电磁泵送、制动和计量熔融金属供给进入金属铸造机用的具有伸出磁场的永久磁铁的使用方法转让专利
申请号 : CN02827673.6
文献号 : CN1918307B
文献日 : 2010-06-16
发明人 : 瓦莱丽·G·卡根
申请人 : 哈茨来特带钢公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于控制熔融金属流动的装置，该熔融金属流动进入一个制造铸造金属器件的设备，所述装置包括：一个增压管路，具有一个入口，一个出口和一个工作区，上述增压管路是耐被控制的熔融金属的热和腐蚀作用的，在上述的增压管路的壁上的至少一对电极，所述电极设成在它们之间提供一个直流电流的流动，该直流电流垂直地通过和跨越上述的熔融金属流动，多个含有稀土元素的永久钕磁铁，
上述的钕磁铁是设置在磁通量集中的软铁磁材料的一个磁路内，该磁路施加的N极-S极单向磁通量垂直于上述增压管路的工作区，以及上述磁通量是在垂直于上述熔融金属流动和上述直流电电流的一个方向上。
2.一种用于控制熔融金属流动的装置，包括：一个由非磁性材料制造的管路，其具有一个通道，适合于控制在上述通道内的熔融金属流动；
第一和第二钕磁铁组件，设在上述管路的相对的侧面上，用于提供一个强烈的磁场B，该磁场在垂直于上述通道内的熔融金属流动M的一个方向上延伸通过上述通道；
第一和第二电极，安装在上述管路的相对的侧面上；
上述电极设成与上述通道内的熔融金属电传导连通；
上述第一和第二电极适合于与一个直流电源连接在一个电路内，该直流电源在上述电路内分别为上述第一和第二电极提供正电压和负电压，以引起直流电流I流动通过在上述通道内的熔融金属，电流方向垂直于上述强烈磁场B并且也垂直于熔融金属流动M；
上述第一和第二钕磁铁组件包括分别设在上述管路的相对的侧面上的第一和第二软磁铁磁材料极片；
上述第一极片具有一个极面，该极面取向成垂直于上述磁场B以及设成接近并面对上述管路的一个第一侧面；
上述第一组件包括一个第一组钕磁铁，设成以该组钕磁铁的N极邻接上述第一极片，以提供上述第一极片的上述极面的N极磁极化；
上述第二极片具有一个极面，该极面取向成垂直于上述磁场B以及设成接近并面对上述管路的一个第二侧面，该第二侧面与上述第一侧面相对；
上述第二组件包括一个第二组钕磁铁，定位为以该组钕磁铁的S极邻接上述第二极片，以提供上述第二极片的上述极面的S极磁极化；
设成围绕上述第一组件的一个软磁铁磁材料的第一壳体；以及设成围绕上述的第二组件的一个软磁铁磁材料的第二壳体。
3.一种用于控制熔融金属流动的装置，包括：一个由非磁性材料制造的管路，其具有一个通道，适合于控制在上述通道内的熔融金属流动；
第一和第二钕磁铁组件，设在上述管路的相对的侧面上，用于提供一个强烈的磁场B，该磁场在垂直于上述通道内的熔融金属流动M的一个方向上延伸通过上述通道；
第一和第二电极，安装在上述管路的相对的侧面上；
上述电极设成与上述通道内的熔融金属电传导连通；
上述第一和第二电极适合于与一个直流电源连接在一个电路内，该直流电源用于在上述电路内分别为上述第一和第二电极提供正电压和负电压，以引起直流电流I流动通过上述通道内的熔融金属，该电流方向垂直于上述强烈的磁场B并且也垂直于熔融金属流动M；
上述第一和第二钕磁铁组件包括第一和第二软磁铁磁材料的极片，这些极片分别设在上述管路的相对的侧面上；
上述第一极片是长条的并取向在一个方向上，该方向与直流电流I的流动方向平行；
上述长条的第一极片还取向在一个方向上，该方向垂直于熔融金属流动M的方向；
上述长条的第一极片具有一长条的极面，该极面设成接近并面对上述管路的一个第一侧面，并且取向成与直流电流I的流动方向平行，以及还取向成垂直于熔融金属流动M的方向；
上述第一组件包括一个第一组钕磁铁，设成以该组钕磁铁的N极邻接上述长条的第一极片，以提供上述长条的第一极片的长条的极面的N极磁极化；
上述第二极片是长条的并取向在一个方向上，该方向与直流电流I的流动方向平行；
上述长条的第二极片还取向在一个方向上，该方向垂直于熔融金属流动M的方向；
上述长条的第二极片具有一个长条的极面，该极面定位成接近并面对与管路的第一侧面相对管路的一个第二侧面，并且取向成平行于电流流动I的方向以及垂直于熔融金属流动M的方向；以及上述第二组件包括一个第二组钕磁铁，设成以该组钕磁铁的S极邻接上述长条的第二极片，以提供上述长条的第二极片的长条的极面的S极磁极化。
4.按照权利要求3的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一组件包括与上述长条的第一极面平行地延伸的长条的钕磁铁；以及上述第二组件包括与上述长条的第二极面平行地延伸的长条的钕磁铁。
5.按照权利要求3的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一组件还包括钕磁铁，其N极邻接上述长条的第一极片的末端；以及上述第二组件包括钕磁铁，其S极邻接上述长条的第二极片的末端。
6.一种用于控制熔融金属流动的装置，包括：一个由非磁性材料制造的管路，其具有一个通道，适合于控制在上述通道内的熔融金属流动；
第一和第二钕磁铁组件，设在上述管路的相对的侧面上，用于提供一个强烈的磁场B，该磁场在垂直于上述通道内的熔融金属流动M的一个方向上延伸通过上述通道；
第一和第二电极，安装在上述管路的相对的侧面上；
上述电极设成与上述通道内的熔融金属电传导连通；
上述第一和第二电极适合于与一个直流电源连接在一个电路内，该直流电源用于在所述电路内分别为上述第一和第二电极提供正电压和负电压，以引起直流电流I流动通过在上述通道内的熔融金属，电流方向垂直于上述强烈磁场B并且也垂直于熔融金属流动M；
第一和第二钕磁铁组件，每个包括八个钕磁铁；
上述第一和第二钕磁铁组件分别地设在上述管路的相对的侧面上；
上述第一钕磁铁组件包括四个钕磁铁的一内排，该排钕磁铁的N极定位成接近并面对上述管路的一个第一侧面；
上述第一钕磁铁组件包括四个钕磁铁的一外排，该排钕磁铁的N极定位成邻接上述四个钕磁铁的内排的相应的S极；
上述第二钕磁铁组件包括四个钕磁铁的一内排，该排钕磁铁的S极定位成接近并面对上述管路的一个第二侧面，该第二侧面与第一侧面相对；
上述第二钕磁铁组件包括四个钕磁铁的一外排，该排钕磁铁的S极定位成邻接上述的四个钕磁铁的内排的相应的N极；
非磁性的保持器，设成围绕上述第一和第二钕磁铁组件，用于保持第一和第二钕磁铁组件到一起；以及一个由软铁磁材料制造的框架，包围上述第一和第二钕磁铁组件并且也包围上述管路。
7.按照权利要求6的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：每个上述的第一和第二钕磁铁组件中的八个钕磁铁是立方体形状；以及上述第一和第二钕磁铁组件在整体形状上是立方体的。
8.一种用于控制熔融金属流动的装置，包括：一个由非磁性材料制造的管路，其具有一个通道，适合于控制在上述通道内的熔融金属流动；
第一和第二钕磁铁组件，设在上述的管路的相对的侧面上，用于提供一个强烈的磁场B，该磁场在垂直于上述通道内的熔融金属流动M的一个方向上延伸通过上述通道；
第一和第二电极，安装在上述管路的相对的侧面上；
上述电极设成与上述通道内的熔融金属电传导连通；
上述第一和第二电极适合于与一个直流电源连接在一个电路内，该直流电源用于在所述电路内分别为上述第一和第二电极提供正电压和负电压以引起直流电流I流动通过在上述通道内的熔融金属，电流方向垂直于熔融金属的流动M；
上述第一和第二钕磁铁组件包括第一和第二软磁铁磁材料的极片，这些分别地定位在上述管路的相对的侧面上；
上述第一极片具有一个极面，该极面定位成接近和面对上述管路的一个第一侧面；
上述第二极片具有一个极面，该极面定位成接近和面对上述管路的一个第二侧面，该第二侧面与管路的第一侧面相对；
上述第一极片具有从该极片的极面延伸出的一组表面，上述第一极片的各表面取向成垂直于上述第一极片的上述极面；
上述第一组件包括一组钕磁铁，其N极邻接第一极片的相应的表面，以提供N极磁极性用于第一极片的上述极面；
上述第二极片具有从该极片的极面延伸出的一组表面；
上述第二极片的各表面取向成垂直于上述第二极片的上述的极面；以及上述第二组件包括一组钕磁铁，其S极邻接第二极片的相应的极面，以提供S极极性用于第二极片的上述的极面。
9.按照权利要求8的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片是等边三角形立方体；以及上述第一和第二组件每个包括三个钕磁铁。
10.按照权利要求9的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片具有外端形状为等边三角形，上述第一组件包括一个钕磁铁，其具有一个等边三角形形状，其一个N极定位成邻接第一极片的外端；以及上述第二组件包括一个钕磁铁，其具有一个等边三角形形状，其一个S极定位成邻接第二极片的外端。
11.按照权利要求8的控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片是矩形平行六面体；以及
上述第一和第二组件每个包括四个钕磁铁。
12.按照权利要求8的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片是方形平行六面体；以及
上述第一和第二组件每个包括四个钕磁铁。
13.按照权利要求12的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片具有方形外端；
上述第一组件包括一个钕磁铁，其N极邻接第一极片的方形外端；以及上述的第二组件包括一个钕磁铁，其S极邻接第二极片的方形外端。
14.按照权利要求8的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片是六边形横截面的；以及
上述第一和第二组件每个包括六个钕磁铁。
15.按照权利要求14的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片具有六边形外端；
上述第一组件包括一个钕磁铁组件，具有一个六边形N极，其邻接第一极片的六边形外端；以及上述第二组件包括一个钕磁铁组件，具有一个六边形S极，其邻接第二极片的六边形外端。
16.一种装置，用于控制熔融金属流动，包括：一个由非磁性材料制造的管路，其具有一个通道，适合于控制在上述通道内的熔融金属流动；
第一和第二钕磁铁，设在上述管路的相对的侧面上，用于提供一个强烈的磁场B，该磁场在垂直于上述通道内的熔融金属流动M的一个方向上延伸通过上述通道；
第一和第二电极，安装在上述管路的相对的侧面上；
上述电极设成与上述通道内的熔融金属电传导连通；
上述第一和第二电极适合于与一个直流电源连接在一个电路内，该直流电源用于在所述电路内分别为上述第一和第二电极提供正电压和负电压，以引起直流电流I流动通过上述通道内的熔融金属，电流方向垂直于上述强烈的磁场B并且还垂直于熔融金属流动M；
上述第一和第二钕磁铁组件包括第一和第二软磁铁磁材料的极片，这些极片分别定位在上述管路的相对的侧面上；
上述第一和第二极片是圆柱形；以及
上述第一和第二钕磁铁是环形的，分别包围第一和第二圆柱形极片；
上述第一钕磁铁在通过它的径向厚度的方向上磁化，并且其N极邻接第一圆柱形极片；以及上述第二钕磁铁在通过它的径向厚度的方向上磁化，并且其S极邻接第二圆柱形极片。
17.按照权利要求16的用于控制熔融金属流动的装置，其特征在于：上述第一和第二极片具有圆形外端；
一个圆形钕磁铁的一个N极邻接第一极片的圆外端；以及另一个圆形钕磁铁的一个S极邻接第二极片的圆外端。
18.一种用于控制熔融金属流动的方法，包括下列步骤：提供一个由非磁性材料制造的增压管路；
提供的上述增压管路在上述增压管路的整个工作区内具有一个恒定的高度和一个恒定的宽度；
上述宽度比上述高度大；
放置至少一个钕磁铁在上述工作区上面；
放置至少一个钕磁铁在上述工作区下面；
设在上述工作区上面的上述钕磁铁的N极极面取向在一个磁路B内，以便使它的磁通量通过上述工作区；
设在上述工作区下面的上述钕磁铁的S极极面取向在上述的磁路B内，以便使它的磁通量通过上述工作区，以便相对于设在上述增压管路的上述工作区上面的钕磁铁的磁通量起附加的作用；
设置一个具有正电位的直流电极在上述增压管路的上述工作区的一个侧面上；设置一个具有负电位的直流电极在上述增压管路的上述工作区的与具有正电位的上述直流电极的相对的侧面上；以及上述两个电极设成与增压管路的上述工作区内的熔融金属M导电连通。
19.按照权利要求18的用于控制熔融金属流动的方法，其特征在于：上述电极在上述熔融金属M的流动方向上与熔融金属M导电连通的一个长度比它们在通过上述熔融金属M的磁通量的方向上与熔融金属M导电连通的高度大。
20.按照权利要求18的用于控制熔融金属流动的方法，所述方法还包括下列步骤：安装上述电极在非导电的电极座内，该电极座设在增压管路的工作区的相对的壁上，并且电极的部分暴露成与增压管路的工作区内的熔融金属导电连通。
21.按照权利要求20的用于控制熔融金属流动的方法，其特征在于：上述电极座定位在增压管路的壁的外部分；以及每个上述电极具有一部分，该部分从电极的电极座向内突起成与增压管路的工作区内的熔融金属M导电连通。
22.一种用于控制熔融金属流动的方法，包括下列步骤：提供一对等长度的长条的钕磁铁，每个具有长条的磁极化的极面，该极面延伸用于钕磁铁的长度；
将上述长条的磁铁放置为竖向有间距的平行关系，并且使一个上述长条的钕磁铁设在增压管路的一个工作区的上面以及另一个上述长条的钕磁铁设成位于增压管路的上述的工作区下面；
取向长条的钕磁铁的磁极面，使它们的磁通量在通过增压管路的工作区的磁路B内起磁性附加作用；以及设置上述长条的钕磁铁，使它们的长度垂直于增压管路的工作区内的熔融金属流动延伸，从而提供一个熔融金属泵，该熔融金属泵具有一个增压通道，且流动宽度比它的高度大10倍。
23.一种用于控制熔融金属流动的方法，包括下列步骤：提供由非磁性材料制造的一个增压管路；
提供的上述增压管路在上述增压管路的整个工作区内具有一个恒定的高度和一个恒定的宽度；
上述宽度比上述的高度大；
设置至少一个钕磁铁在上述工作区上面；
设置至少一个钕磁铁在上述工作区下面；
设在上述工作区上面的上述钕磁铁的N极极面取向在一个磁路B内，以便使它的磁通量通过上述工作区；
设在工作区下面的上述钕磁铁的S极极面取向在上述的磁路B内，以便使它的磁通量通过上述的工作区，从而相对于定位在上述增压管路的上述工作区上面的上述钕磁铁的磁通量起附加作用；
设置一个具有正电位的直流电极在上述增压管路的上述工作区的一个侧面上；
设置一个具有负电位的直流电极在上述增压管路的上述工作区的与具有正电位的上述直流电极相对的侧面上；
上述的两个直流电极定位为与增压管路的上述工作区内的熔融金属M导电连通；
设置四个流动探测电极与增压管路的上述工作区内的熔融金属M导电连通；
两个上述流动探测电极设在相对于上述工作区内的熔融金属M流动的上游；
两个上述流动探测电极设在相对于上述工作区内的熔融金属M流动的下游；
上述流动探测电极相对于上述工作区内的熔融金属M流动对称地设在上游和下游，还相对于上述工作区内的熔融金属M流动对称地设在左边和右边；以及从上述探测电极综合并平均电输出，以用于消除不希望的电动势，以便不会歪曲产生和综合的控制的电动势，该产生和综合的控制的电动势要供给给用于正在供给通过增压管路的上述工作区内的熔融金属的直流电流I的一个仪表或控制器。
说明书 :
技术领域
本发明属于金属铸造领域，尤其是，以铸造方式制造金属器件时电磁传输熔融金属，例如，使用于连续金属铸造机。以及例如，使用于周期地传输、测量、计量、控制和/或预定量的熔融金属进入铸造装置，该装置具有一系列的相同的铸模用于生产一系列的或成批的基本上相同的金属铸件。实施本发明的新型的方法、系统和装置使用具有伸出磁场的永久磁铁，以便电磁传输、制动、测量和控制熔融金属的流动。
背景技术
Smith等人在U.S.5,377,961中公开一种用于喷射小滴的钎料到一个印刷电路板上的器件。这种器件的工作原理可以追朔到十九世纪的法拉第-安培定律。法拉第的感应电动势的三维三指定律也作为电机转子的绕组实例。因此，此原理也称为安培-洛沦兹定律。
L.R.Blake and D.A.Watt在他们的单独的论文中叙述了类似原理的泵，用于泵送通过原子反应堆芯棒作为冷却剂的熔融钠或钾。在这种泵中磁铁是极大的和昂贵的，以及使用一个巨大的电流。约100,000A要求用于泵送2000gallos/min这种非常轻的液体金属(Watt，pp.98，95)。
Bykhovsky et al在U.S.5,009,399中使用法拉第原理。他们的增压区是一个盘形的轴向薄环柱空腔，其中金属被感应以旋转。一个没有移动部件的电磁“螺线管”是通过圆柱空腔的薄尺寸的单向磁力源。
电磁铁和普通的永久磁铁由于一个障碍，即使是放置在其磁路中的一个小的非磁性间隙而剧烈地减少其磁通密度。
发明内容
法拉第-安培原理使用于电动机模式，借助它电能转化为机械能，使用于在大多数情况下典型地作为一个泵。工作模式容易反转，使用于作为一个制动器或扼流器。
为了获得要求的磁激励而桥接一个大间隔在磁路内而引起一个高价格和巨大体积的电磁铁可以避免，这时借助使用永久磁铁，由含有一种稀土元素比如钕的磁性材料组成的高能“钕磁铁”。本申请人曾经计算，线圈本身，即磁绕组，在一个相等能力的一个电磁铁的最有效的形状中与含稀土元素的高能永久钕磁铁比较，占据约130倍钕磁铁占据的体积。而且，钕磁铁不产生浪费的热。而一个电磁铁将由于大安培量通过其线圈的电阻而产生相当大的热。
定位、取向和排列为专门的形状的组件的钕磁铁的“伸出”能力，如所示的和所说明的，能够首先提供一个经济上可行的、精确控制的大量的熔融金属流动。这样精确的控制使得可能几乎在瞬时开始或停止或调节熔融金属的流动。这里没有移动的部件。熔融金属流动区是封闭的或被一种惰性气体保护，以及因此流动避免了紊流和与大气的腐蚀性接触。
方法、系统和装置任选地包括一个电磁流量计。流量计使用产生模式内的法拉第原理，使用它机械能转化为电能。因此，一个电传感器的输出指示熔融金属的速度和可以使用于控制泵送动力学。
附图说明
在各图中相应的图号和字母表示相应的元件、零件和/或部件。
图1是一个立视图，示出一个电磁泵，实施本发明和排列为泵送熔融金属向上由一个炉子至一个连续的带金属铸造机，作为一个铸造装置的一个实例，它可以有利地使用于与这样一个电磁泵协作；
图1A与图1类似，不同之处是由泵至连续铸造机的管路大部分被删除。在图1A内，所示的熔融金属是推进向上以一种自由无约束的抛物线喷泉流移动通过一个保护隋性气氛；
图2是实施本发明的一个熔融金属泵的一个透视图。泵装置是由一个视点由上面和上游向下倾斜观察看见的。用虚线示出四个高能永久钕磁铁-两个一对排列在熔融金属流动M的上面，以及两个一对排列在其下面，如图2A所示。图2和2A内所示装配的每对磁铁带有相应的锥体极片，它们的极面对着熔融金属流动M。
图2A是图2所示的泵的一个前立视图，为了清晰起见，图2A仅示出钕磁铁组件，带有它们的极片保持在非磁性壳体或包套内以及软铁磁框架；
图3是图2的熔融金属泵内的增压管路和附属部件的一个透视图，是由上面和上游向下倾斜观察看见的。
图3A是图2内的泵的增压管路和附属部件的一个透视分解图，是由上面和上游倾斜看见的。此图示出泵电极附属元件和速度传感电极附属元件。单向磁通量B的垂直管路用小十字表示；
图4是实施本发明的一个集中的高磁通密度的熔融金属泵的一个透视图，是由上面和下游倾斜观察看见的。一个部分切除露出一个泵管路的上冷却室和一个减薄部分。为了说明清晰起见，高能钕磁铁的上和下组件以及它们相应的极片在图中未绘出。
图5是图4所示的熔融金属泵的增压管路的一个顶视图。单向磁通量的垂直管路由剖面图看出，以及用小十字表示；
图6是图4所示的集中的高磁通密度泵的增压管路的一个透视图，是由图4内相同的视点看见的。补充地示出四个速度传感器电极；
图7是一个五倍集中的高磁通密度钕磁铁组件的一个透视图，它使用于图4、5和6所示的熔融金属泵。图7是由与图4和6相同的视点看见的。为了说明清晰起见，图9和图10所示的惰性填料块在图7和8中取消；
图8是图7所示的钕磁铁组件的一个透视图；
图9是图7所示的钕磁铁组件的一个透视图，以虚线示出磁惰性支承填料块，它包括在图7所示的组件内，但它由图7取消是为了说明清晰起见；
图10是图9所示的组件内的元件的一个透视分解图；
图11是一个剖面立视图，通过图4、6和12的装置沿平面11-11切取的；
图12是一个剖面顶视图，沿图11和13内平面12-12切取的，用于显示叠层的冷却单元，它保护钕磁铁避免受热；
图13是图12所示的元件的一个部分侧视图，是由图12内位置13-13看见的；
图13A是一个三角形极片的一个透视图，带有三个围绕的磁铁。它的末端磁铁以分解的关系示出；
图13B是一个六边形磁铁的一个透视图，带有六个围绕的磁铁。它的末端磁铁以分解的关系示出；
图13C是处于其单一环形磁铁内的一个圆极片的一个透视图，以及它的末端磁铁以分解关系示出；
图14示出含稀土元素的高能永久钕磁铁材料与alnico5永久磁铁材料比较的充磁和退磁的磁滞回线；
图15是一个普通试验装置的一个立视图；
图16描绘出通过一个较大的非磁性间隙施加的“伸出”钕磁铁的伸出吸引能力与通过相同的非磁性间隙Alnico磁铁施加的吸引力的快速不希望的降低的比较；
图17是由上面观察一个长的三层输入磁铁形状的一个透视图。末端磁铁以分解关系示出；
图18是本发明的另一实施例的一个透视图，包括两个立方组件，每个为八个钕磁铁。增压管路和两个扁平冷却器示出位于钕磁铁的两个立方组件之间；
图19是图18的实施例的一个前立视图，图19示出一个矩形的铁磁框架附着于两个钕磁铁的立方组件。为了说明清晰起见，此框架在图18中取消。
具体实施方式
本发明的实施例可以例如，有利地使用于与带型连续金属铸造机30(图1)或30’(图1A)相结合。这种机器在连续铸造技术中是已知的，使用一个或多个环形柔性带22或22’，24或24’以及移动铸模腔C的一个或多个壁。这种铸造带是移动的、环形的薄的、柔性的、热传导的、以及通常用水液体冷却的。在一个机器内使用两个带，一个上铸造带22或22’围绕一个上滚轮U或U’转动以及一个下铸造带24或24’围绕一个下滚轮L或L’转动。两个带围绕椭圆路径如箭头34所示一致地转动，而金属凝固在两个带之间的移动的铸模腔C内以形成一个浸入的铸造产品P，该模腔形成在两个转动的铸造带之间。
如在连续铸造机技术中已知，一对横向有间距的边挡25(图1和1A中仅能看见一个)也是转动的(箭头34)以及被自由转动的滚子23适当地引导。这些边挡横向地限定移动的铸模腔C的一对有间距的侧面。
作为一个说明性的实施例，一个熔化炉或保持炉28(图1、1A)内的供给的熔融金属M流动进入一个电磁泵32(图1，1A，2，3，3A)，该泵任选地配置自加热器件(未示出)。电磁泵32处于相对于熔融金属的液面29一个较低的高度，以允许炉子28下排至一个希望的液面，而不必注意泵的起动。内绝热管36传送熔融金属至铸造机30。在图1内，金属M是泵送向上进入一个中间包或分配器38，以便分配流动的金属进入连续金属铸造机30的上游引入端42。
本发明的另一个说明性实施例用于供给熔融金属M通过一个电磁泵32进入一个铸造机30’示于图1A，其中图1的内绝热管36是短和弯曲的，以形成一个肘管36’。向上泵送的熔融金属M被推进进入一个(或多个)无约束的抛物线路径，成运动通过一个适当的惰性环境气氛31的一个或多个无约束的喷泉流27。喷泉流27最终浇注入一个熔融金属开放池40，该池位于喷泉流的抛物线路径的顶点V的近旁。在图1A中开放池40是借助定位上滚轮U’相对于下滚轮L’稍处于下游而提供的。这种向上泵送和浇注喷泉流27进入一个开放池(图1A)的喷泉流方法具有的优点是当高熔点的金属浇注时可以防止管子36或36’的耐火内衬变得易碎和塌落而引起污染。因此，消除了在移动的铸模腔C和在铸造产品P内熔融金属M可能的污染源。在喷泉达到顶点V之前，耐火材料的任何塌落的颗粒或碎片可能在开始时被一个喷泉流27推进向上，可能会落出或与未约束的喷泉流分离。
总的设计考虑
本申请人装置32(图2)和32G(图4)用于推进或控制大量的熔融金属流动，根据法拉第-安培原理以电动机模式工作，以便在压力管路48(图2)或48G(图4)的通道43内将电能转变为熔融金属的机械动能。装置32或32G最典型的是一个泵，但它容易在电学上反转以及从而可以用作为一个制动器或扼流器，或者用于反向泵送。
间隙44或44G应制成尽可能短，以节约磁性材料和用于减少磁漏泄。对于本申请人的实验目的可以指出，一个间隙44(图2A、3和3A)以及一个间隙44G(图11)为约38mm(约1.5in)是可行的和成功的。这些间隙44和44G含非磁性材料以及是定位在一对磁极之间，将在下面说明。一个巨大的电磁铁一般需要以桥接在一个双回路的磁路中的这样一个间隙44，如图2内虚线61所示或一个单回路的磁路中的这样一个间隙44G，如图4内虚线61G所示。能够借助使用一个永久“伸出的磁铁”5b而避免这样一个巨大的电磁铁，这种“伸出的磁铁”也可称为“钕磁铁”(图2，7，8，9，11，17)排列和装配为所示的各种特殊的强功率的形状。这些磁铁56具有永久磁铁材料，它们含有一种稀土化学元素，比如钕或钐。一个稀土元素是一个化学元素序数57至71的镧族元素。这种永久钕磁铁的希望的优选的特性将在下面详细说明。
总而言之，这里的“伸出”永久磁铁也称为“钕磁铁”，值得注意的是它们提供的磁力强度以及它们的独特的高能的能力，以驱动它们的磁场B以伸出跨过较宽的空气间隙，空间间隙或非磁性间隙，即非铁磁性材料间隙，而仍提供一个强烈的磁场B延伸跨过这样一个间隙。它们的伸出能力大大超过具有一个或多个非磁性材料间隙的磁路中的普通磁铁的行为(顺磁材料在此处作为非磁性材料处理)。
本申请人的现在优选的钕磁铁的其它说明和定义将在下面提供。
本发明的第一实施例的结构
本发明的第一实施例是图2，2A，3和3A所示的一个电磁泵32的形式。泵能够施加一个磁通量密度约7,000至7,500gauss(高斯，约0.7至0.75泰斯拉)，通过一个面积约26cm2(约4in2)，延伸跨过一个非磁性间隙44约38mm(约1.5in)。泵32的一个中心部分是一个直的薄壁增压管路48，具有一个通道43。增压管路48最好是较薄壁的和扁平的，例如，具有一个狭窄的、直的和基本上恒定的横截面通道43，通过它的工作区50。所示的通道43具有一个高度67(图3A)为约5.5mm(约0.22in)以及一个宽度66(图3A)为约51mm(约2in)。因此通道43具有一个横截面面积约2.8cm2(约0.44in2)。这里所述的增压管路48是水平的，虽然装置32，50的任何取向是可以工作的。管路48具有非磁性材料，它能耐移动通过管子36(图1)的熔融金属M的热、腐蚀和磨蚀。为了泵送低熔点的金属，硅酸钙是适宜的；以及非磁性金属比如奥氏体不锈钢也是适宜的，可用于形成管路48。
增压管路48具有一个泵送通道43，定位在磁通量54(图3A)的一个单向磁场的磁路内，具有磁通量密度B。磁场54垂直地指向通过扁平工作区50的狭窄(薄)尺寸。在泵32内，磁场是由两对钕磁铁56提供的，在本实施例中的每个是一个立方体，例如沿每个边缘测量为约51mm(约2in)。一个第一对磁铁56带有极片58示出在间隙44上面(图2A，3和3A)。所示的间隙44是在平行于单向磁通量54的B轴(图3A)的方向上测量的。一个第二对钕磁铁56带有它们的极片58定位在间隙44的下面。这些锥形的极片58是由一种铁磁的软磁(铁磁)材料(例如机加工钢)制造的，将在后面较详细地说明。每对磁铁与它们的极片58一起用一个四侧面壳体或包套59保持在一起，壳体或包套是用适当的非磁性材料(如铝)制造的，使用螺钉52固定至一个框架60，如图2A所示。两个壳体59成形为分别贴合地把第一和第二对磁铁56和它们相应的锥形极片58包容到一起。极片58的每个侧面斜度保持相对于此极片的纵轴一个角度不大于30°，因为一个较大的收敛角引起磁通量泄漏的不希望的增加。仅在极片58两个侧面上约30°的收敛角示于图2。
一个软磁(铁磁)普通矩形框架60围绕钕磁铁组件以及建立一个磁路61，该磁路具有两个回路，都延伸跨过间隙44。机加工钢，例如含有0.2％wt的碳，是“软”磁的，这就是它们是铁磁的和适合于制造极片58和框架60。机加工钢例如也适合于制造桥片62，该桥片包括在双回路磁路61的一个回路内。桥片62是用螺栓64可拆卸地固定，以允许整个泵装置32可以分解，以便于移出增压管路48，50。
上和下极片58分别地具有上和下极面87(图2A)。这些极面定位为有间距的平行关系以及限定非磁性间隙44。这些上和下平行的平面极面是方形的，沿每个侧面测量为约51mm(约2in)，从而使每个具有极面面积为约27cm2(约4in2)。这些极面配合平整和贴合地顶住管路48的扁平工作区50的上和下平行的平面表面(图3和3A)。上和下极面87的磁极性分别地为北(N)和南(S)。
如以上所解释，在平行的平面极面之间的垂直间隔建立了在双回路磁路61内的非磁性间隙44内(图2A，3和3A)。间隙约38mm(约1.5in)基本上与工作区50的上和下平行的平面表面之间的垂直距离相同。
如图2所示，铁磁框架60包括一个长条的直立元件60a，用螺栓63分别可拆卸地固定到上和下横向元件60b和60c。这些横向元件用另外的螺栓63分别可拆卸地固定到上和下直立元件60’和60”，桥片62螺栓接合跨过它们之间的一个空间。
在图3A中，一个垂直磁场B的磁通量线用一组小十字54表示。小十字指示磁通量54的图案(分布)。
小十字55指示磁通量图案54的弱边界。一个直流电I被驱动以一个低电位横向通过熔融金属。在图3内，电流I在一个方向上流动，用大的极性符号正(+)和负(-)指示。直流电I前进通过在增压管道48的非导电扁平部分50内的熔融金属以及跨过通道43内的通道的狭窄的约5.5mm(约0.22in)的垂直尺寸67，以及跨过其约51mm(约2in)的宽尺寸66。电流I借助两个长条电极68(图3A)传输至熔融金属，长条电极68各具有一个电连接柱51(图3和3A)。
直流电的大小(安培数)适当地控制，用于控制泵送流动速率。增加电流I就增加了推进流动速率，反过来也是这样。电流I反转使泵送方向反转，以及因而使熔融金属的推进流动反转。
电流I横过增压管路48内的熔融金属M，与熔融金属M的流动方向和磁场B的方向成直角。电极68的熔融金属接触部部分插入管路48的相对的狭窄侧面的长条孔57内。电极68的外部分捕获在长条插座69内，位于两个可拆卸的H形电极支座47内，电极支座安装在管路48的相对的狭窄侧壁上。支座47是非导电的和非磁性的，以及借助螺钉49接合在支座47的螺纹孔49’内以及管路48的螺钉清除孔49”内而固定至管路48。
电极68最好是用含磁材料制造，例如，石墨。它的化学成分与泵送的熔融金属不同的金属电极68易于被电解作用迅速地溶解。与泵送的金属相同的金属电极不经受电解溶解。具有内部冷却通道的金属电极68可以借助循环的冷却剂比如水进行冷却，水流动通过管子46(图2)，管子如虚线所示，以及通过与内通道贯通的接管53。冷却不仅防止金属电极68的熔化，还能够导致在每个电极暴露的表面上由熔融金属凝固形成凝固的保护罩。如果增压管路48是由适当的导电的非磁性金属(如奥氏体不锈钢)制造，随后施加直流横向电流I的电源可以使用于借助电阻加热作用来预热增压管路，从而防止在开始时的凝固。使用这种金属制造增压管路48允许金属电极68焊接或钎焊至上述管路的外面以及不会渗透其壁部。
在工作时，沿着增压管路48、50的通道有一个稳定的泵送压力。借助电流I的突然反转，压力的方向立即反转。这种反转可以使用于制动或突然停止金属的流动，例如，在重复的开始和停止熔融金属流动，用于在一系列相同的可移动的铸模内铸造一列相同的不连续的物件，铸模顺序地适当定位和随后保持静止以接收它们相应的相同的熔融金属充填。
本发明的另一实施例，例如作为一个增强电磁泵示出。
增强电磁泵
增强电磁泵32G(图4)与泵32的区别在于它使用永久钕磁铁56的一个X-Y-Z组件在一个五个一套的集中磁力结构80N中，如图7至11所示。另一个类似的反转的五个一套的集中组件80S见以下说明。这些集中组件80N和80S增强磁通量密度B’超过泵32约100％。因此它们施加一个增强磁通量密度B’约14,000至约15,000ganss(约1.4至1.5泰斯拉)跨过非磁性间隙44G(图11)，其中增压管路48G具有一个泵送通道43G。
增压管路48G的中部(图4，5，6)具有一个扁平工作区50G。扁平工作区50G比平坦工作区50(图3和3A)长，以允许十个协作的钕磁铁56(每五个在它们相应的集中组件80N和80S内)与它们的相应的极片86定位成相对于扁平区50G适当地接近管路48G。此管路具有一个狭窄通道43，该通道最好是较薄壁的和扁平的，例如，具有一个狭窄的基本上恒定的横截面形状(图4)，高度67G为约8mm(约0.315in)和宽度66(图4)约51mm(约2in)，因此通道43具有一个横截面面积约4cm2(约0.63in2)。这里所述的管路48G是水平的，通过装置32G，48G的任何取向是可以工作的。磁场B’的增强磁通量54G垂直地指向通过扁平工作区50G的薄尺寸。在图5内，磁场B’的磁通量线54G的图案(分布)在横截面内用一组小十字表示。小十字55指示磁通量54G的弱边界。
如前面所解释，实施本发明的装置可以使用通道43工作，通道43用于相对于水平的任何方便方向上取向的熔融金属。为了说明方便起见，在图中所示的是熔融金属通道43的一个水平取向。
图7至10示出五个立方体永久钕磁铁56，与一个位于中心的铁磁极片86一起排列为一个集中的形状。注意，图7示出相互正交的轴线X-X、Y-Y和Z-Z，并且为了说明清晰起见，轴线Z-Z取向是垂直的。中心极片86是几乎立方的，但在Z-Z方向稍加长以提供一个N极性磁极87，该磁极由组件80N凸出向下。因此，极片86的N极性方面87就位向下齐平以及贴合地顶住增压管路48G的工作区50G。从技术上说，极片86是一个整体的矩形平行六面体，具有方形上和下端面和四个矩形侧面。其磁场与轴线Z-Z对准的一个上立方体钕磁铁56定位在极片86的方形上端面上齐平。它的方形N极下表面在尺寸和形状上与极片86的连续的方形上表面匹配。
两个立方体钕磁铁56与轴线X-X磁性对准，该两钕磁体的N极表面定位顶住极片86与相对的侧面齐平。该两钕磁体的相应的N极表面与极片86的侧面的宽度匹配以及该两钕磁体的顶面与极片的顶面对准。两个另外的立方体钕磁铁56与轴线Y-Y磁性对准。该两个另外的钕磁体的N极表面定位顶住极片86的两个另外的相对的侧面。该两个另外的钕磁体的相应的N极表面与极片86的侧面的宽度匹配，以及该两个另外的钕磁体的顶面与极片的顶面对准。
在此结构中磁动力的N-极半极是由五个钕磁铁56的组合的五个为一组的集中阵列80N提供的(图7至11，以及图4)。组件80N定位在一个铁磁悬臂C形框架60G内(图4)。框架60G是由软磁，即铁磁机加工钢制造(含约0.2％wt的碳)，以及框架建立起磁路61G。在图4内C形框架60G的左侧面保持开放，以允许容易拆卸增压管路48G与其附属部件。
C形框架60G包括一个直立长条元件71，具有一个调节肩台82固定至其上端。一个夹紧调节螺钉83具有一个锁定螺帽78，通过肩台拧入，以保持可拆卸的顶夹紧元件82向下牢固顶住上铁磁罐88的顶板，见下面说明。一个长条的脚元件81固定至直立元件71的下末端，在一个下铁磁罐88的下板下面延伸，见下面说明。
图7示出五个钕磁铁56与它的极片86组合如以上所述。在图7和8内为了说明清晰起见取消惰性填料块84(图9和10)，这些惰性填料块是与钕磁铁56相同尺寸的立方体，以及例如是由铝(Al)制造的。为了说明清晰起见，图9和10内的12个填料块以虚线示出。
由图9可以看出，集中磁性组件80N基本上具有两层。上层包括一个钕磁铁56被8个惰性立方体84包围。在图10内可以看出，下层包括一个中心极片86，被4个钕磁铁56和4个惰性立方体84围绕。钕磁铁与极片86的四个侧面邻接，如以上所述。四个立方体与极片的四个垂直边缘邻接。因此，18个部件组成组件80N。
这里磁动力S-极半极是由一个集中磁性组件80S提供的，如图11所示。组件80S基本上与N-极组件80N相同，不同之处在于，组件80S是与由图11所见反转的，这样使组件80S的上层内的极片86相对于它的S-极面87凸起在上层的上面，以定位在上面对齐并贴合地顶住管路48G的下工作表面50G(图11)，再者，五个钕磁铁在组件80S内具有它们的S-极面与S-极的极片86邻接。
阵列80N和80S被例如由机加工钢制造的相应的上和下软磁的铁磁罐或包套或容器88限定(图4、11)。在集中组件内罐88继续由框架60G至五个钕磁铁的外表面的磁路61G。罐88接触钕磁铁56的极面，这些极面与其接触极片86的极面相对。此外，为了保证磁路61G的各部分，罐88实际上约束包容的钕磁铁以抵抗它们强烈的相互磁斥力。罐88不需要每个地方都是封闭的，以保证磁通量能够适当地流通。
长条电极68捕获在支座47的长条插座69内(图6)以及它们的冷却接管53和冷却剂管路46(图4)与以前所述对于泵32的相同。一个直流电I被相对的电极68驱动(在图6中仅能看见一个)通过熔融金属，其方向如符号正(+)和负(-)所示。位于管路48约8mm(约0.315in)的狭窄的垂直尺寸67G内(图4和11)，电流I前进跨过非磁性增压管路48G的工作区50G的宽尺寸66(图4和6)。
一个非磁性热传导冷却的例如是由铝制造的扁平室74(图11，12和13)，插入在磁阵列80N和增压管路48G之间。另一个这样的冷却室74类似地相对于磁阵列80S插入。每个叠层的冷却室74使用流动通过管子72和接管73的液体冷却剂供给，以保护钕磁铁56不受附近通道43G内熔融金属的热影响。冷却剂比如水流动通过通道76被切入每个板片77，以保持稀土钕磁铁56充分冷却，以保存它们的磁性。一个非磁性热传导薄板片75用于覆盖通道76，例如是由铝制造的。每个盖板75是粘接和密封至与其相邻的板片77。
钕磁性材料
本申请人的优选的钕磁铁56用的磁性材料是以铁(Fe)，钕(Nd)和硼(B)三元素(三元)化合物为基，通常称为钕-铁-硼，Nd-Fe-B，经常写为NdFeB。含NdFeB的永久磁铁是商品供应的。这些含NdFeB的永久伸出钕磁铁显示一个最大能量乘积范围为约25至约35MGOe(兆高斯-奥斯特)。
本申请人预期，将来其它的伸出永久磁性材料，例如三元化合物，比如铁-钐-氮化物以及其它尚未知三元化合物永久磁性材料，具有一个最大能量乘积在上述的范围内和超过上述的范围，以及还具有B-H特征与图14所示相类似以及适合使用于本发明的实施例，可变成商业供应的。还有，尚不了解的四元素(四元)永久磁性材料也可能变成商业供应的，它们具有最大能量乘积MGOe在上述的范围内或超过上述的范围以及B-H特性适合使用于本发明的实施例。
在图14内，回路100的最右点102的高度(在i象限内)代表使用在本发明的实施例的一个适当的钕磁性材料的最大磁饱和Bs。当一个钕磁铁56开始被制造商磁化时，最大磁饱和Bs建立。当钕磁铁56由制造商的电磁铁移走时，先前施加的矫顽磁力H，oersteds(奥斯特)(沿一个水平轴线测量的)实际上变为零。在此零磁化力的情况下，残余的(即自保持的)磁通量密度Br，gauss(高斯)用沿一个垂直B-轴线的一个点104表示，在此处钕磁铁的磁滞回路100与B-轴线交叉。此Br值称为钕磁铁的残余磁感应。为了本发明的目的，Br最好等于或大于(不小于)一个残余能量密度在约8,000至约10,000gauss(约0.8至约1.0tesla)范围内。残余磁感应Br的这种高的值和甚至更高的值是可以使用本发明的实施例中优选的钕磁性材料获得的。更希望的是使用钕磁铁，具有残余磁感应在约10,000至约12,000gauss(约1.0至1.2tesla)范围内，以及最希望Br超过约12,000gauss(约1.2tesla)。
应该指出，同样高的残余磁感应也可以使用alnico 5获得，它长期以来是一种廉价供应的永久磁性材料和它的大致的磁滞回路(B-H曲线)示于图14内120处。弱的alnico 5回路在约12,800gauss(约1.28tesla)残余磁感应Br处与B-轴线交叉，它是由一个alnico 5磁滞回路测量的，见以上所述Moskowitz参考书的图6-3。alnico5磁性材料的残余磁感应与钕磁性材料相差不远，然而alnico 5磁铁不能实际地或适当地使用于本发明的实施例，如下面所解释。
钕磁铁，例如NdFeB钕磁铁的适宜性增加不仅是由于它们的高残余磁感应Br(图14)，而更重要的是由于它们低的不同的退磁磁导率，如它们的退磁曲线106的部分112的低斜率ΔB/ΔH所示。退磁曲线106的此部分112位于B-H曲线的第二象限ii的圆圈110内。退磁曲线部分112由第一点104延伸至第二点108，在第一点104退磁曲线106与+B轴线在+B轴线刻度交叉，以及在第二点108退磁曲线106与-H轴线(负H轴线)在-H轴线刻度交叉。这里的低斜率ΔB/ΔH限定为曲线部分112的斜率，它是沿此曲线在两个点104和108之间中部测量的，这就是“中点微分退磁磁导率”它示于图14，为约1.15。
一个高能永久钕磁铁56的独特的伸出能力可驱动一个强烈磁场B通过一个磁路内的非磁性间隙44(图3和图3A)或44G(图11)，这个磁路例如标号为61(图2)或61G(图4)，可以这样考虑或想象来理解，这样一个磁铁功能在内部-是偶然的但固有的-因为它自身的非磁性间隙，即一个间隙不含铁磁材料。换句话说，这样一个磁铁的功能仿佛它具有一个实际的间隙，如果在磁通量方向测量，几乎对应于钕磁铁56本身的累积的长度。因此，增加一个某种程度可比较的外部的真实的物理上的非磁性间隙，例如，间隙44或44G，不会引起在一个磁路61(图2)或61G(图4内磁通量54在图3A和5内用一组小十字示出)的大量降低，也就是，不会引起在一个磁路内被驱动跨过一个较长的间隙的磁场强度B的大量降低。
为了本发明的目的，沿退磁曲线106的一个中点112处的斜率最好是等于或小于约4，以及更希望小于约1.2，而空气或真空的磁导率按定义为1。在图14内，在点112处的斜率示出为约1.1，在本申请人的经验中，它可以由商业供应的NdFeB磁铁提供。斜率的微小反映一个磁性“硬度”，一个持久的固有的残余磁性。这种优选的斜率较接近于1，称为微分退磁磁导率，其测量单位为Δgauss/Δoersted。
一个优选的钕磁铁56参数中一个实用的参数，该参数倾向于跟踪希望的伸出特性，称为最大能量乘积；它是在中点112处的残余磁感应Br与退磁奥斯特量的乘积，此奥斯特量要求使一个钕磁铁56的残余磁感应Br在B轴线上由点104下降至中点112。此乘积以兆高斯-奥斯特(MGOe)表示，是一个普通的商业标志，如图14内刻度所示，上述的钕磁铁应具有至少约25 MGOe能量乘积。最好使用钕磁铁具有最高的MGOe值，合理地经济地可获得的值，例如至少是约30MGOe至约35MGOe和更高。与此相反，alnico是不适合的。
alnico 5的一个退磁曲线122示于图14的一个圆110内，以斜率约30ΔB/ΔH几乎垂直地下降，以及此退磁曲线122在具有值小于约1,000oersteds的一点126处与H轴线相交。与其对比，一个适当的钕磁铁具有一个退磁曲线106，通常是一个极小斜率的直线106，在点104和108之间延伸，它的斜率ΔB/ΔH相当接近于1。
图16列出用alnico 5和伸出钕磁铁获得的两个对比的磁通密度曲线(Y-轴)。独立的变数(X-轴)是其相应的磁路内的非磁性间隙的厚度或长度。给定的间隙的作用对于不同尺寸和形状的磁性组件是不同的；这里的间隙示出为对应于这里所述的装置绘制的。
能够使用于本发明的实施例中的商品供应的钕磁铁56包括钴和钐的混合物(CO5Sm)，该混合物具有一个最大能量乘积为约20MGOe以及一个残余磁感应Br为约9,000gauss(0.9tasla)以及一个几乎为1的中点微分退磁磁导率，为约1.08。再者，可能使用的商业供应的磁铁含有钴-钐材料(Co17SM2)以及具有一个最大能量乘积为约22至约28MGOe以及一个残余磁感应在约9,000gauss(约0.9tesla)至约11,000gauss(约1.1tesla)范围内，以及几乎为1的中点微分退磁磁导率，在约1.15以下至约1.0范围内。在非磁性间隙44G内可获得的对磁通密度的一个限制是携带它的极片86的能力。对于纯度接近机加工钢的铁，磁饱和可以说产生在约2.1tesla处。如果1/3的铁被相等的合金部分钴代替，此限制可以说升高至约2.4tesla(见Douglas，pp.761-763，已列于上文)。然而，在本申请人的经验中，在非磁性间隙44G内这些限制没有达到更接近约70％，因为大的漏泄磁通量围绕钕磁本身产生。磁漏泄是由于非磁性间隙44G的磁阻。对平行六面体极片的输入的提供，例如可以由1，2，3，4，5，6，7或更多侧面进行，并且这种极片的每个侧面是与相关的每个钕磁铁56的极面贴合地邻接。通常，接收磁输入的极片的侧面越多越好。对于极片91的情况，它有三个对称的侧面加两个末端，此极片应为三角形截面(图13A)。可以加入一个三角形端帽钕磁铁561以及极片91的另一端是N-极极面87。对于有六个侧面加两个末端的情况，极片92应为六边形截面(图13B)。可以增加一个六边形端帽钕磁铁56”。极片92的另一端是N-极极面。
作为一个限制的情况，一个圆柱形极片93(示出一半截面)被一个环形磁性环94围绕，它是通过其径向的全部厚度磁化的(如图13C所示)。一个圆柱形帽97是沿着其圆柱轴纵向磁化的，完成此磁性组件。极片93的另一轴向末端87是N-极极面。在图13A，B和C中所示的非方形截面设有一个驱动一个方形磁场通过通道43或43G，因此，施加磁场的一些边缘通量处于通道43或43G的宽度尺寸66的外面，以及一些边缘通量处于电极的上游和下游。然而，这种非方形磁场不会导致在通道43或43G内泵送作用边缘处熔融金属的涡流漏泄，因为在直的平行相对的电极之间流动的电流I覆盖一个非常接近方形或矩形面积，延伸跨过通道43或43G，其结果是均匀的泵送力跨过流动通道。
图17示出两个长条极片95的一个组件，每个带有四个长侧面。每个极片的三个侧面由三个长的钕磁铁96供给磁通量，以及第四个侧面是一个长条极面87。这种长条极面87能够相对于金属流动横向地取向，以便使用于，例如，一个极宽尺寸66的泵送通道。小的钕磁铁56在图中以分解关系示出，可以附加在每个长条极片9 5的末端，使对于每个极片总的具有五个钕磁铁，如果希望这样做，除非在每个长条极片两端处的磁通量漏泄可以忽略不计。
一般来说，为了获得适当经济的和实际的结果，实施本发明的一个电磁泵设计应排列以减少磁漏泄和分散磁通量，从而使钕磁铁的大的磁通量和伸出能力可以提供一个强烈的磁场B，延伸跨过非磁性间隙44、44G和44J(图19)以及前进通过定位在间隙内的增压管路。因此，例如，非磁性间隙44、44G和44J减小至这样，使能够合理地使用。
带有磁极取向相同的相邻的钕磁铁元件可以装配到一起以及作为一个有效的磁铁处理。例如，八个沿每边测量为1in的立方体钕磁铁可以装配成沿每边测量为2in的一个立方体形状。通常，当这些钕磁铁装配时将会相互排斥，因此需要约束的抵抗它们的相互排斥力。
流动探测
在技术中已知的铸造机内的任何一种类型的金属液面探测装置可以传送信号用于指示铸造机内的熔融金属的液面或极限。优选地，这样一个信号能够供给至一直流电源的控制器，该电源提供电流I，该控制器用于控制此电流的大小(安培数)，用于控制泵送速率，以实现铸造机或铸模的液面或极限，而在铸造金属内既没有溢流，也不允许空穴或冷隔产生。
用于在一个连续铸造机内提供熔融金属液面信号的一个适当的邻近线圈器件叙述于授予Sten V.Linder的U.S 4,138,888。
一对或多对小的附加埋置被动探测电极132和134(图3A)带有相应的连接器136和138(图3A和5)凸起通过一个流体增压管路的壁，以便与熔融金属流动M接触(图5，3A，3，2，4)。
在磁通量渗透一个管路的地方，管路内移动的液体金属按照法拉第原理在其产生模式中产生相对于磁通量和流动成直角的一个电动势(e.m.f)，从而机械能转变为电能。信号与通过两个电极132之间以及也通过其它两个电极134之间的流动速率成正比。这些被动探测电极132和134(图5和3A)分别地限定跨过驱动熔融金属的磁场54或54G的较弱的边缘55或55G的路径。两对电极132和134探测器示出位于工作区50和50G的上游和下游。来自两对电极的电输出被综合和平均。来自这些探测器的平均电输出供给至一个仪表(未示出)，该仪表适合于进行直流电I的人工控制，或者供给进入一个直流控制器(未示出)以便稳定和精确地控制泵32或32G等，使泵32或32G作为一个制动器或扼流器工作。因此，本发明的实施例的先进的能力实现了将熔融金属输入与连续铸造机的速度匹配。
任何一对电极132或134足以进行控制目的，例外的是应注意需要在附近电极68之间波动直流驱动电流以及波动电流的磁场的相关的改变在各对探测电极132或134之间产生不希望的电动势。然而，相对于直流电流驱动电极68，探测电极一个对称的上游一下游位置导致不希望的电动势彼此抵消，从而不会干扰准备供给进入仪表或直流电流控制器的产生的和综合的控制电动势。
代替使用边缘磁场55或55G用于在产生模式中按照法拉第原理产生一个电动势，单独的磁铁可以使用，适当地定位在离开边缘磁场的上游或下游，以提供一个磁场在一个与磁场B平行方向上前进通过熔融金属。在此种情况下，仅一对如以上规定的探测电极是足够的。
图18和19示出实施本发明的一个电磁泵32J。第一和第二大功率立方体磁性组件180N和180S每个具有八个立方体钕磁铁56，沿每个边缘测量约51mm(约2in)。因此每个大功率立方体磁性组件180N和180S沿每个边缘测量约102mm(约4in)以及具有一个总极面87，其面积约104cm2(约16in2)。这些极面87定位齐平顶住一个扁平冷却层74，以及这些扁平冷却器定位齐平顶住管路48J的工作区的相对面50J。
一个大的铁磁框架160围绕两个其它的磁性组件。框架具有上和下横梁160b和160c，以及两个直立元件160a和160d。这些框架元件用可拆卸的机器螺钉(未示出)固定到一起，例如，与图2的机器螺钉63的排列类似，从而使框架160容易地分解。
应该注意，直立元件160a和160d相距两个磁性组件较远，从而减少磁通量的漏泄。再者，相对的磁面87之间的非磁性间隙44J如图所示，仅约38mm(约1.5in)。
为了保持两个磁性组件180N和180S到一起，以抵抗它们的钕磁铁56之间的相互排斥力，它们包容在相应的非磁性保持壳体内，如图中虚线所示，例如是用铝制造。
通道43具有一个高度67为约8mm和一个宽度为约102mm(约4in)。
一对相对的电极(未示出)用于供给直流电流I横向通过熔融金属流M，适当地安装如以上所解释以及它们每个具有一个长度约102mm(约4in)。
一个试验台原型
一个普通的试验台原型使用一种铋合金，与传统上已知的Wood’smetal(伍德合金)类似，此金属优选地是在较低的温度70℃(159°F)熔化的金属。它具有比重为10.5g/cm3(0.381bs/in3)。
一个可重复的实验在图15所示的试验台150上进行。泵32泵送来自熔化容器152的金属，通过管子154和通过直的薄壁增压管路48，管路48具有一个恒定横截面的通道43，用于推进熔融金属至一个头部测量柱156。当一个活门158开启时，金属自由地循环，由容器152通过管子154和160以及返回进入容器。
当武德合金被泵32泵送时，其温度为约93℃(200°F)。增压管路48是由一块硅酸钙机加工而成以及具有一个形状类似图3的管路48。管路48的通道43具有一个高度为约5.6mm(约0.22in)和一个宽度为约51mm(约2in)，因此，具有一个横截面面积约2.8cm2(约0.44in2)。
一个单向磁通量密度约7000gauss(约0.7tasla)施加通过一个间隙约38mm(约1.5in)在图1 5和2内箭头B所示的方向上越过一个面积约26cm2(约4in2)以及通过两个锥形磁片58。该磁场是由四个NdFeB商业供应高能钕磁铁供给的，所放置位置如图2和2A内虚线所示-两个在上面带有一个极片58和两个在下面带有另一个极片。四个伸出钕磁铁56中的每一个是立方体，在每边上测量为约51mm(约2in)，当熔融金属在泵内时，一个可控制的直流电电流为0至500A施加在表面区有间隔的两个铜电极68之间，每个约2.4cm2，电流在图2，2A，3，3A内箭头I所示的方向上。500A的直流电是由一个电焊机施加，它能够施加10V至小于4V在电极之间。在下述的试验中，在电极68之间以及跨过熔融金属在500A测量的电压降为约0.5V。
在流动测量和头部建立之前，熔融金属允许按箭头161和159所示循环数分钟，以加热外隔热管154和160以及外隔热增压管路48。熔融金属的高度相当于用一个仪表测量盘压力测量的零压力头，即相对于大气压的压力是熔化容器152内液体金属165的自由液面164的高度“P.Hdo”。液体金属的表面164上的稳定大气压力是用松散配合的盖子166保证的。当泵断开时，液面164也是开放顶压力头的测量柱156的液体金属表面的液面(隔热层未示出，以便于说明清晰)。当泵接通时，以及活门158宽开放，在柱156内的液体金属液面不会增加太多，轻度的增加(为了简单起见，此后不再区别)主要是由于管子160内的摩擦和紊流的反向压力。因此，循环流动速率(箭头161和159)测量为约0.31/sec或约11t/h。
随后活门158关闭，以测量在没有流动时，即关闭时的伸出到的压力头Ht。为了测量由泵施加的最高的压力头Ht，一个铝块168浮在柱156内的伍德合金的表面上。一个细金属丝172附着在其上围绕安装在开放顶柱156的顶部的一个滑轮174缠绕，细金属丝前进向下，以固定至一个配重170。由配重的垂直位置简单的计算揭示在柱内伍德合金的高度。使用活门158关闭，即在没有流动时获得的垂直液体金属柱表面提升为超过其零压力头PrHto的高度为350mm，一个垂直距离“Ht”，它说明相对于熔融金属液面164(PrHdo)在熔化容器152的液体液面164一个压力头PrHdmax为370g/cm2或0.36bar。这个压力头是按照35.0cm的提升高度Ht乘以熔融金属的比重10.5g/cm3计算的。
熔融金属的流动速率是电磁探测的，如以上所述以及这样产生的信号控制泵送速率，以保持速率基本上恒定为约0.31/sec，如以上所述。
该实验以及它的材料和参数如上所述仅是为了说明目的，以及不能限制本发明的范围，它能够用各种装置用各种方法、材料和参数实施。
实施本发明的各种电磁泵可以使用于提升熔融铜至一个普通的倾斜炉的高度，也就是高达3m或更多的扬程，也就是适合于供给一个连续铸造机的扬程高度，例如图1和1A所示，由一个现有的一个低位固定炉。这样一来，倾斜炉不再需要用于保持和定量熔融金属的浇铸进入这样的浇铸机。
附录
熔融金属的流动控制包括下列步骤：提供一个增压管路，具有一个工作区由石墨制造，它是一种易碎材料；
用一个适当坚固材料包套围绕它来保持上述的石墨，材料具有耐热性和能抵抗机械冲击和应力；以及
插入非导电材料在上述的包套内，定位围绕上述的石墨，以避免石墨损坏和不希望的管路应力以及在上述的包套内产生的机械和电冲击和应力。
熔融金属的流动控制是借助提供一个增压管路，它是由陶瓷，一种较易碎的材料制造的。
用一个适当坚固材料包套围绕它来保护上述的陶瓷，上述材料具有耐热性和能够抵抗机械冲击和应力，以及插入非导电材料在上述的包套内，定位围绕上述的陶瓷，以避免陶瓷损坏和不希望的管路应力，以及避免在上述的包套内产生机械和电冲击和应力。
虽然，本发明的特定现有的优选的实施例已在这里详细地公开，应该该理解，除了这里所述之外，钕磁性材料组件的许多形状和图案能够使用以产生有效的结果。一般地说，应该理解这里所述的本发明的实施例的实例仅是为了说明目的。公开内容不是有意设计限制本发明的范围，因为所述的方法和装置可以由连续铸造和传送熔融金属技术方面的技术熟练人员改变，在不脱离下列权利要求书的条件下，可以修改这些方法和装置以使用于相关的特定的连续铸造装置或者用于随后浇铸入一系列基本上相同的铸模。