УСТАНОВКА ДЛЯ ИНДУЦИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ В РАСПЛАВЛЕННОМ МАТЕРИАЛЕ Российский патент 2016 года по МПК F27D27/00 F27B3/19 

Настоящее изобретение относится к установке для индуцирования течения в электропроводящем расплавленном материале. В частности, изобретение относится к установке, содержащей печь, имеющую окно, и прикрепленный к окну электромагнитный индукционный узел, который в первом режиме может быть использован для перемешивания расплавленных материалов внутри камеры печи, а во втором режиме - для выдачи расплавленного материала из камеры печи через отверстие для разлива или для иных целей. Изобретение относится также к способу работы такой установки.

По всему данному описанию, включая пункты формулы изобретения, ссылки на "расплавленный материал" следует понимать как ссылку на электропроводящий расплавленный материал, если специально не оговорено иное. Далее, ссылки на "металл", включая "расплавленный металл", следует понимать как окружающие сплавы, которые могут включать в себя неметаллические материалы или добавки, при условии, что весь материал в целом остается электропроводящим.

Известно обеспечение печей для плавки и очистки металлических материалов, включая алюминий или другие материалы. Кроме того, печи используются также для переработки металлолома. Поверхности печи или другой установки, которые находятся в контакте с расплавленным материалом или погружены в него, обычно выполняются из огнеупорного материала или покрыты им. В этом смысле огнеупорным материалом может быть любой подходящий материал, который является химически и физически устойчивым к высоким окружающим температурам и который по существу не повреждается этим расплавленным материалом.

Общепринято, что процесс плавки и очистки может быть улучшен перемешиванием расплавленного металла в камере печи. Перемешивание расплавленного металла распределяет тепло по металлу более равномерно и таким образом улучшает эффективность процесса. Если в находящийся в печи расплав вводятся дополнительные твердые материалы, такие как металлолом для его переработки и/или какие-либо добавки, то перемешивание может способствовать более быстрому смешиванию твердого материала с расплавом.

Известно обеспечение размешивающего устройства в виде электромагнитного индукционного узла (типа линейного индукционного электродвигателя), размещенного под печью в горизонтальной плоскости, смежной с донной стенкой печи. Созданное индукционным узлом магнитное поле воздействует через относительно толстую стальную пластину и внутреннюю огнеупорную футеровку дна печи, медленно размешивая расплавленный материал в горизонтальной плоскости, "пытаясь" равномерно распределить тепло по расплаву. Однако считается, что такая операция с расплавленным материалом может иметь недостатки, по крайней мере, в некоторых приложениях. Например, когда в печь поверх расплава производится ввод дополнительных отходов металлического материала или легирующих добавок, таких как кремний, то действие перемешивания, обеспечиваемое электромагнитным индукционным узлом, не сильно способствует равномерному перемешиванию новых отходов металлического материала или добавок в расплаве. Часто отходы металлического материала (лом) и/или добавки являются совсем легкими (особенно кремниевые добавки), и при их круговом помешивании в горизонтальной плоскости они будут просто плавать на поверхности расплава, а не, например, увлекаться вниз в расплавленный металл, где они могут быть расплавлены и смешаны гораздо более быстро и эффективно. Опять же, отходы металлического материала с большим отношением площади поверхности к массе (например, измельченные алюминиевые банки из-под напитков) будут просто плавать на поверхности расплава и окажутся окисленными, прежде чем погрузятся в ванну, чтобы расплавиться и эффективно использоваться повторно.

Далее, для того чтобы перемешивать металл, необходимо, чтобы индукционный узел обеспечивал магнитное поле с глубоким проникновением, которое проходит сквозь конструкцию печи, чтобы проникнуть в находящийся в печи расплавленный материал. Это требует, чтобы индукционное устройство работало при очень низких частотах, обычно 1 Гц или менее. Следовательно, скорость перемешивания относительно мала.

Заявитель в публикации WO 03/106668 предложил устанавливать электромагнитный индукционный узел на нижнюю наклонную стенку окна печи, чтобы инициировать в находящемся в камере печи расплавленном материале течение, имеющее как вертикальную, так и горизонтальную составляющую. Такая конфигурация может быть использована для способствования тому, чтобы увлекать материалы металлолома или добавки вниз в расплавленный материал, чтобы облегчить перемешивание. Как описано далее, электромагнитный индукционный узел устанавливает в камере печи круговое течение материала, создавая в расположенном с одного конца окне ток материала, направленный вниз. Поскольку электромагнитное поле не должно проникать в расплавленный материал так же глубоко, как в ранее известных конфигурациях, то можно использовать электромагнитный индукционный узел, способный работать на частотах вплоть до 60 Гц, но который дает менее "глубокое" магнитное поле. Это имеет преимущество, поскольку дает возможность достичь относительно высоких скоростей течения, что ведет к повышенной "гибкости" перемешивания.

Известно также использование индукционного узла, установленного на нижнюю наклонную стенку окна печи для возбуждения течения, направленного вверх, с тем, чтобы извлечь расплавленный металл из камеры печи для разливки. Для того чтобы создать течение, индуцированные в расплавленном металле направленные вверх силы должны преодолеть сопротивление трения и гравитационные силы. В известных конфигурациях это требует использования канальной пластины, постоянно зафиксированной в тугоплавкой футеровке нижней стенки камеры, чтобы вдоль окна, смежного с индукторной установкой, определить ограниченный канал, через который посредством индукционного узла расплавленный металл может быть подкачан к подающему разливочному желобу. Обычная известная конфигурация проиллюстрирована на фиг. 1, которая показывает сечение одного конца печи 1, имеющей камеру 2 и окно 3 выдачи, ведущее к подающему разливочному желобу или лотку 4. Индукционный узел 5 прикреплен к внешней стороне нижней наклонной стенки 6 окна, а канальная пластина 7, выполненная из огнеупорного материала, постоянно зафиксирована в футеровке нижней стенки, определяя узкий ограниченный канал 8. Индукционный узел 5 работает таким образом, чтобы в канале 8 индуцировать направленный вверх поток расплавленного металла так, чтобы расплавленный металл подкачивался из камеры 2 печи в подающий разливочный желоб 4.

Обе известные конфигурации работают хорошо, но, насколько известно заявителю, до сих пор не разработано никаких известных конфигураций, которые позволяли бы использовать установленный на окне печи индукционный узел по выбору - как для перемешивания расплавленного металла в камере печи, так и как насос - для выдачи расплавленного металла из камеры печи через окно. Это так, поскольку, когда канальная пластина находится в своем положении, индукционный узел не может установить циркуляцию расплавленного металла в камере печи, чтобы выполнять эффективное перемешивание, в то время как, если канальная пластина отсутствует, индукционный узел не может индуцировать направленный вверх поток расплавленного металла в окне, чтобы управляемым образом выкачивать расплавленный металл из камеры печи в подающий разливочный желоб. Соответственно, известные конфигурации устанавливаются либо на перемешивание, либо на выдачу, но не на и то и другое. До тех пор, пока в печи не будет возможно выполнить два окна, каждое из которых имеет индукционный узел, и не настроить одно окно таким образом, чтобы индукционный узел работал на перемешивание металла в камере печи, в другое настроить как окно выдачи, это будет значительно увеличивать стоимость установки, и она вообще будет невозможна там, где пространственные ограничения не допускают использование второго окна.

Целью изобретения является обеспечить улучшенную установку для индуцирования течения в электрически проводящем расплавленном материале, которая устраняет или, по крайней мере, нивелирует недостатки известных конфигураций.

Следующей целью изобретения является обеспечить улучшенную установку, содержащую печь, имеющую окно и прикрепленный к окну электромагнитный индукционный узел, который в первом режиме может быть использован для перемешивания расплавленного материала внутри камеры печи, а во втором режиме - для выдачи расплавленного материала из камеры печи через окно для разливки или для иных целей.

Следующей целью изобретения является обеспечить улучшенный способ работы такой установки.

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения предложена установка для индуцирования течения в расплавленном материале, установка содержит печь, имеющую камеру печи, окно, находящееся в соединении по текучей среде с камерой печи и имеющее нижнюю наклонную стенку, двунаправленный индукционный узел, прикрепленный к нижней наклонной стенке окна для индуцирования течения в расплавленном материале в окне, узел огнеупорной канальной пластины, по выбору позиционируемый в окне, чтобы определять для расплавленного материала канал течения выдачи между узлом канальной пластины и нижней наклонной стенкой, приводное устройство для перемещения узла канальной пластины в окно и из окна, систему управления для управления приводной системой, при этом система управления включает в себя сенсорную систему для измерения уровня расплавленного материала в окне и систему обратной связи для обеспечения информации относительно положения узла канальной пластины.

Установка в соответствии с первым объектом изобретения может работать в режиме перемешивания, чтобы перемешивать расплавленный материал в камере печи или в режиме выдачи, в котором расплавленный материал вытягивается из камеры печи через окно для разливки или для других целей. В режиме перемешивания узел канальной пластины извлечен из окна, а индукционный узел работает в первом направлении так, чтобы индуцировать направленное вниз течение расплавленного материала от окна в камеру печи. В режиме выдачи индукционный узел работает во втором, обратном направлении так, чтобы индуцировать течение расплавленного материала, направленное вверх от камеры печи вдоль нижней стенки окна, а узел канальной пластины постепенно, до тех пор, пока производится выдача, посредством приводной системы, работающей под управлением от системы управления, вводится в окно таким образом, что между узлом канальной пластины и нижней наклонной стенкой окна образуется канал выдачи, через который может протекать материал для выхода из окна. Система управления регулирует приводную систему в ответ на информацию от сенсорной системы и системы обратной связи таким образом, чтобы в расплавленный материал была погружена только область переднего края узла канальной пластины, причем по мере того, как падает уровень расплавленного материала, узел канальной пластины продвигается в окно дальше, чтобы удерживать область переднего края погруженной в расплавленный материал.

Система управления может быть сконфигурирована для непрерывного продвижения узла канальной пластины в окно в ответ на падение уровня расплавленного материала, как оно детектировано сенсорной системой, для удержания области переднего края погруженной в расплавленный материал на по существу необходимую глубину D погружения.

Альтернативно, система управления может быть сконфигурирована для инкрементального, дискретными шагами продвижения узла канальной пластины в окно в ответ на падение уровня расплавленного материала, как оно детектировано сенсорной системой, для поддержания области переднего края погруженной в расплавленный материал. Система управления может быть сконфигурирована на включение приводной системы для продвижения узла канальной пластины до тех пор, пока область переднего края не окажется погруженной на предопределенную среднюю глубину D погружения плюс смещение Х, а затем - для удержания узла канальной пластины неподвижным, причем система управления является сконфигурированной на последующее повторное включение приводной системы, когда глубина погружения упадет до величины D-Х, для дальнейшего продвижения узла канальной пластины до тех пор, пока глубина погружения не вернется к величине D+Х, и на повторение последовательного пошагового продвижения до тех пор, пока выдача не завершится.

Область переднего края узла канальной пластины может быть полностью выполнена из огнеупорных материалов. Узел канальной пластины может содержать опорную структуру, выполненную из неогнеупорных материалов, к которым прикреплены огнеупорные материалы с образованием области переднего края и нижней поверхности, которая определяет канал течения выдачи. Опорная структура может быть выполнена из металла, такого как сталь. Опорная структура может содержать установочную пластину, к которой прикреплены тугоплавкие материалы. Опорная структура может быть ламинирована и может содержать множество скрепленных вместе продольных стальных полосок. Эти полоски могут быть выполнены из стали и могут быть сварены одна с другой. Огнеупорные материалы могут содержать множество огнеупорных пластинчатых секций, прикрепленных к опорной структуре, включая переднюю пластинчатую секцию, участок которой продолжается за опорную структуру и образует область переднего края узла канальной пластины. Тот участок передней пластинчатой секции, который продолжается за опорную структуру, на своей возвышенной поверхности может иметь вертикальное ребро, которое упирается в опорную структуру. Это ребро может быть прикреплено к опорной структуре.

Нижняя поверхность узла канальной пластины, которая противостоит нижней стенке окна, может быть профилирована, определяя канал течения выдачи. Нижняя поверхность узла канальной пластины может быть профилирована, определяя паз, идущий вдоль длины узла канальной пластины.

Узел канальной пластины может быть прикреплен к опоре с возможностью движения в окно и из окна. Эта опора может быть сконфигурирована для удержания узла канальной пластины в ориентации ввода, при которой нижняя поверхность узла канальной пластины выставлена по существу параллельно нижней наклонной стенке окна для ввода в окно. Эта опора может быть подвижной таким образом, чтобы, когда узел канальной пластины вытянут из окна, он мог бы быть уведен от ориентации ввода. Эта опора может включать в себя сдвижную рейку и прикрепленный к сдвижной рейке сдвижной узел для перемещения вдоль рейки, причем узел канальной пластины прикреплен к сдвижному узлу или образует его часть. Сдвижная рейка может быть прикреплена с возможностью поворота к неподвижной опорной рамке с возможностью перемещения между наклонным положением, в котором она удерживает узел канальной пластины в ориентации ввода, и вертикальным положением.

Приводная система может быть установлена на опору.

Приводная система может содержать исполнительный механизм шарового винта.

Приводная система может содержать цепной приводной механизм.

Система для измерения уровня расплавленного материала может содержать лазерную измерительную систему.

Система управления может содержать блок программного управления, имеющий центральный процессор и память.

Печь может быть печью для разливки металла.

В соответствии со вторым объектом изобретения предложен способ работы установки в соответствии с первым объектом изобретения, этот способ включает в себя работу установки, по выбору, в любом одном из режимов: в режиме перемешивания - для перемешивания расплавленного материала в печи, или в режиме выдачи - для выдачи расплавленного материала из печи через окно.

Когда установка работает в режиме перемешивания, способ может включать в себя работу индукционного узла в первом направлении, так чтобы индуцировать направленное вниз течение расплавленного материала от окна в камеру печи, при том что узел канальной пластины из окна вытянут.

Когда установка работает в режиме выдачи, способ может включать в себя работу индукционного узла во втором направлении, так чтобы индуцировать течение расплавленного материала, направленное вверх от камеры печи вдоль нижней стенки окна, и использование приводной системы под управлением системы управления для продвижения узла канальной пластины в окно таким образом, чтобы в расплавленный материал была погружена только область переднего края этого узла канальной пластины.

Способ может включать в себя продвижение узла канальной пластины в окно непрерывно по мере того как падает уровень расплавленного материала, так чтобы удерживать область переднего края погруженной в расплавленный материал по существу на необходимую глубину D погружения.

Альтернативно, способ может включать в себя продвижение узла канальной пластины, по мере того, как падает уровень расплавленного материала инкрементально, дискретными шагами. Способ может включать в себя сначала продвижение узла канальной пластины от вытянутого положения до тех пор, пока передний край не погрузится на предопределенную среднюю глубину D погружения плюс смещение Х, и удержание узла канальной пластины неподвижным по мере того, как выдается расплавленный материал, продвигая узел канальной пластины дальше, как только глубина погружения упадет до величины D-Х, до тех пор, пока глубина погружения не вернется к величине D+Х, и вновь удерживая узел канальной пластины неподвижным. Способ может включать в себя повторение последовательности пошагового продвижения до тех пор, пока выдача не завершится.

Далее посредством неограничивающего примера будут описаны несколько вариантов исполнения настоящего изобретения со ссылками на оставшиеся сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 2А-2D - подобие серии схематичных видов сечения части установки в соответствии с настоящим изобретением, последовательно иллюстрирующих, каким образом узел канальной пластины вдвигается в окно, когда установка используется в режиме выдачи;

фиг. 3 представляет собой вид в перспективе снизу на одну сторону сдвижного узла, образующего часть устройства по фиг.2А-2D;

фиг. 4 представляет собой вид в перспективе сверху на одну сторону сдвижного узла по фиг. 3;

фиг. 5 представляет собой вид сбоку узла канальной пластины, образующего часть сдвижного узла по фиг. 3 и 4;

фиг. 6 представляет собой вид со стороны торца узла канальной пластины по фиг. 5;

фиг. 7 представляет собой вид в плане сверху узла канальной пластины по фиг. 5;

фиг. 8А-8D - подобие серии схематичных видов части установки по фиг. 2А-2D, последовательно иллюстрирующих первый способ перемещения внутрь узла канальной пластины в окно, когда установка используется в режиме выдачи;

фиг. 9А и 9В - подобие серии схематичных видов части установки по фиг. 2А-2D, последовательно иллюстрирующей второй способ перемещения внутрь узла канальной пластины в окно, когда установка используется в режиме выдачи;

фиг. 10 представляет собой вид в перспективе части установки в соответствии со следующим вариантом исполнения настоящего изобретения; и

фиг. 11 и 12 подобны фиг. 5 и 7, но показывают измененный узел канальной пластины.

Установка 10 в соответствии с настоящим изобретением включает в себя печь 12, имеющую главную камеру 14 печи и окно 16, находящееся в соединении по текучей среде с главной камерой 14 печи. В этом варианте исполнения печь 12 образует часть установки для разливки металла и может быть любого подходящего типа. Окно имеет доступ сверху и может быть использовано для ввода в печь материала, такого как добавки и/или отходы металлов. Кроме того, это окно может быть использовано для выдачи расплавленного металла из камеры печи на разливку.

Окно 16 имеет нижнюю наклонную стенку 18, ведущую к канальному элементу 20 в верхнем конце окна 16. На практике подсоединением дополнительных канальных элементов канальный элемент может быть продолжен наружу, образовывая выпускной желоб, который может быть подающим разливочным желобом. В сечении окно 16 обычно выполнено в виде прямоугольного треугольника, при этом нижняя наклонная стенка 18 наклонена к вертикальной торцевой стенке 22 печи приблизительно под углом 55°. Однако нет необходимости выполнять окно в виде прямоугольного треугольника, и угол наклонной стенки может изменяться так, чтобы соответствовать конкретному применению и может быть, например, в диапазоне от 30 до 66°.

Главная камера 14 печи, окно 16 и канальный элемент 20 - все они в тех местах, где соприкасаются с расплавленным металлом, известным способом облицованы огнеупорными материалами. Могут быть использованы любые огнеупорные материалы в зависимости от природы расплавляемого материала и достигаемых температур. Огнеупорные материалы, образующие нижнюю наклонную стенку окна и канальный элемент, могут быть профилированы, определяя канал, через который могут протекать расплавленные материалы, когда установка используется в режиме выдачи.

Установка включает в себя электромагнитный индукционный узел 24 (в виде линейного индукционного электродвигателя), прикрепленный к нижней наклонной стенке 18 окна 16 для индуцирования в расплавленном металле течения в окне 16 и в узле 26 канальной пластины, который может быть выборочно вытянут из окна, как это показано на фиг. 2А и 8А, или введен в окно, чтобы вместе с нижней наклонной стенкой 18 определять канал 28 выдачи, как это показано на фиг. 2В-2D, фиг. 8В-8D и на фиг. 9А и 9В.

Индукционный узел 24 может называться индукционным перемешивающим устройством или индукционным побудительным устройством, поскольку основным его назначением является сообщение движения текучему металлу в печи и/или в окне. Хотя при этом будет выделено некоторое количество тепла, оно не является первичной целью индукционного узла, и этот индукционный узел не является индукционным нагревательным устройством как таковым.

Индукционный узел 24 является двунаправленным и может работать в первом направлении, индуцируя при этом в окне 16 действующую на металл направленную вниз силу, чтобы установить ток материала в направлении вниз вдоль нижней наклонной стенки окна и внутрь главной камеры 14 печи, как показано на фиг. 8А стрелками А. При вытянутом узле 26 канальной пластины направленное вниз течение металла от окна в главную камеру устанавливает круговое течение материала в печи для перемешивания этого материала в главной камере. Когда установка сконфигурирована на режим выдачи, индукционный узел 24 работает в обратном направлении для возбуждения действующей на расплавленный металл в окне силы, направленной вверх. Используемый совместно с узлом 26 канальной пластины, который постепенно вводится в окно, определяя канал 28 выдачи, этот режим устанавливает течение расплавленного металла от главной камеры 14 печи через канал 28 выдачи к выпускному канальному элементу 20, как показано на фиг. 8В-8D, 9А и 9В.

Узел 26 канальной пластины прикреплен к сдвижному узлу 30, который сам установлен подвижно на опорном узле 32. Этот опорный узел 32 включает в себя неподвижную рамку 34, имеющую два удаленных друг от друга вертикальных элемента 36 (виден только один из них), расположенных смежно с вертикальной стенкой 22 печи. К каждому из вертикальных элементов 36 жестко прикреплен опорный кронштейн 38 (виден только один из них), который выступает от печи вперед. По своим удаленным концам опорные кронштейны 38 взаимно соединены между собой поперечным элементом 40.

Опорный узел 32 включает в себя также сдвижную (скользящую) рейку 42, которая на своем нижнем конце прикреплена - с возможностью поворота - к неподвижной опорной рамке 34 в положении между двумя вертикальными элементами 36. Эта сдвижная рейка 42 может перемещаться из своего наклонного положения, как показано на фиг. 2А-2D, в вертикальное положение (не показано). В наклонном положении верхний конец сдвижной рейки 42 опирается на рамочный поперечный элемент 40. Когда сдвижная рейка в наклонном положении, сдвижной узел 30 и узел 26 канальной пластины удерживаются в соответствующем положении и ориентации таким образом, чтобы узел канальной пластины мог вдвигаться в окно 16 и выдвигаться из окна по существу параллельно нижней наклонной стенке 18. Однако, когда узел 26 канальной пластины выдвинут полностью, сдвижная рейка 42 может быть поднята в вертикальное положение, чтобы отодвинуть сдвижной узел и узел канальной пластины от окна, делая доступ к окну более легким. Перемещение сдвижной рейки 42 между наклонным и вертикальным положениями управляется тросом 44, прикрепленным к верхнему концу сдвижной рейки, и который намотан на барабан 46, приводимый посредством электродвигателя 47, установленного на один или на оба вертикальных элемента 36 опорной рамки.

В некоторых применениях может быть не необходимо или не желательно поворачивать сдвижную рейку 42 между вертикальным и наклонным положениями. В этом случае устройство 44, 46, 47 намотки троса может быть исключено, а сдвижная рейка 42 может удерживаться в наклонном положении, в котором сдвижной узел 30 и узел 26 канальной пластины выставлены для перемещения в окно и из окна, используя упрощенную статическую опорную рамку 34' для поддержки области верхнего конца сдвижной рейки 42, как показано на фиг. 10. Конструкцию узла 26 канальной пластины и сдвижного узла 30 лучше всего можно видеть на фиг. 3-7. Узел 26 канальной пластины на своей верхней поверхности имеет металлический опорный остов 48, который не соприкасается с расплавленным металлом в окне. Этот остов включает в себя приподнятый установочный участок 48а, предназначенный для присоединения к сдвижному узлу 30, и установочный участок 48b. К установочной секции 48b остова 48 прикреплен ряд пластинчатых секций 50, которые выполнены из соответствующего огнеупорного материала и которые определяют непрерывную нижнюю поверхность пластины, которая соприкасается с расплавленным металлом в окне. Огнеупорные пластинчатые секции 50 имеют профилированные соединительные края 52, предназначенные для предотвращения или ограничения прохождения между ними расплавленного металла. Как лучше всего можно видеть на фиг. 6, передние или нижние поверхности огнеупорных пластинчатых секций являются профилированными, имеющими центральный паз 54, расположенный между двумя боковыми областями 56, которые касаются огнеупорной облицовки на нижней наклонной стенке 18 окна или расположены очень близко к ней. Центральный паз 54 вместе с огнеупорной облицовкой нижней наклонной стенки, которая также может быть профилированной, определяет канал 28 выдачи для расплавленного металла. Форма и размер центрального паза 54 способствует установке скорости течения расплавленного металла, когда он выдается из печи, и могут быть соответствующим образом профилированы. Для увеличения магнитного поля внутри паза в окружающий центральный паз 54 огнеупорного материала могут быть введены металлические вставки.

В настоящем варианте исполнения узел 26 канальной пластины имеет три огнеупорные пластинчатые секции, но количество секций может изменяться в зависимости от любого конкретного применения. Огнеупорная пластинчатая секция 50 на переднем конце узла 26 канальной пластины выступает вперед за металлический остов, определяя область 58 переднего конца узла канальной пластины, которая полностью образована из огнеупорных материалов и которая может быть погружена в расплавленный металл в окне.

Сдвижной узел 30 включает в себя трубчатый сдвижной элемент 60, который располагается около сдвижной рейки 42 опорного узла, чтобы перемещаться вдоль этой сдвижной рейки. Сдвижной элемент 60 для контакта со сдвижной рейкой может быть оснащен роликами или иными устройствами с низким трением, чтобы этот сдвижной элемент 60 мог легко двигаться вдоль сдвижной рейки 42. В настоящем варианте исполнения и сдвижная рейка 42, и сдвижной элемент в своем сечении являются прямолинейными, так что сдвижной элемент не вращается вокруг сдвижной рейки и удерживает узел 26 канальной пластины в необходимой ориентации. Из сдвижного элемента выступает пара поперечин 62, к которым прикреплен выступающий установочный участок 48а рамки узла канальной пластины. Узел 26 канальной пластины может быть выполнен как единая целая часть сдвижного узла.

Установка 10 имеет приводную систему 64 для перемещения сдвижного узла 30 вдоль сдвижной рейки 42 и, следовательно, перемещения узла 26 канальной пластины относительно окна 16. Может использоваться любая приводная система, но в настоящем варианте исполнения эта приводная система содержит исполнительный механизм винтового типа, имеющий ведущий винт 66, который приводится от электродвигателя 68 через редуктор. Электродвигатель и редуктор 68 установлены на верхнем конце сдвижной рейки, а ведущий винт продолжается параллельно сдвижной рейке, при этом его нижний конец, заключенный в подшипник 70, зафиксирован относительно нижнего конца сдвижной рейки. Ведущий винт 66 проходит через приводной блок 72 шариковой гайки, прикрепленный к сдвижному узлу таким образом, что вращательное движение винта преобразуется в линейное перемещение сдвижного узла вдоль сдвижной рейки 42. В альтернативном варианте исполнения для перемещения сдвижного узла 30 вдоль сдвижной рейки 42 может использоваться цепная приводная система (на фиг. 10 показанная в общем поз. 73). По соображениям безопасности может использоваться двойное цепное приводное устройство, так чтобы сдвижной узел 30 не упал в окно в том случае, если одна из цепей оборвется.

Движение сдвижного узла 30 и, следовательно, узла 26 канальной пластины управляется электронной системой управления 74, которая включает в себя программируемый блок управления 76, имеющий центральный процессор и память. Система управления содержит датчик 78 для измерения уровня Н расплавленного материала в печи и, в частности, в окне, и для обеспечения входного сигнала в блок управления, представляющего собой уровень Н материала. Может использоваться любая подходящая конфигурация датчика, но в настоящем варианте исполнения датчик 78 является лазерным датчиком, который измеряет расстояние от известной опорной точки до верхней части расплавленного металла в окне. Могут использоваться другие измерительные системы, которые могут включать в себя оптические, механические или ультразвуковые устройства. Система управления для подачи информации в блок управления 76 использует также схему обратной связи, которая учитывает положение узла канальной пластины. Она может включать использование в системе привода одного или большего количества кодирующих устройств, но может использоваться любая подходящая система обратной связи. Блок управления 76 может составлять часть общего блока управления печи, или же он может быть отдельным от других систем управления печи.

Теперь будет описана работа установки 10.

Для использования в режиме перемешивания, чтобы перемешивать расплавленный материал в камере 14 печи, узел 26 канальной пластины вытягивается из окна 16, как показано на фиг. 8А. Индукционный узел 24 включен для работы в первом направлении, так чтобы индуцировать направленное вниз течение расплавленного материала вдоль нижней наклонной стенки 18 внутрь главной камеры 14 печи. Это устанавливает круговое течение расплавленного материала в камере печи, как показано на фиг. 8А стрелками А.

Когда необходимо выдать расплавленный материал из печи, например, с целью разливки, установка 10 может быть включена для работы в режиме выдачи. В режиме выдачи индукционный узел 24 включен для работы в обратном направлении так, чтобы возбудить направленное вверх течение расплавленного материала из камеры 14 печи вдоль нижней стенки окна, а узел 26 канальной пластины введен в окно, определяя канал 28 выдачи. Сначала узел 26 канальной пластины будет полностью вытянут, и система управления 74 активизирует привод 64, для того, чтобы подавать узел 26 канальной пластины в окно только лишь до тех пор, пока область 58 переднего края узла канальной пластины не погрузится в расплавленный материал на предопределенную глубину D. Обычно нижняя наклонная стенка 18 окна продолжается вверх над уровнем расплавленного материала таким образом, что между узлом 26 канальной пластины и нижней наклонной стенкой, преимущественно, над уровнем Н расплавленного материала определяется канал 28 выдачи, через который расплавленный материал индукционным узлом 24 принуждается заходить в канальный элемент 20. По мере того как уровень Н расплавленного материала падает, система управления 74 подает узел 26 канальной пластины вперед таким образом, чтобы часть области 58 переднего края оставалась погруженной в расплавленный материал до тех пор, пока процесс выдачи не завершится.

Если разрешение приводной системы 64 позволяет, то система управления 74 может быть сконфигурирована для перемещения узла 26 канальной пластины пропорционально падению уровня Н расплавленного материала, так чтобы область 58 переднего края поддерживалась на по существу постоянной глубине D погружения в течение всего процесса выдачи. Это проиллюстрировано на фиг. 8В-8D.

Альтернативно, система управления 74 может быть сконфигурирована для подачи узла 26 канальной пластины вперед инкрементально с дискретными шагами. В одном варианте исполнения, который проиллюстрирован на фиг. 9А и 9В, система управления активизирует приводную систему 64 на подачу узла 26 канальной пластины до тех пор, пока область 58 переднего края не погрузится на предопределенную среднюю глубину D погружения плюс смещение Х. После этого во время продолжения выдачи узел 26 канальной пластины удерживается неподвижно до тех пор, пока глубина погружения не упадет до величины D-Х. Затем система управления вновь включает приводную систему 64 на подачу узла канальной пластины до тех пор, пока глубина погружения не вернется к величине D+Х. Эта пошаговая последовательность подачи повторяется до тех пор, пока выдача не завершится. Средняя глубина D погружения и смещение Х могут быть вычислены таким образом, чтобы соответствовать любой конкретной установке в зависимости от требований к разливке и физической геометрии установки. В одном варианте исполнения D имеет диапазон от 150 мм до 380 мм, а Х имеет диапазон от 40 мм до 60 мм,

Установка и способы в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают универсальную систему, в которой установленный на нижней наклонной стенке окна печи индукционный узел может эффективно использоваться либо для перемешивания расплавленных материалов в печи, либо для выкачивания материала из окна для разливки или в других целях. Поскольку в расплавленный материал погружена только область переднего края узла канальной пластины, то только область переднего края должна быть полностью выполнена из огнеупорного материала. Остальная часть узла канальной пластины может быть снабжена огнеупорной облицовкой, нанесенной на металлическую опорную конструкцию. Это имеет наивысшую конструктивную целостность по сравнению с пластиной, полностью выполненной из огнеупорных материалов, допуская использование меньших огнеупорных секций и более легкое техническое обслуживание.

Фиг. 11 и 12 иллюстрируют модифицированный узел 26' канальной пластины, который может быть использован в установке в соответствии с настоящим изобретением. Узел 26' канальной пластины является по существу тем же самым, что и ранее описанный узел 26 канальной пластины, так что подробно будут описаны только их различия.

В модифицированном узле 26' канальной пластины установочный участок 48b' остова, к которому прикреплены огнеупорные пластинчатые секции, выполнен в виде ламинированной установочной пластины 80. Ламинированный пластинчатый элемент 80 образован из ряда сваренных вместе продольных стальных полосок 82. В данном случае на пластинчатом элементе 80 пять полосок 82, но может быть больше или меньше чем пять - сколько необходимо. При испытаниях было показано, что использование ламинированного стального пластинчатого элемента 80, а не одной сплошной установочной пластины или установочной рамки, увеличивает магнитное поле, создаваемое индукционным узлом 24. Не желая быть ограниченным какой-либо конкретной теорией, - считается, что конструкция ламинированной пластины "работает" на увеличение магнитного поля таким же образом, что и сердечник трансформатора.

В модифицированном узле 26' канальной пластины передняя огнеупорная пластинчатая секция 50' выступает за конец остова 48' дальше, чем в предшествующем варианте исполнения 30, а сам остов 48' - соответственно короче. Передний участок края передней огнеупорной пластинчатой секции 50', который выступает за опорный остов 48', имеет центральное клинообразное ребро 84, в своей задней или более высокой поверхности продолжающееся вертикально вверх. Задний конец ребра 84 упирается в передний конец поднятого установочного участка 48а' остова 48' и прикреплен к нему. Это способствует противостоянию изгибным усилиям, особенно в передней огнеупорной пластинчатой секции 50а'. Ребро 84 является цельной частью передней огнеупорной пластинчатой секции 50а' и выполнено из огнеупорных материалов. В огнеупорные пластины 50' залиты крепежные элементы 86 для крепления этих огнеупорных пластин 50' к остову 48'. Крепежные элементы 86 могут быть в виде стержней, имеющих винтовую резьбу для вставки из через соответствующие отверстия в остове 48'.

Следует заметить, что использованные в модифицированном узле 26' канальной пластины огнеупорные пластинчатые конструкции могли бы быть адаптированы для использования с остовом 48, не имеющим ламинированного пластинчатого элемента 80, и наоборот.

Хотя изобретение было описано относительно того, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом исполнения, следует понимать, что это изобретение не ограничено раскрытыми конфигурациями, а наоборот, - предназначено для того, чтобы включать в себя различные модификации и эквивалентные конструкции, соответствующие сущности и объему изобретения.

Там, где в данном описании используются термины "содержит", "содержал" или "содержащий", их следует интерпретировать как указывающие на присутствие заявленных признаков, целых величин, этапов или компонентов, на которые была сделана ссылка, но не предназначенные для того, чтобы препятствовать присутствию или добавлению одного или большего количества других признаков, целых величин, этапов, компонентов или их групп.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для индуцирования течения электрически проводящего расплавленного материала в печи. Установка содержит камеру печи и окно, находящееся в соединении по текучей среде с камерой печи и имеющее нижнюю наклонную стенку, при этом устройство содержит двунаправленный индукционный узел, прикрепленный к нижней наклонной стенке окна для индуцирования течения расплавленного материала и узел выдвижной канальной пластины, устанавливаемый в окне и выполненный с возможностью образования канала течения выдачи расплавленного материала между упомянутым узлом канальной пластины и нижней наклонной стенкой, при этом она снабжена приводным устройством с системой управления для перемещения узла канальной пластины в окно и выдвигания из окна, включающей датчик для измерения уровня расплавленного материала в окне и систему обратной связи для обеспечения информации относительно положения узла канальной пластины. Изобретение позволяет использовать двунаправленный индукционный узел, который работает в двух режимах - перемешивания расплавленного материала внутри камеры печи и выдачи расплавленного материала из камеры печи через окно для разливки или иных нужд. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для индуцирования течения электрически проводящего расплавленного материала в печи, имеющей камеру печи и окно, находящееся в соединении по текучей среде с камерой печи и имеющее нижнюю наклонную стенку, при этом устройство содержит двунаправленный индукционный узел, прикрепленный к нижней наклонной стенке окна для индуцирования течения расплавленного материала и узел выдвижной канальной пластины, устанавливаемый в окне и выполненный с возможностью образования канала течения выдачи расплавленного материала между упомянутым узлом канальной пластины и нижней наклонной стенкой, отличающееся тем, что оно снабжено приводным устройством с системой управления для перемещения узла канальной пластины в окно и выдвигания из окна, включающей датчик для измерения уровня расплавленного материала в окне и систему обратной связи для обеспечения информации относительно положения узла канальной пластины.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью работы в режиме выдачи расплавленного материала через окно из камеры печи, причем при работе в режиме выдачи система управления сконфигурирована для непрерывного продвижения узла канальной пластины в окно в ответ на падение уровня расплавленного материала, детектированного датчиком, для удержания области переднего края узла канальной пластины погруженным в расплавленный материал на необходимую глубину D погружения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью работы в режиме выдачи расплавленного материала через окно из камеры печи, причем при работе в режиме выдачи, система управления сконфигурирована для постепенного дискретного пошагового продвижения узла канальной пластины в окно в ответ на падение уровня расплавленного материала, детектированного датчиком, для поддержания области переднего края погруженной в расплавленный материал.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что система управления сконфигурирована на включение приводной системы для продвижения узла канальной пластины до тех пор, пока область переднего края не окажется погруженной на предопределенную среднюю глубину D погружения плюс смещение X, а затем - для удержания узла канальной пластины неподвижным, причем система управления является сконфигурированной на последующее повторное включение приводной системы, когда глубина погружения упадет до величины D-X, для дальнейшего продвижения узла канальной пластины, до тех пор, пока глубина погружения не вернется к величине D+X, и на повторение последовательного пошагового продвижения до тех пор, пока выдача не завершится.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что область переднего края узла канальной пластины полностью выполнена из огнеупорных материалов.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что узел канальной пластины содержит опорную структуру, выполненную из неогнеупорных материалов, в частности металла, к которым прикреплены огнеупорные материалы с образованием области переднего края и нижней поверхности, которая образует канал течения для выдачи расплавленного материала.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя поверхность узла канальной пластины, которая противоположна нижней стенке окна, является профилированной для образования канала течения для выдачи материала.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что нижняя поверхность узла канальной пластины является профилированной для образования паза, проходящего вдоль длины узла канальной пластины.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел канальной пластины прикреплен к опоре для движения в окно и из окна.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что опора сконфигурирована для удержания узла канальной пластины в ориентации ввода, при которой нижняя поверхность узла канальной пластины выставлена по существу параллельно нижней наклонной стенке окна для ввода в окно.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что опора является подвижной таким образом, что, когда узел канальной пластины вытягивается из окна, он может быть уведен от ориентации ввода.

12. Устройство по любому из пп. 9-11, отличающееся тем, что опора содержит сдвижную рейку и прикрепленный к сдвижной рейке сдвижной узел для перемещения вдоль рейки, причем узел канальной пластины прикреплен к сдвижному узлу или составляет его часть.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что сдвижная рейка прикреплена поворотно к неподвижной опорной рамке с возможностью перемещения между наклонным положением, в котором она удерживает узел канальной пластины в ориентации ввода, и вертикальным положением.

14. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что приводная система установлена на упомянутую опору.

15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приводная система содержит исполнительный механизм шарового винта.

16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик для измерения уровня расплавленного материала содержит лазерную измерительную систему.

17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления содержит блок программного управления, имеющий центральный процессор и память.

18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что печь представляет собой печь для разливки металла.

19. Способ индуцирования течения электрически проводящего расплавленного материала в печи, имеющей камеру для расплавленного материала и окно, находящееся в соединении по текучей среде с камерой печи и имеющее нижнюю наклонную стенку, с использованием устройства по любому из пп. 1-18, включающий по выбору режим перемешивания расплавленного материала внутри камеры печи или режим выдачи расплавленного материала из камеры печи через окно.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что режим перемешивания осуществляют с помощью упомянутого индукционного узла, позволяющего индуцировать направленное течение расплавленного материала вниз от окна в камеру печи, при условии, что узел канальной пластины из окна вытянут.

21. Способ по п. 19 или 20, отличающийся тем, что режим выдачи осуществляют с помощью упомянутого индукционного узла, позволяющего индуцировать течение расплавленного материала вверх от камеры печи вдоль нижней стенки окна, и используют приводное устройство с системой управления для продвижения узла канальной пластины в окно таким образом, чтобы в расплавленный материал была погружена только область переднего края упомянутого узла канальной пластины.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что осуществляют продвижение узла канальной пластины в окно непрерывно по мере падения уровня расплавленного материала с удерживанием области переднего края погруженной в расплавленный материал на необходимой глубине D погружения.

23. Способ по п. 21, отличающийся тем, что осуществляют продвижение узла канальной пластины по мере падения уровня расплавленного материала, постепенно дискретными шагами.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что сначала осуществляют продвижение узла канальной пластины от вытянутого положения до погружения ее переднего края на заданную среднюю глубину D погружения плюс смещение X, и удерживают узел канальной пластины неподвижным по мере выдачи расплавленного материала, продвигая узел канальной пластины дальше, как только глубина погружения упадет до величины D-X, до тех пор, пока глубина погружения не вернется к величине D+X, и вновь удерживают узел канальной пластины неподвижным.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что повторяют последовательность пошагового продвижения упомянутого узла пока выдача расплавленного материала не завершится.