КРИСТАЛЛИЗАТОР - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЬ МЕТАЛЛА Российский патент 2006 года по МПК B22D11/115 

Изобретение относится к металлургическому машиностроению, в частности к машинам непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), и может быть использовано для получения высококачественных непрерывных заготовок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является устройство кристаллизатора - электромагнитного перемешивателя металла, содержащее медные или бронзовые рабочие стенки, закрепленные в корпусе из ферромагнитной стали и установленные в корпусе катушки с сердечниками. Под прямым углом с сердечниками катушек состыкованы крышки из ферромагнитной стали, при этом толщина крышек составляет 0,5-0,8 толщины сердечника. В стенках корпуса кристаллизатора выполнены окна, а катушки вставлены в окна снаружи до упора их крышек в стенку корпуса /авторское свидетельство на изобретение СССР №1713725 А1, МПК В 22 D 11/01, 22.02.1992/.

Недостатками устройства прототипа являются сложность конструкции, малая надежность и повышенный расход электроэнергии. Так, например, в составном кристаллизаторе для литья заготовок прямоугольного сечения, содержащем четыре рабочие стенки из меди или ее сплава, закрепленные в корпусах из ферромагнитной стали и вставленные в окна корпусов катушки с сердечниками и состыкованными с ними крышками два выводных провода для электропитания каждой катушки выходят на наружную поверхность крышки полюса. Электрические кабели А, Х для соединения катушек между собой и подключения к фазе А, соответственно В, У к фазе В и C, Z к фазе С трехфазного источника питания располагаются по наружной стороне корпуса кристаллизатора, в связи с чем эксплуатируются в тяжелых для электрического кабеля условиях среды в бункере зоны вторичного охлаждения МНЛЗ (высокая температура излучения от заготовок и наличие в атмосфере вредных веществ, разрушающих материалы). Для этих условий требуется применение высокотемпературной электроизоляции кабелей и защиты их от брызг жидкой стали. В случае прорыва жидкой стали кабельные соединения, расположенные на наружной поверхности кристаллизатора, разрушаются. Потребуется их замена. Кабельные соединения должны быть разъемными, так как для выполнения ремонта кристаллизатора - ЭМП необходимо отсоединить друг от друга рабочие стенки кристаллизатора. Без отсоединения кабелей электропитания эту операцию выполнить невозможно. Продольные каналы для охлаждения водой рабочих стенок, изготовленных из меди или ее сплавов, выполнены непосредственно в рабочих стенках, закрепленных в корпусе из ферромагнитной стали. При таком креплении рабочих стенок для их переточки при ремонте кристаллизатора возникает необходимость извлекать из окон корпусов катушки с сердечниками и крышками. Операция извлечения катушек с сердечниками и крышками из окон в корпусе кристаллизатора снижает надежность и ремонтопригодность устройства, так как при этом разрушаются узлы герметизации и существует опасность повреждения катушек. Выполнение рабочих стенок отсоединяемыми от корпуса кристаллизатора для их переточки требует увеличения их толщины. Так как в пространство между рабочими стенками магнитное поле проникает через рабочие стенки, степень экранирования магнитного поля возрастает с увеличением толщины рабочих стенок. Это приводит к повышению расхода электроэнергии для получения требующихся результатов электромагнитного перемешивания.

Задачей предлагаемого изобретения является создание кристаллизатора - электромагнитного перемешивателя металла, надежно обеспечивающего защиту от повреждения его электрической части при эксплуатации в условиях высокой температуры излучения от заготовок и наличия в атмосфере вредных веществ, а также удобство и сокращение трудоемкости при замене и ремонте кристаллизатора.

Технический эффект от поставленной задачи заключается в том, что упрощается конструкция, сокращается потребление электроэнергии, увеличивается надежность в эксплуатации и срок службы при стабильном состоянии электроизоляции электрической части, увеличивается производительность МНЛЗ, сокращается время разборки кристаллизатора для переточки рабочих стенок.

Поставленная задача с достижением указанного технического эффекта обеспечивается в предлагаемом изобретении тем, что кристаллизатор - электромагнитный перемешиватель металла содержит рабочие стенки из меди или ее сплава, корпуса из ферромагнитной стали и закрепленные в корпусах катушки с сердечниками и состыкованными с ними под прямым углом крышками из ферромагнитной стали толщиной 0,5-0,8 от толщины сердечника. При этом катушки вставлены снаружи в окна, выполненные в корпусах, до упора крышек катушек в стенки корпусов. Рабочие стенки закреплены на отдельно отсоединяемых от корпусов кристаллизатора плитах из немагнитной стали. Выводные провода каждой катушки проложены в установленную на наружной стороне крышки водобрызгозащищенную коробку выводов и подключены к зажимам уложенных в коробку быстроразъемных соединений. К другим зажимам этих быстроразъемных соединений присоединены гибкие кабели электропитания катушек, проложенные в отсеках и пазах водобрызгозащищенного канала, выполненного в стенках водоохлаждаемой рамы кристаллизатора по всему его периметру. На выходе этого канала закреплена водобрызгозащищенная коробка выводов, в которой установлены быстроразъемные соединения с подключенными к их зажимам кабелями электропитания катушек и кабелями, подводящими электропитание к кристаллизатору.

Заявляемый кристаллизатор - электромагнитный перемешиватель металла поясняется чертежами 1-6. На фиг.1 показан поперечный разрез устройства, на фиг.2 - продольный разрез устройства, на фиг.3 - электрическая схема соединений катушек кристаллизатора - ЭМП, на фиг.4 - быстроразъемное соединение на два зажима, на фиг.5 - быстроразъемное соединение на три зажима, на фиг.6 - соединительная муфта для трехфазной схемы соединений в звезду.

Кристаллизатор состоит из рамы 1 и установленных в ней четырех стенок 2, 3, 4 и 5 в сборе рабочих стенок, плит из немагнитной стали, корпусов из ферромагнитной стали и встроенных в корпуса катушек с сердечниками и крышками. Рама 1 кристаллизатора выполнена сварной коробчатого сечения. На ней имеются места 30 для установки и крепления ее на раму механизма качания МНЛЗ, а также места 6 подвода и отвода воды для охлаждения кристаллизатора. В водоохлаждаемой раме 1 выполнены специальные отсеки 7, оснащенные крышками 8 (показаны на фиг.2) и передвижными стенками 9, и пазы 10, образующие по всему периметру кристаллизатора канал для прокладки кабелей электропитания катушек. Крышки 8 на отсеках 7 и крышки на пазах 10 обеспечивают водобрызгозащищенное исполнение канала в стенках водоохлаждаемой рамы 1 кристаллизатора. Стенки 2, 3 и 4 устанавливаются подвижно с возможностью регулировки и закрепления в нужном положении. Две боковые стенки - правая 3 и левая 2, устанавливаются между базовой стенкой 5 и стенкой малого радиуса 4. Все стенки сжаты между собой в местах стыка рабочих стенок 12 при помощи пружинных узлов 13. Каждый из этих пружинных узлов содержит пакет тарельчатых пружин и нажимной винт. Стенки кристаллизатора имеют свои сварные корпуса 14 из ферромагнитной стали, к которым крепятся плиты 15, изготовленные из немагнитной стали. На поверхностях плит 15, обращенных к рабочему пространству кристаллизатора, закреплены рабочие стенки 12. В плитах 15 в сборе с рабочими стенками 12 выполнены продольные каналы для охлаждающей воды. Корпус 14 каждой стенки перегородкой 16 (показана на фиг.2) в вертикальном направлении разделен на две полости, верхнюю и нижнюю, которые служат коллекторами для охлаждающей воды. В нижних полостях установлены катушки 17 с сердечниками 18 и состыкованными с ними под прямым углом крышками 19 толщиной 0,5-0,8 от толщины сердечника из ферромагнитной стали. Катушки 17 вставлены снаружи в окна, выполненные в корпусах 14, до упора крышек 19 в поверхности корпусов 14, на которых предусмотрена установка уплотнительных шнуров. Катушки 17, сердечники 18 с крышками 19 представляют собой явно выраженные электромагниты - полюса кристаллизатора - ЭМП, причем в базовой стенке 5 и в стенке малого радиуса 4 установлено по два, а в боковых стенках - по одному такому электромагниту. Сердечники 18 и частично крышки 19 могут изготавливаться шихтованным из магнитомягкой листовой стали. При этом на наружных частях корпусов 14 в зонах, примыкающих к шихтованным пакетам в крышках 19, могут устанавливаться шихтованные пакеты 20 из магнитомягкой листовой стали, замыкающие магнитную цепь в кристаллизаторе - ЭМП. Продольный разрез кристаллизатора - ЭМП показан на фиг.2. Вода для охлаждения рабочих стенок кристаллизатора поступает из рамы механизма качания в раму 1 кристаллизатора, а из нее в корпуса стенок 2, 3, 4 и 5 кристаллизатора. В стенках кристаллизатора охлаждающая вода сначала омывает катушки 17, а затем проходит снизу вверх по каналам в собранных с рабочими стенками 12 плитах 15, после чего отводится в раму 1 кристаллизатора. Каналы охлаждения рабочих стенок 12 могут быть выполнены в рабочих стенках 12, либо в плитах 15, либо комбинированно частично в рабочих стенках 12 и частично в плитах 15.

Катушки в стенках кристаллизатора - ЭМП пронумерованы арабскими цифрами №1, №2, №3, №4, №5 и №6. Выводные провода каждой катушки через герметизирующие узлы 21 выходят в установленную на наружной стороне крышки водобрызгозащищенную коробку выводов 22 и подключены в ней к зажимам 23 быстроразъемных соединений. Быстроразъемное соединение на два зажима показано на фиг.4. Зажимы быстроразъемных соединений выполнены наподобие применяющихся в автомобилестроении кабельных зажимов для подключения аккумулятора. Для отсоединения или присоединения кабеля с цилиндрическим наконечником необходимо болт 29 зажима повернуть ключом на 1...2 оборота. К зажимам 23 быстроразъемных соединений присоединены также гибкие кабели 11 электропитания катушек, проложенные в отсеках 7 и пазах 10 канала в раме 1. На выходе этого канала установлена водобрызгозащищенная коробка выводов 25 и к зажимам установленных в ней быстроразъемных соединений 24 подключены кабели электропитания катушек 11 и кабели 26, подводящие электропитание к кристаллизатору. На фиг.3 показана трехфазная схема параллельного соединения катушек кристаллизатора - ЭМП в звезду. Катушки №1 и №4 образуют фазу «А», катушки №2 и №5 - фазу «С» и катушки №3 и №6 - фазу «В». Быстроразъемное соединение 24 на три зажима показано па фиг.5. Зажимы этого быстроразъемного соединения выполнены также наподобие применяющихся в автомобилестроении кабельных зажимов для подключения аккумулятора.

К одному из трех быстроразъемных соединений 24 в коробке выводов 25 подключены кабели электропитания катушек 11 с маркировкой А1 и А2, ко второму - В1 и В2, а к третьему - С1 и С2. Соответственно в этой коробке на быстроразъемных соединениях выполнены зажимы для подключения после установки кристаллизатора на ручей МНЛЗ трех кабелей 26 фаз А, В и С для подвода питания. Электрическое соединение между собой шести нулевых кабелей 11 электропитания с маркировками Х1, Х2, У1, У2 и Z1, Z2 от соответствующих катушек для образования нулевой точки звезды в схеме соединений выполнено двумя соединительными муфтами 27, в которых концы кабелей 11 спрессованы и запаяны. Устройство соединительных муфт показано на фиг.6. Муфты герметично изолированы на поверхности термоусаживающимися перчатками 28.

Коробки выводов 22 и 25 выполнены в морском брызгозащищенном исполнении. Внутренние поверхности металлических частей покрыты высокотемпературным влагостойким лаком, что исключает снижение сопротивления электроизоляции быстроразъемных соединений на корпус под действием влаги в коробке выводов в условиях высокой влажности.

В кристаллизаторе - ЭМП с питанием от двухфазного источника питания число катушек равно четырем, катушки А1 и А2 подключены к фазе А, катушки В1 и В2 - к фазе В. Число быстроразъемных соединений в коробке 25 равно четырем, а нулевая точка в схеме отсутствует.

После комплектации (сборки) кристаллизатора - ЭМП указанными выше конструктивными элементами он устанавливается на ручей МНЛЗ и работает следующим образом. При подаче напряжения на катушки 17 от источника питания в рабочем пространстве, ограниченном рабочими стенками 12, возбуждается вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой во вращательное движение столб жидкого металла в кристаллизаторе. При этом достигается выравнивание температур, под действием центробежных сил неметаллические включения отжимаются к центру заготовки, в результате улучшается удаление неметаллических включений, газовых пузырей и достигаются другие технологические эффекты, обеспечивающие улучшение качества заготовок.

Через определенное число плавок, отлитых на МНЛЗ, рабочие стенки 12 кристаллизатора - ЭМП изнашиваются, кристаллизатор демонтируют с МНЛЗ и отправляют в ремонт. При демонтаже кристаллизатора - ЭМП в коробке выводов 25 отсоединяют гибкие питающие кабели 26. Применение в коробке выводов быстроразъемных соединений обеспечивает сокращение времени простоя МНЛЗ при замене кристаллизатора - ЭМП, тем самым повышается производительность МНЛЗ. На участке ремонта отсоединяют гибкие кабели 11 электропитания катушек от зажимов быстроразъемных соединений 23, концы гибких кабелей 11 помещают в отсеки 7, задвигают стенки 9 и закрывают крышки 8 для предотвращения случайного повреждения кабелей 11. После этого четыре стенки 2, 3, 4 и 5 в сборе вынимают из рамы кристаллизатора, снимают крепления 13, а в отделенных друг от друга стенках, не извлекая катушек 17 из окон корпусов 14, отсоединяют плиты 15, которые вместе с закрепленными на них рабочими стенками 12 отправляют на переточку рабочих стенок. Выполнение рабочих стенок 12 закрепленными на плитах 15 образует достаточно жесткую конструкцию, позволяющую при переточке рабочих стенок 12 в сборе с плитой 15 достигнуть требующуюся точность переточки рабочих плит 12 при уменьшенной в допустимых пределах толщине рабочих стенок 12. Это обеспечивает снижение экранирования магнитного поля, тем самым сокращается расход электроэнергии.

Изобретение относится к металлургии, а именно к машинам непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с электромагнитным воздействием на металл. Рабочие стенки кристаллизатора закреплены на отдельно отсоединяемых от корпусов кристаллизатора плитах из немагнитной стали, а выводные провода каждой катушки проложены в установленную на наружной стороне крышки водобрызгозащищенную коробку выводов и подключены к зажимам уложенных в коробку быстроразъемных соединений, к другим зажимам которых присоединены гибкие кабели электропитания катушек, проложенные в отсеках и пазах водобрызгозащищенного канала, выполненного в стенках водоохлаждаемой рамы по всему периметру кристаллизатора, а на выходе канала закреплена водобрызгозащищенная коробка выводов, в которой установлены быстроразъемные соединения с подключенными к их зажимам кабелями электропитания катушек и кабелями, подводящими электропитание к кристаллизатору. Изобретение позволяет сократить потребление электроэнергии, увеличить производительность МНЛЗ, сократить время разборки для переточки рабочих стенок, увеличить надежность в эксплуатации. 6 ил.

Кристаллизатор - электромагнитный перемешиватель металла, содержащий водоохлаждаемую раму, установленные в ней рабочие стенки из меди или ее сплава, закрепленные в корпусах из ферромагнитной стали, установленные в корпусах катушки с сердечниками и состыкованными с ними под прямым углом крышками толщиной 0,5-0,8 от толщины сердечника из ферромагнитной стали, причем катушки вставлены снаружи в выполненные в корпусах окна до упора крышек катушек в стенки корпусов, отличающийся тем, что рабочие стенки кристаллизатора закреплены на отдельных, отсоединяемых от корпусов, плитах из немагнитной стали, а выводные провода каждой катушки проложены в установленную на наружной стороне крышки водобрызгозащищенную коробку выводов и подключены к зажимам уложенных в коробку быстроразъемных соединений, к другим зажимам которых присоединены гибкие кабели электропитания катушек, проложенные в отсеках и пазах водобрызгозащищенного канала, выполненного в стенках водоохлаждаемой рамы по всему периметру кристаллизатора, а на выходе упомянутого канала закреплена водобрызгозащищенная коробка выводов, в которой установлены быстроразъемные соединения с подключенными к их зажимам гибкими кабелями электропитания катушек и кабелями, подводящими электропитание к кристаллизатору.