Электромагнитное дробеметное устройство Советский патент 1981 года по МПК B22D11/108 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕiflPOBEMETHOE УСТРОЙСТВО

I

Изобретение относится к металлургии при непрерывной разливке стали может быть использовано для улучшения качества слитка и повышения производительности процесса путем ввода ферромагнитных дисперсных материалов в струю жидкого металла, а также в машиностроении при обработке поверхности изделий ферромагнитным абразивом с целью удаления окалины, ржавчины, краски и получения наклепа.

Известно устройство для ввода ферромагнитных волокнистых материалов в жидкий металл, содержащее блгнкер, систему трубопроводов и электромагнит, создающий направленное магнитное поле для вывода ферромагнитных частиц из сопла трубопровода и внедрения их в струю металла под заданным углом .

Однако в этом устройстве на сердечнике электромагнита создаются наросты из ферромагнитного сыпучего материала, шунтирующие и искажающие

поле электромагнита, что приводит к просыпке частиц материала на зеркало жидкого металла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для ввода ферромагнитных дисперсных материалов в струю жидкого металла, содержащее электромагнитный метатель в виде одиночного ускоряющего соленоида, охватывающего наклонный трубопровод, внутри которого происходит ускорение ферромагнитного материала, поступающего из бункера дозированными порциями посредством дозатора 2 .

Недостаток известного устройства заключается в том, что при разгоне порции ферромагнитного материала метательным соленоидом некоторые частищл приобретают недостаточную скорость для проникновения в металл и ссыпаются -на зеркало металла, образуя корку, уменьшающую эффект внедрения .частиц в жидкий металл. Установка двухрбмоточного электромагнита на выходе метательного соленоида уменьшает производительность устройства и не решает проблему образования корки. Кроме того, при питании метательного соленоида без магнитопровода прямоугольными импульсами напряжения неэффективноиспользуется энергия его магнитного поля. Цель изобретения - увеличение скорости вылета ферромагнитного сыпучего материала в электромагнитных дробементных устройствах, повышение их производительности и снижение энергоемкости. Поставленная цель достигается тем что в электромагнитном ускорителе ферромагнитных дисперсных материалов содержащем расходный бункер с наклонным трубопроводом вдоль которого последовательно размацены импульсный электромагнитный доза:тор ферромагнитного материала двухобмоточный электро магнитный Фиксатор начального положения материала и метательный соленоид с системой его управления, метательный соленоид снабжен магнитопроводом стаканного типа, последовательно г основным метательным соленоидом вдоль трубопровода по ходу движения ускоряемого, материала установлен всп могательный метатальный соленоид с магнитопроводом, а система управления содержит цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденса тора и диода, включенную параллельно основному метательному соленоиду, цепь, состоящую из последовательно соединенных тиристора, вспомогательного метательного соленоида и добавочного резистора, включенную параллельно конденсатору,и схему управле .ния тиристорами. На фиг, 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - секция ускоряющих соленоидов с магнитопроводом,ра зрез; на фиг.З - схема питания соленоидов; на фиг, 4 - графики зависимости напряжений и токов от времени для различных; цепей схемы электропитания на фиг. 5 и 6 - динамика движения ферромагнитного сьтучего материала при различной длительности прямоугол ньпс и экспоненциальных импульсов тока ускоряющего соленоида. Электромагнитное дробеметное устройство (фиГе) содержит загрузочный бункер 1 5 наклонную направляклцуто тру бу 2 из неферромагнитного непроводящего материала, электромагнитный дозатор 3, электромагнитный двухобмоточный фиксатор 4 начального положения дроби, основной ускоряющий соленоид 5 и вспомогательный ускоряющий соленоид 6 с магнитопроводами 7 стаканного типа. Основной ускоряющий со.г леноид 5 помещен в магнитопровод 8 стаканного типа, а вспомогательный соленоид 6 - в магнитопровод 9. Между соленоидами находится ферромагнитная щайба 10. Соленоиды охватывают неферромагнитный непроводящий трубопровод 2, который зафиксирован в осевом направлении упорными клиньями 1I из текстолита. Секция из двух соленоидов собрана с помощью крепежных шпилек 12. Схема питания соленоидов (фиг.З) содержит тиристорный блок 13 трехфаз- ного двухполупериодного выпрямления переменного тока для питания основного соленоида 5, цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденсатора 14 и диода 15 и включенную параллельно основнойу ускоряют щему соленоиду, цепь, состоящую из последовательно соединенных тиристора 16, вспомогательного соленоида 6 и резистора 17 и включенную параллельно конденсатору I4, а также схему 18 управления тиристорами.Тиристорный блок 13 содержит тиристоры 19 и диоды 20. Электромагнитное дробеметное устройство работает следукмцим образом. Из бункера 1 сьтучий ферромагнит ный груз (чугунная или стальная дробь, сечка стальной проволоки и т.д.) подается по трубопроводу 2 в импульсный электромагнитный дозатор 3{фиг.1).. Отдозированная порция ферромагнитного материала самотеком движется вдоль трубопровода, захватывается магнитным полем фиксатора 4 и занимает исходное положение на входе основного ускоряющего соленоида 5. Одна из двух обмоток фиксатора питается от регулируемого источника напряжения и создает магнитное поле, необходимое для фиксации сьтучего материала, а другая обмотка включена последовательно с соленоидом 5 и создает нейтрализующее магнитное поле, снимающее фиксацию материала в момент нарастания ускоряющего силового поля соленоида. Основной ускоряющий соленоид 5 осуществляет разгон ферромагнитного сыпучего материала до требуемой скорости.

На фиг. 5 показаны графики зависимости скорости ферромагнитного сыпучего материала и его положения в функции времени при различной длительности прямоугольных имНульсов тока, протекающего в соленоиде относительной длины 2,0 (отношение длины соленоида к его среднему радиусу). Решение уравнения движения материала выполнено на ЦВМ Наири-2.

В зависимости от длительности прямоугольного импульса тока, обтекающего соленоид,можно получить различные по величине скорости движения груза прямом и даже обратном направлении. Наибольшую скорость в направлении рагона можно получить тогда, когда отключение тока в соленоиде приходится на момент прохождения грузом центра соленоида, в результате чего на груз не оказывают влияние тормозящие его движение магнитные силы поля соленоида и груз тормозится только за счет механических сил сопротивления движению, обусловленных трением.

Однако рассмотренная задача является идеализированной, так как в реальных условиях необходимо считаться с экспоненциальным характером нар станин и спада тока в соленоиде.

На фиг. 6 показана динамика движения ферромагнитного материала в поле ранее рассмотренного соленоида при экспоненциальном характере тока и различной длительности импульсов питающего напряжения.

Из графиков видно, что медленно спадающий ток соленоида после отключения его от источника создает тормозящее силовое поле и ферромагнитный груз теряет ранее полученную скорость, в результате чего установившаяся скорость груза на выходе оказывается в несколько раз меньшей по отношению к максимальной.

Для ускорения спада тока в основном соленоиде и, следовательно, получения более высоких выходных скоростей сыпучего ферромагнитного материала, а также для более рацио.нального использования энергии магнитного поля этого соленоида предпагается схема питания дробенетной установки (фиг. 3).

Схема управления работает следуют щим образом.

В нулевой момент времени, когда груз занял исходное положение на входе основного ускоряющего соленоида 5 включаются тиристоры 19 и соленоид оказывается под воздействием напряжения и, равного DO (фиг.4а). Ток в цепи соленоида нарастает по экспоненциальному закону (участок от кривых фиг. 4д) и силовое поле соленоида раэ гоняет абразив до максимальной скорости. В момент времени t , когда абразив находится вблизи центра соленоида, тиристоры 19 отключают соленоид от источника. При наличии в схене только диода 5 ток § соленоида , медленно уменьшается по экспоненциальному закону (участок mn кривых.фиг.4д) производя на груз тормозящий эффект. При включении .последовательно с диодом 15 конденсатора 14 соответствующей емкости ток 15 начнет спадать по периодическому закону (участок mcd), однако из-за диода появление отрицательных значений тока невозможно

и процесс спада тока,ограничится уча-стком тс кривых (фиг. 46). Таким образом, использование емкости 4 прлводит к быстрому спаду тока в главном ускоряющем соленоиде 5. При этом энергия магнитного поля соленоида за вычетом тепловых потерь переходит в , энергию электрического поля конденсатора.

В момент времени t напряжение на

конденсаторе максимально (фиг. 4 в). В этот момент включается тиристор 16 и осуществляется разряд конденсатора 14 через вспомогательный ускоряющий соленоид 6. Включением добавочкого резистора 17 добиваются апериодического характера разряда в цепи вспомогательного соленоида (фиг.4в иг). Ток ID вспомогательного соленоида создает поле, представляющее собой вторую ступень ускорения абразива. Параметры систеьш должны быть выбраны таким образом, чтобы в момент возникновения наиболее сильного поля вспомогательного соленоида ферромагнитный материал находился под воздействием его положительных ускоряющих сил.

После исчезновения тока If вспомогательного соленоида начинается разг. гон новой порции ферромагнитного материала в поле основного ускоряющего соленоида. Блок управления тиристорами 18, позволяет регулировать как дли/тельность импульса тока, так и .частоту их слтедования. Применение магнитопровода стаканного типа, выполненного из стали СТ-3,приводит к увеличению движущих сил метательного соленоида в 2,5-4 раза, что позволяет получить более высокие скорости ферромагнитного материала на выходе электромагнитного дробеметного устройства по сравнению с таковым без магнитопровода. Использование вспомогательного ме тательного соленоида, питающегося за счет энергии, запасенной в магнитном поле основного ускоряющего соленоида и служащего дополнительной сту пенью разгона ферромагнитного материала, позволяет существенно улучшит скоростные и энергетические показате работы электромагнитного дробементного устройства. Предлагаемая схема электропитания соленоидов не только обеспечивает необходимую последовательность питания соленоидов, но и позволяет реализовать более быстрый спад тока в основном ускоряющем соленоиде после его отключения от источника, ч также приводит к получению более, вы соких скоростей вылета материала. Формула изобретения Электромагнитное .дробеметное; ус ройство для ввода ферромагнитных ди . 8 персных материалов в струю жидкого металла, содержащее расходный бункер с наклонным трубопроводом, вдоль которого последовательно размещены дозатор ферромагнитного материала, электромагнитшзй фиксатор начального положения материала и метательный соленоид с ситемой его управления, охватывающий трубопровод, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости вылета ферромагнитного сыпучего материала, повьщ1ения производительности установки и снижения энергоемкости, метательный солег ноид дополнительно; снабжен магнитол проводом стаканного типа, последовательно с основным метательным соленоидом вдоль трубопровода по ходу движения ускоряемого материала установлен вспомогательный метательный соленоид с магнитопроводом, а система управления содержит цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и диода и включенную парарллельно основному метательному соленоиду, а также цепь, состоящую из последовательно соединенных тиристора, вспомогательного метательного соленоида и резисторами включенную параллельно конденсатору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 416150, кл. В 22 D 11/10, 2.Авторское свидетельство СССР № 533445, кл. В 22 D 11/10.

/Z

Фм.Z

Фиг.З