Устройство для перемешивания жидкого металла Советский патент 1992 года по МПК B22D11/10 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при кристаллизации металла в установках непрерывной разливки, при получении различных сплавов в емкостях, в установках получения монокристаллов, т.е. а технологиях с применением МГД-устройств для перемешивания жидкого металла.

Целью изобретения является повышение интенсивности перемешивания за счет турбулизации потока.

На фиг. 1 изображен МГД-перемешива- тель с механизмом перемещения, вид сбоку, пунктиром изображены величина смещения Ah индукторов в группе: на фиг. 2 - то же. вид в плане: на фиг. 3 и 4 - схема течения жидкости в емкости при двух и одной группах индукторов.

Предлагаемое устройство содержит набор индукторов 1, вертикально расположенных относительно друг друга по замкнутому контуру. Каждый из индукторов выполнен в виде пакета магнитопровода 2 с пазами для укладки катушек 3 обмотки трехфазного тока. Количество индукторов обусловлено, например, диаметром емкости, в которой

приготавливается сплав, либо кругляка (сляба), выходящего из кристаллизатора.

Для обеспечения регулировки режимов перемешивания магнитная система снабжена механизмом линейного перемещения индукторов относительно друг друга по вертикали, выполненным, например, в виде винтовой пары 4, один из элементов которой прикреплен к индуктору.

Устройство работает следующим образом.

При размещении устройства, например, на емкости для обработки металла и при подаче питания на обмотки 3 индукторов 1 в расплаве металла возбуждается бегущее магнитное поле, увлекающее расплав вдоль вертикальной оси емкости.

При питании индукторов от одного источника при помощи механизма перемещения индукторы группы смещают в пространстве по вертикали относительно друг друга на определенную часть полюсного деления.

Для четырехиндукторного устройства с одной группой величина смещения Дп может быть установлена по следующей формуле:

W

Ё

Л h 2 arc ,

где т - полюсное деление;

Ввр - величина индукции вращающегося поля;

Вт - величина индукции бегущего поля.

Наибольшая интенсивность перемешивания достигается при двух группах, т.е. когда часть индукторов имеет одно направление магнитного поля, а вторая часть (группа) - противоположное первому.

Для обеспечения аксиально-симметричного течения следует применять одну группу, что особенно эффективно при значительном превышении глубины проникно- вения поля по сравнению с диаметром емкости (или диаметра слитка, выходящего из кристаллизатора). Таким образом, меняя взаимное расположение индукторов 1, можно регулировать соотношение азимуталь- ной и аксиальной компонент силы, возбуждаемой в расплаве, управляя направлением и интенсивностью потоков расплава. При этом не только повышается эффективность перемешивания, обуславли- вающая достижение высокого технологического результата, но можно, например, при кристаллизации металла регулировать движение его вблизи фронта кристаллизации и доставку веществ к фронту.

Пример. Для получения слитков системы Bi-10 % Sb путем насыщения легкоплавкой составляющей тугоплавким компонентом из твердой плавающей в жидкой фазе подпитки в графитовый цилиндриче- ский тигель внутренним диаметром 30 мм и наружным 48 мм, располагаемый в четырех- секционном нихромовом нагревателе с проходным отверстием 70 мм. высотой загрузки 100 мм, загружают расчетное коли- чество висмута. После расплавления металл выдерживают до установления рабочей температуры, с поверхности расплава удаляют механически окисную пленку, загружают

-

расчетное количество сурьмы, для предотв ращения окисления оставшееся пространство тигля заполняют окисью алюминия, после чего включают МГД-индуктор и проводят выдержку до окончания процесса син-

5

10

15202530

354045

теза. Температурный профиль имеет небольшой (№ 0,5 ос/см) положительный градиент, минимальная температура 345±1°С.

В результате, по мере насыщения расплава висмута сурьмой образующаяся твердая фаза (система BlSb относится к непрерывным твердым растворам) отлагается вначале на нижнем торце тигля и затем по мере дальнейшего насыщения граница раздела фаз продвигается наверх до полного истощения подпитки (загрузка имеет избыток висмута).

Без МГД-воздействия процесс идет за счет молекулярного и свободно-конвектив- ного переноса крайне медленно ( мм/час) и образующаяся твердая фаза имеет разброс по концентрации.

При применении МГД-индуктора вращающегося поля форма границы раздела сильно вогнута в твердую фазу, радиальный разброс достигает 20%. Последнее объясняется тем, что гидродинамическая структура, генерируемая МГД-вращателем у фронта кристаллизации, представляет собой восходящую струю в центре тигля. Нисходящий поток насыщен тугоплавким компонентом, кристаллизация данного состава у стенок тигля способствует концентрации легкоплавкой составляющей в центре слитка с соответствующим понижением ее температуры кристаллизации.

Использование реверсирования мери диальных потоков с помощью предлагаемого устройства позволяет получить уплотненную границу раздела и снизить разброс до 2-4 %.

Формула изобретения Устройство для перемешивания жидкого металла, содержащее магнитную систему бегущего поля, отличающееся тем. что, с целью повышения интенсивности перемешивания за счет турбулизации потока, магнитная система выполнена в виде набора групп линейных разомкнутых, вертикально расположенных по замкнутому контуру, индукторов с обмотками трехфазного тока с механизмом их линейного перемещения относительно друг друга по вертикали.

Изобретение относится к металлургии. Целью изобретения является повышение интенсивности перемешивания за счет тур- булизации потока. Устройство содержит магнитную систему бегущего поля, которая выполнена в виде набора групп линейных разомкнутых индукторов с механизмом их линейного перемещения относительно друг друга по вертикали. 4 ил.

9ut.{

/

9м. 2

9U1.3

Фиг, У