УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОЙ СЕРДЦЕВИНЫ СЛИТКА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ Российский патент 2004 года по МПК B22D11/115 B22D11/49 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к технике непрерывного литья металлов с электромагнитным воздействием на жидкую фазу в алюминиевых заготовках.

Известно устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла, заключенного в цилиндрический канал, путем вращения (А.с. РФ №1338773, М.кл. Н 05 В 6/20, 1985), в котором система индукционных катушек для создания вращательного движения металла, охватывающая по меньшей мере один из участков канальной части с металлом, по которому протекает электрический ток, выполнена в виде по меньшей мере двух охватывающих канал витков, установленных с заданным шагом и включенных встречно.

Недостатком такого устройства является кроме электрического питания дополнительных витков необходимость подвода тока в перемешиваемый металл, что вызывает технические трудности в реализации такой системы. Кроме этого, коэффициент полезного действия такого устройства невысокий, и оно имеет ограниченную область применения, при этом движение расплава может быть только в горизонтальной плоскости.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков (Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий: Сборник статей. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2000, № 8, 290 с., стр.11, рис. 9-11), содержащее магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки которой выполнены концентрически и питаются от разных фаз.

Основными недостатками такого устройства являются:

- громоздкость устройства и наличие специально выполненного магнитопровода, который не всегда можно установить вокруг слитка;

- проблематичность использования такого устройства в зоне кристаллизатора, что является важным при глубине жидкой фазы, равной высоте кристаллизатора.

В основу изобретения положена задача создания устройства для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка с улучшенными энергетическими и технологическими показателями, имеющего высокую надежность при работе в высокотемпературных средах, а также которое позволило бы осуществлять перемешивание расплава и в горизонтальной, и в вертикальной плоскостях одновременно.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе, содержащем магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки которой выполнены концентрическими и питаются от разных фаз, согласно изобретению в качестве магнитопровода использована ферромагнитная часть кристаллизатора, с верхней и нижней сторон которого расположены по две катушки, причем две катушки, расположенные по разные стороны кристаллизатора симметрично относительно аксиальной оси слитка, подключены к одной фазе встречно, а две другие катушки подключены к другой фазе согласно. При этом катушки, расположенные по одну сторону кристаллизатора, могут быть размещены таким образом, что одна охватывает другую или одна над другой.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе, где катушки, находящиеся по одну сторону кристаллизатора, размещены таким образом, что одна охватывает другую; на фиг.2 - то же, вид в аксонометрии с разрезом; на фиг.3 изображено предлагаемое устройство, где катушки, находящиеся по одну сторону кристаллизатора, размещены одна над другой; на фиг.4, 5 и 6 представлены картины электромагнитного поля для различных вариантов размещения и соединения обмоток.

Устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе содержит катушки 1, 2, расположенные с верхней стороны кристаллизатора 3, являющегося магнитопроводом, который охватывает слиток 4 с жидкой фазой 5. К кристаллизатору 3 подведена вода 6 для охлаждения. С нижней стороны кристаллизатора 3 расположены катушки 7, 8. При этом две катушки, расположенные по разные стороны от кристаллизатора, например 2 и 7, включены согласно, а две другие (1 и 8) включены встречно или наоборот.

Заявленное устройство работает следующим образом.

При подключении обмотки устройства к двухфазному напряжению со сдвигом фаз 90 электрических градусов в катушках 1 и 8 протекает электрический ток i₁, а в катушках 2 и 7 протекает ток i₂ (фиг.4). Катушки, по которым протекает ток i₁, создают магнитный поток показанный на фиг.4 пунктирными линиями. Катушки с током i₂ создают магнитный поток показанный на фиг.4 сплошными линиями. В результате наложения магнитных потоков и , которые в области жидкой фазы кристаллизующегося слитка смещены в пространстве на угол 90° или близкий к нему, и учитывая то, что фазовый сдвиг магнитных потоков и равен 90 электрических градусов, в области жидкой фазы слитка образуются вращающиеся магнитные поля, ось вращения одного из которых находится в левой полуплоскости слитка, а другая - в правой полуплоскости. Аналогично образуются магнитные потоки в варианте расположения катушек одна над другой при подключении катушек 1 и 8 к одной фазе, 2 и 7 к другой (фиг.5), при подключении катушек 1 и 7 к одной фазе, 2 и 8 к другой (фиг.6).

Под действием вращающихся магнитных полей в жидкой фазе кристаллизующегося слитка индуктируются вихревые токи, которые, взаимодействуя с первичным магнитным полем, вызывают усилия в жидком металле, приводящие последний в многопрофильное вращательное движение. Разностороннее вращательное движение жидкого металла в слитке может осуществляться непрерывно, или периодически в одном и том же направлении, или периодически в прямом и обратном направлениях за счет изменения направления вращения электромагнитного поля. Такое движение жидкого металла позволяет эффективно воздействовать на дендритную структуру кристаллизующегося слитка или заготовки, что способствует изменению зерна последнего и увеличению выхода годного. Кроме того, улучшенный тепломассообмен между низкотемпературной зоной, расположенной у стенок кристаллизатора, и высокотемпературной осевой зоной слитка ускоряет процесс кристаллизации и затвердевания и, как следствие, увеличивает скорость вытягивания слитка или заготовок.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества перед известными:

- простота конструктивного исполнения устройства при работе в агрессивной высокотемпературной среде, которая образуется в зоне литья и охлаждения слитка, обеспечивает его высокую надежность и долговечность;

- устройство обладает высокой ремонтопригодностью, не требующей демонтажа основных узлов литейной машины, просто в обслуживании;

- комплексное многопрофильное перемешивание расплава в горизонтальной и вертикальной плоскостях одновременно обеспечивает однородность структуры слитка или заготовки по химическому составу и физическим свойствам;

- при установке устройства на действующее литейное оборудование не требуется капитальная переделка последнего;

- интенсивное охлаждение жидкой фазы при кристаллизации достигается за счет сужения переходной зоны между расплавом и фронтом кристаллизации.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к непрерывному литью металлов с электромагнитным воздействием на жидкую фазу. Технический результат – улучшение энергетических и технологических характеристик устройства для электромагнитного перемешивания, обеспечивающего перемешивание расплава в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. Устройство содержит магнитопровод в виде ферромагнитной части кристаллизатора с многофазной обмоткой. С верхней и нижней сторон кристаллизатора расположены по две катушки, выполненные концентрическими и подключенные к разным фазам. Две катушки, расположенные по разные стороны кристаллизатора симметрично относительно аксиальной оси слитка, подключены к одной фазе встречно, а две другие подключены к другой фазе согласно. Катушки, находящиеся по одну сторону кристаллизатора, могут быть размещены таким образом, что одна охватывает другую или одна над другой. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе, содержащее магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки которой выполнены концентрическими и подключены к разным фазам, отличающееся тем, что в качестве магнитопровода используется ферромагнитная часть кристаллизатора, с верхней и нижней сторон которого расположены по две катушки, причем две катушки, расположенные по разные стороны кристаллизатора симметрично относительно аксиальной оси слитка, подключены к одной фазе встречно, а две другие катушки подключены к другой фазе согласно.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катушки, расположенные по одну сторону кристаллизатора, размещены таким образом, что одна охватывает другую.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катушки, расположенные по одну сторону кристаллизатора, размещены одна над другой.