Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред Российский патент 2024 года по МПК B22D11/49 B22D11/115 B22D27/02 B01F33/05 B01F33/45 

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, а именно к устройствам, предназначенным осуществлять бесконтактное электромагнитное перемешивание жидких металлов, например, алюминия и его сплавов, сразу в четырех тиглях или в четырех тепловых насадках над кристаллизаторами в машинах непрерывного литья. Предлагаемое устройство также может объединяться с несколькими такими же перемешивателями для осуществления перемешивания жидкого металла во многоручьевой машине непрерывного литья слитков.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности, выбранным за прототип, является устройство для перемешивания электропроводных жидких сред (патент РФ №2270074, опубл. 20.02.2006. Бюл. №5).

Устройство содержит магнитопроводы бегущего поля и вращающегося поля. Магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана, зубцами внутрь устройства. В промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля. Гребенчатые элементы охвачены магнитопроводом вращающегося поля в виде кольцевого сердечника. Кольцевой сердечник охвачен обмотками вращающегося поля, расположенными между гребенчатыми элементами. Между гребенчатыми элементами магнитопроводов в промежутках между обмотками вращающегося поля и тепловым экраном и между кольцевыми обмотками бегущего поля расположен холодильник. Холодильник выполнен в виде гребенчатых элементов, разделенных перегородками.

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность сборки перемешивателя, невысокая производительность и невозможность компактного расположения нескольких перемешивателей на разливочном столе для увеличения числа одновременно отливаемых слитков в машине непрерывного литья.

Техническими результатами предлагаемого устройства являются упрощение его сборки при изготовлении за счет объединения сердечников бегущего и вращающегося поля в один, повышение производительности устройства за счет возможности одним перемешивателем обрабатывать одновременно четыре слитка и возможности компактно размещать несколько перемешивателей на одном литейном столе.

Для достижения этих технических результатов предлагается устройство для перемешивания электропроводных жидких сред, содержащее магнитопроводы и обмотки бегущего и вращающегося полей, тепловой экран и охватывающий магнитопровод вращающегося поля, причем магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана зубцами внутрь устройства, в промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля, а охватывающий магнитопровод имеет форму квадрата, в углах которого находятся четыре тепловых экрана, вокруг них через угловые интервалы в 90° расположены гребенчатые магнитопроводы, имеющие в центральной части с противоположной стороны от зубцов прямоугольные выступы с расположенными на них обмотками вращающегося магнитного поля, при этом гребенчатые магнитопроводы, расположенные по периметру охватывающего магнитопровода, имеют с последним плотный контакт посредством прямоугольных выступов, а гребенчатые противоположно расположенные магнитопроводы, находящиеся внутри, имеют плотный контакт между собой посредством прямоугольных выступов.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что охватывающий магнитопровод имеет форму квадрата, в углах которого находятся четыре тепловых экрана, вокруг них через угловые интервалы в 90° расположены гребенчатые магнитопроводы, имеющие в центральной части с противоположной стороны от зубцов прямоугольные выступы с расположенными на них обмотками вращающегося магнитного поля, при этом гребенчатые магнитопроводы, расположенные по периметру охватывающего магнитопровода, имеют с последним плотный контакт посредством прямоугольных выступов, а гребенчатые противоположно расположенные магнитопроводы, находящиеся внутри, имеют плотный контакт между собой посредством прямоугольных выступов.

Сущность предлагаемого решения поясняется фиг. 1, где вверху показан вид предлагаемого устройства сверху, а внизу - его сечение по плоскости А-А.

Устройство содержит четыре тепловых экрана 1, ограждающих рабочие объемы устройства, где на жидкий металл воздействует бегущее и вращающееся магнитное поле. Центры четырех тепловых экранов 1 располагаются в углах воображаемого квадрата 5.

Гребенчатые магнитопроводы 2 бегущего и вращающегося магнитных полей, расположены радиально через угловые интервалы в 90° вокруг четырех тепловых экранов 1 (на взаимно перпендикулярных линиях, проходящих через центры тепловых экранов), и зубцами 3 обращены к экранам 1.

В промежутках между зубцами 3 расположены кольцевые обмотки 4, создающие бегущее магнитное поле.

Каждый гребенчатый магнитопровод 2 имеет в центральной части с противоположной стороны от зубцов 3 прямоугольный выступ 6, на который намотана обмотка 7 для создания вращающегося магнитного поля.

Гребенчатые магнитопроводы 2, расположенные по периметру охватывающего магнитопровода 10, усиливающего вращающееся магнитное поле, имеют с последним плотный контакт 9 посредством выступов 6, а гребенчатые противоположно расположенные магнитопроводы 2, находящиеся внутри, имеют плотный контакт 8 между собой посредством тех же выступов 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При подаче трехфазного переменного напряжения на обмотки бегущего магнитного поля 4, последние генерируют бегущее магнитное поле, которое, имея радиальную и аксиальные компоненты, усиливается гребенчатыми магнитопроводами 2. Это магнитное поле наводит в жидком металле, который находится в рабочих объемах внутри тепловых экранов 1, электрический ток, он, взаимодействуя с магнитным полем создает объемную силу, действующую на жидкий металл в направлении продольной оси тепловых экранов. Вследствие скин-эффекта эти электромагнитные силы имеют наибольшее значение у внешних стенок емкости с жидким металлом. В объеме металла возникает радиальный градиент сил, что приводит к генерации полоидального течения. Жидкий металл у стенок емкости в зависимости от направления фазовой скорости бегущего магнитного поля либо поднимается, либо опускается, в то время как в центре он движется в обратную сторону.

Для создания вращающегося магнитного поля на каждую пару обмоток вращающегося поля 7, находящихся на двух, расположенных друг против друга, гребенчатых магнитопроводах 2, подается переменное напряжение, причем фазы колебаний этого напряжения у двух пар обмоток 7 у каждого теплового экрана 1 имеют разность в 90°. Таким образом, пары обмоткок вращающегося магнитного поля 7 создают внутри тепловых экранов 1 магнитное поле, направленное нормально их продольной оси, а гребенчатые магнитопроводы 7 и охватывающий магнитопровод 10 его усиливают.

Разность в 90° фаз колебаний магнитного поля от двух пар катушек вращающегося поля 7 каждого теплового экрана 1 приводит к тому, что результирующее поле от этих катушек вращается. Вращающееся поле возбуждает в жидком металле, находящемся в емкости внутри тепловых экранов 1, объемные силы, которые приводят жидкий металл во вращение, генерируя тороидальное течение. Одновременное действие бегущего и вращающегося магнитных полей возбуждают в жидком металле тороидальное и полоидальное течение. Раздельно регулируя величину напряжения (и тем самым регулируя силу тока), подаваемого на катушки бегущего 4 и вращающегося 7 магнитных полей, можно управлять топологией перемешивающего течения возбуждаемого в жидком металле.

Пример выполнения иллюстрируется фиг. 2, где схематически изображено изготовленное устройство для перемешивания на четыре слитка алюминия диаметром до 200 мм.

Габаритные размеры устройства 1000 мм × 1000 мм, высота 250 мм, расстояние между центрами тепловых экранов 500 мм.

При перемешивании алюминия и его сплавов в процессе непрерывного литья для улучшения структуры слитка достаточно воздействия небольших величин бегущего и вращающегося поля в интервале 5-15 мТл.

Электрические параметры устройства:

Вращающееся поле

Шинка 1 мм × 7 мм, ток 20 А, витков в одной катушке 150, индукция 37 мТл, напряжение 160 вольт на последовательно включенных двух катушках. Общий ток на фазу при включении двух пар катушек параллельно с другой парой 40а. Реактивная мощность на фазу 6,5 кВА

Бегущее поле

240 витков в одной катушке, 480 витков на фазу (в двух катушках), индукция 44 мТл, ток 20 А, напряжение 80 - 100 вольт на фазу в катушках у одного теплового экрана. При включении последовательно пары катушек у второго теплового экрана напряжении составляет 160-200 в.

При параллельном включении соответствующих катушек у соседней пары тепловых экранов общий ток становится 40 А. Таким образом, при таком включении общее напряжении на фазу составит 160-200в, а ток 40А. Реактивная мощность на фазу 7-8 кВА.

Параметры устройства при изготовлении могут меняться в соответствии с условиями производства конкретного потребителя. Предлагаемое устройство может осуществлять эффективное перемешивание жидкого металла при непрерывном литье четырех слитков, например из алюминия и его сплавов. Его также удобно совмещать с несколькими такими же устройствами для увеличения числа одновременно разливаемых слитков.

Изобретение относится к металлургическому оборудованию, а именно к устройствам, предназначенным осуществлять бесконтактное электромагнитное перемешивание жидких металлов, например алюминия и его сплавов, сразу в четырех тиглях или в четырех тепловых насадках над кристаллизаторами в машинах непрерывного литья. Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред содержит охватывающий магнитопровод вращающегося поля в форме квадрата, в углах которого находятся четыре тепловых экрана, вокруг них через угловые интервалы в 90° расположены гребенчатые магнитопроводы, имеющие в центральной части с противоположной стороны от зубцов прямоугольные выступы. В промежутках между зубцами гребенчатых магнитопроводов находятся кольцевые обмотки бегущего поля, а на прямоугольных выступах расположены обмотки вращающегося магнитного поля. Гребенчатые магнитопроводы, расположенные по периметру охватывающего магнитопровода, имеют с последним плотный контакт посредством прямоугольных выступов, а гребенчатые противоположно расположенные магнитопроводы, находящиеся внутри, имеют плотный контакт между собой посредством прямоугольных выступов. Техническим результатом изобретения является упрощение его сборки при изготовлении и повышение производительности устройства. 2 ил., 1 пр.

Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред, содержащее магнитопроводы и обмотки бегущего и вращающегося полей, тепловой экран и охватывающий магнитопровод вращающегося поля, причем магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана зубцами внутрь устройства, в промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля, отличающееся тем, что охватывающий магнитопровод имеет форму квадрата, в углах которого находятся четыре тепловых экрана, вокруг них через угловые интервалы в 90° расположены гребенчатые магнитопроводы, имеющие в центральной части с противоположной стороны от зубцов прямоугольные выступы с расположенными на них обмотками вращающегося магнитного поля, при этом гребенчатые магнитопроводы, расположенные по периметру охватывающего магнитопровода, имеют с последним плотный контакт посредством прямоугольных выступов, а гребенчатые противоположно расположенные магнитопроводы, находящиеся внутри, имеют плотный контакт между собой посредством прямоугольных выступов.