СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ РАСПЛАВОВ Российский патент 1998 года по МПК F27D23/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам интенсификации технологических процессов в жидких металлах.

Известен способ электромагнитного перемешивания расплава посредством воздействия бегущего электромагнитного поля на электропроводный расплав в канале или металлотракте [1].

Недостатками данного способа являются:
1) низкая эффективность перемешивания расплава в "мертвой зоне" между входом и выходом канала и в углах миксера, печи;
2) устройства, реализующие способ, в частности тонкостенный канал или металлотракт, имеют низкую надежность при воздействии на них высокотемпературных металлических расплавов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является электромагнитный способ перемешивания расплава с помощью устройств, создающих бегущее электромагнитное поле со стороны подины миксера, печи [2].

Этот способ имеет следующие недостатки:
1) низкая эффективность перемешивания, так как бегущее электромагнитное поле значительно ослаблено из-за большого расстояния между источником поля и объектом воздействия - расплавом;
2) наличие "мертвых зон" в миксере, печи, особенно, если они имеют вытянутую прямоугольную форму;
3) сильное гидродинамическое сопротивление для потока расплава;
4) ограниченное управление траекторией движения расплава;
5) при интенсивном воздействии бегущего электромагнитного поля на расплав, что необходимо для перемешивания в печах больших размеров, нарушается поверхностная пленка расплава, что приводит к снижению качества последнего;
6) эффективная реализация способа возможна при мощности источника в несколько сотен киловольт-ампер, так как немагнитное расстояние до расплавленного металла со стороны днища печи составляет свыше 800 мм.

В основу изобретения положена задача управления движением расплава непосредственно в миксере, печи для интенсификации тепломассообменных процессов и повышения качества выплавляемых сплавов.

Поставленная задача решается тем, что в способе электромагнитного перемешивания электропроводного расплава в миксере, печи посредством воздействия на него бегущим электромагнитным полем, согласно изобретению воздействуют одновременно с бегущим электромагнитным полем одним или несколькими пульсирующими полями переменной интенсивности, расположенными в зоне бегущего электромагнитного поля, совместно действующими по всей высоте столба электропроводного расплава с боковой стороны миксера, печи и создающими движение электропроводного расплава в одну или попеременно в одну и другую стороны на протяжении всего времени перемешивания в плоскости, параллельной боковой стороне миксера, печи. Воздействие электромагнитными полями осуществляют не только на прямоугольном участке боковой стороны, но и в угловой части миксера, печи. Изменение траектории движения расплава в процессе перемещения достигают путем варьирования интенсивности пульсирующих электромагнитных полей.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая способ электромагнитного перемешивания электропроводного расплава в миксере, печи, источник электромагнитного поля расположен у прямолинейной части боковой стороны; на фиг. 2 - то же, источник электромагнитного поля находится в угловой части миксера, печи; на фиг. 3 - вид сбоку миксера, печи.

В миксере, печи 1 находится электропроводный расплав 2. С боковой стороны миксера, печи 1 размещен источник бегущего электромагнитного поля 3 и источники пульсирующих электромагнитных полей 4, расположенные в зоне действия бегущего поля. При воздействии на электропроводный расплав 2 бегущего электромагнитного поля и различной интенсивности пульсирующих электромагнитных полей расплав движется по траектории 5 (сплошные линии), а при изменении направления бегущего поля - по траектории 6 (прерывистые линии). Подина 7 миксера, печи 1 всегда в основном наклонная.

Способ реализуется следующим образом.

Источники бегущего 3 и пульсирующих 4 электромагнитных полей располагают с боковой стороны на прямолинейном участке (фиг. 1) или в угловой части (фиг. 2) миксера, печи 1. При возбуждении бегущего электромагнитного поля по всей высоте столба расплава он начинает двигаться вдоль боковой стороны миксера, печи в одну сторону. Увеличивая интенсивность одного источника пульсирующего поля и уменьшая интенсивность другого, получают движение расплава по траектории 5. Такое движение позволяет эффективно перемешивать расплав в одной части миксера, печи. Изменив направление бегущего электромагнитного поля на противоположное и поменяв интенсивность источников пульсирующих полей, имеют движение расплава в противоположном направлении (по траектории 6). Данное движение позволяет перемешать расплав в другой части миксера, печи. Тем самым, имея источник бегущего электромагнитного поля незначительной мощности и варьируя интенсивностью источников пульсирующих полей во время перемешивания, можно эффективно перемешивать большие массы электропроводного расплава в миксерах или печах больших размеров и любой конфигурации.

В некоторых случаях размещение источников бегущего и пульсирующих электромагнитных полей на прямолинейном участке боковой стороны миксера, печи не представляется возможным или при таком размещении воздействие на расплав электромагнитными полями является недостаточно эффективным, поэтому их размещают в угловой части миксера, печи.

При определенной конфигурации миксера, печи целесообразно для эффективного перемешивания использовать только одновременное движение расплава. В этом случае создают сильнодействующее бегущее электромагнитное поле и шунтируют источники пульсирующих полей, что приводит к их ослаблению и к созданию однонаправленного движения расплава вдоль периметра миксера или печи, которое поддерживают на протяжении всего времени перемешивания.

Миксер или печь для приготовления сплавов в основном имеют наклонную подину 7 (фиг. 3). Поэтому, при движении расплава происходит перемешивание его слоев не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Рассматривая такое движение расплава пространственно, можно заключить, что оно происходит в трех измерениях одновременно, а предложенный способ электромагнитного перемешивания электропроводного расплава является наиболее эффективным из существующих.

Аппробация способа в лабораторных условиях и на производстве показала простоту его реализации и высокую эффективность, о чем свидетельствует "Карта приготовления алюминиевого сплава на миксере 60 т с электромагнитным перемешиванием", представленная в таблице.

Изобретение может быть использовано в металлургии, в частности в способах интенсификации технологических процессов в жидких металлах. Согласно предлагаемому способу перемешивание электропроводных расплавов в миксерах, печах осуществляют одновременным воздействием бегущего электромагнитного поля и одного или нескольких пульсирующих электромагнитных полей, расположенных в зоне бегущего поля, действующих по всей высоте столба расплава с боковой стороны миксера. Воздействующие на расплав поля создают его движение в одну или попеременно в одну и другую стороны на протяжении всего времени перемешивания в плоскости, параллельной боковой стороне миксера или печи. Воздействие электромагнитными полями можно осуществлять в угловой части миксера, печи. Посредством варьирования интенсивности пульсирующих электромагнитных полей на входе и выходе бегущего электромагнитного поля, можно изменять траекторию движения электропроводного расплава в процессе перемешивания. 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ электромагнитного перемешивания электропроводного расплава в миксере, печи посредством воздействия на него бегущего электромагнитного поля, отличающийся тем, что на электропроводный расплав воздействуют одновременно с бегущим электромагнитным полем одним или несколькими пульсирующими электромагнитными полями, расположенными в зоне бегущего поля, совместно действующими по всей высоте столба электропроводного расплава с боковой стороны миксера, печи и создающими движение расплава в одну или попеременно в одну и другую стороны на протяжении всего времени перемешивания в плоскости, параллельной боковой стороне миксера, печи. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие электромагнитными полями осуществляют в угловой части миксера, печи. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что посредством варьирования интенсивности пульсирующих электромагнитных полей изменяют траекторию движения электропроводного расплава во время перемешивания.