СТАТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА Российский патент 1999 года по МПК B22D1/00 B22D45/00 F27D23/04 

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам для электромагнитного перемешивания жидких металлов и сплавов в миксерах, печах, ковшах, слитках, заготовках.

Известен статор электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины заготовки, кн. "Непрерывное литье во вращающемся магнитном поле" А.Д.Акименко, Л. П. Орлов, А.А. Скворцов, Л.Б. Шендеров. М.: Металлургия, 1971, рис. 57, стр. 130. Однако он создает только одномерное вращательное движение в одной плоскости и в основном в области расположения статора, что существенно ограничивает его возможности для эффективного перемешивания согласно технологическим картам плавки и требует использования нескольких подобных устройств одновременно.

Наиболее близким к заявленному устройству является статор, описанный в "А. С. 1660838, кл. B 22 D 11/12. Статор для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка/ Ю.А. Дегусаров, В.И. Иогансен, А.Г. Чеповецкий, В. П. Чернявский, опубл. в БИ 25, 07.07.91 г.", и содержащий шихтованный магнитопровод с полюсами в виде плоских наконечников с катушками обмотки, где последние расположены по ширине магнитопровода со ступенчатым сдвигом относительно друг друга.

Недостатками такого устройства являются слабая составляющая магнитного поля Ф_y по оси Y по сравнению с составляющей Ф_x по оси X, которая на практике в несколько раз выше; неэффективное использование материалов, в частности магнитопровода в областях катушек фаз A, B, C, что значительно увеличивает габариты и массу изделия; невозможность варьирования составляющими Ф_y и Ф_x независимо друг от друга, что не позволяет создавать бегущее электромагнитное поле сложной траектории, хотя последнее является необходимым условием перемешивания в металлургии
В основу изобретения положена задача создания статора для электромагнитного перемешивания, способного генерировать бегущее электромагнитное поле сложной траектории, удовлетворяющее технологическим требованиям для перемешивания жидкого металла в различных металлургических установках и системах.

Поставленная задача решается тем, что в статоре для электромагнитного перемешивания жидкого металла, содержащем шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов обмотки состоят из секций, питающихся от разных фаз и смещенных относительно друг друга по высоте магнитопровода на величину a = h/m, где h - высота секции катушки, m - число фаз обмотки, а по ширине магнитопровода - на величину b = c/m, где c - ширина секции катушки. Статор может иметь плоский или цилиндрический магнитопровод, что позволяет применять его для перемешивания жидкого металла в миксерах, печах, ковшах или для перемешивания жидкой сердцевины слитков или заготовок.

На фиг. 1 изображен статор с плоским магнитопроводом; на фиг. 2 - то же, с цилиндрическим магнитопроводом; на фиг. 3 представлена схема включения секций в двухфазной обмотке и направление электромагнитного поля; на фиг. 4 - то же, для трехфазной обмотки; на фиг. 5 представлена схема включения секций двухфазной обмотки для образования однонаправленного бегущего магнитного поля в горизонтальной плоскости; на фиг. 6 - то же, в вертикальной плоскости; на фиг. 7 - образование многослойного бегущего электромагнитного поля; на фиг. 8 - образование кругового бегущего электромагнитного поля.

Статор для электромагнитного перемешивания состоит из магнитопровода 1, полюсных катушек 2 с секциями 3, 4 для двухфазного варианта и с секциями 3, 4 и 5 для трехфазного варианта. При этом секции смещены по отношению друг к другу по высоте на величину a = h/2 и по ширине h = c/2 для двухфазного исполнения статора или на величины a = h/3 и h = c/3 - для трехфазного исполнения статора соответственно.

Устройство работает следующим образом. При подаче многофазного напряжения на одноименные зажимы секций 3, 4, 5 катушек 2 создается бегущее электромагнитное поле, состоящее из двух составляющих Ф_x и Ф_y. При этом если число витков в секциях одинаковое и величины приложенных фазных напряжений равны друг другу, то результирующий магнитный поток равен векторной сумме Ф_x+Ф_y и направлен под углом 45^o по отношению к ним (фиг. 3, фиг. 4).

Изменяя чередование фаз в секциях 3, 4, число витков, способ подключения их к источнику напряжения, можно получить не только однонаправленное бегущее электромагнитное поле, как показано на фиг. 5 и фиг. 6, но и многослойное, представленное на фиг. 7 и даже круговое, показанное на фиг. 8. Аналогичные типы бегущего электромагнитного поля можно получить при использовании в статоре трехфазной обмотки, содержащей секции 3, 4, 5 (фиг. 4). Использование последней позволяет создать более сложную конфигурацию бегущего электромагнитного поля.

Статор с плоским магнитопроводом можно применять для перемешивания жидкого металла в миксерах, печах, ковшах, прямоугольных слитках плоской формы, а также для перекачивания металла в лотках и желобах. Для перемешивания жидкой сердцевины в слитках круглой или квадратно-прямоугольной форм необходимо использовать статор с цилиндрическим магнитопроводом. Последний также может использоваться в качестве исполнительного механизма в электромагнитных дозаторах, насосах и установках для внепечного магнитогидродинамического рафинирования жидкого металла.

Кроме вышеперечисленных достоинств, предложенный авторами статор для электромагнитного перемешивания имеет следующие преимущества перед уже известными устройствами:
1. При его изготовлении экономия электротехнических материалов составляет до 50% в двухфазном исполнении и до 70% в трехфазном исполнении.

2. По своим функциональным возможностям двухфазный и трехфазный варианты превосходят использование двух двухфазных статоров или трех трехфазных статоров из известных ранее соответственно. Комбинация последних практически не позволяет создать некоторые из траекторий бегущего электромагнитного поля по сравнению с предложенным устройством, так как технически это осуществлять не всегда возможно.

3. Применение предложенного устройства уменьшает время перемешивания в миксерах, печах и ковшах на 25% - 30%, что значительно повышает энергоэкономичность последних.

4. Предложенное устройство является применимым для перемешивания жидкого металла в миксерах, печах, ковшах практически любой конфигурации. При этом установка статоров возможна в любом доступном месте миксера или печи, практически без потери эффективности, так как всегда можно подобрать необходимую траекторию бегущего электромагнитного поля и получить отвечающие технологии плавки траектории движения металла.

5. Использование предложенного статора позволяет, при перемешивании жидких металлов с легирующими добавками большей плотности, нежели основа, поднимать легирующие с подины, поддерживать их во взвешенном состоянии и распределять равномерно по всему объему металла.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для электромагнитного перемешивания жидких металлов и сплавов в миксерах, печах, ковшах, слитках, заготовках практически любой конфигурации. Технический результат - возможность генерировать бегущее электромагнитное поле сложной траектории. Предлагаемый статор позволяет генерировать бегущие электромагнитные поля одновременно направленные, например, или по двум перпендикулярным осям, или в противоположные стороны, или по кругу, что в сумме позволяет получить результирующее электромагнитное поле сложной траектории. Статор может иметь цилиндрический или плоский магнитопроводы. В последнем явно проявляются краевые эффекты, создающие сильные пульсирующие электромагнитные поля, способствующие увеличению эффективности электромагнитного перемешивания жидких металлов. 8 ил.

Статор для электромагнитного перемешивания жидкого металла, содержащий шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, отличающийся тем, что катушки полюсов обмотки состоят из секций, питающихся от разных фаз и смещенных относительно друг друга по высоте магнитопровода на величину a = h/m, где h - высота секции катушки, m - число фаз обмотки, а по ширине магнитопровода - на величину b = c/m, где c - ширина секции катушки.