，F(xiàn)有的爐子作為借助重力流動是太低，但借助本發(fā)明的實施例可以改造為可使用的。
文檔編號B22D11/06GK101628333SQ20091016443
公開日2010年1月20日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月26日
發(fā)明者瓦萊麗·G·卡根 申請人:哈茨來特帶鋼公司