устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок

Формула изобретения

1. Устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок, содержащее магнитопровод, состоящий из отдельных стержней с расположенными на них катушками, отличающееся тем, что магнитопровод выполнен прямолинейным, катушки выполнены однослойными и размещены в нижнем и верхнем уровнях, при этом катушки, расположенные в одном уровне, включены встречно между собой, а катушки, расположенные в разных уровнях, смещены относительно друг друга на половину активной длины и подключены к напряжениям, сдвинутым относительно друг друга на 90^o.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катушки, расположенные в обоих уровнях, выполнены с одинаковой активной длиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам для интенсификации процессов кристаллизации слитков и заготовок различных сечений.

Известно устройство для электромагнитного перемешивания жидкой фазы непрерывнолитых слитков, описанное в /1/ и состоящее из цилиндрического магнитопровода и катушек, намотанных вокруг него. Однако оно имеет ряд недостатков:

1. Сложность выполнения катушек обмотки, так как магнитопровод имеет тороидальную форму и является цельно витым.

2. Одно такое устройство для электромагнитного перемешивания, с фиксированными размерами, может быть использовано только для эффективного перемешивания жидкой сердцевины одного слитка или заготовки круглого или квадратного сечений, под размеры которого оно изготовлено. Использование данного устройства для перемешивания жидкой сердцевины слитков или заготовок даже с меньшими размерами, нежели расчетные приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства и коэффициента мощности из-за увеличения магнитных потоков рассеяния.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство, представленное в /2/ и содержащее магнитопровод, выполненный из отдельных стержней переменной длины с расположенными на каждом из них катушками. Это устройство имеет следующие недостатки:

1. На многоручьевых литейных машинах число таких устройств должно равняться числу слитков или заготовок, что приводит к повышенным затратам удельного расхода электроэнергии на каждый слиток.

2. В некоторых случаях применение такого устройства затруднено из-за ограниченного расстояния между соседними кристаллизаторами.

В основу изобретения положена задача создания универсального устройства для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок различных форм и размеров с улучшенными технико-экономическими и энергетическими показателями.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок, содержащем магнитопровод, состоящий из отдельных стержней с расположенными на них катушками, магнитопровод выполнен прямолинейным, катушки выполнены однослойными и размещены в нижнем и верхнем уровнях, при этом катушки расположенные в одном уровне, включены встречно между собой, а катушки, расположенные в разных уровнях, смещены относительно друг друга на половину активной длины и подключены к напряжениям, сдвинутым относительно друг друга на 90^o. Катушки, расположенные в обоих уровнях, выполнены с одинаковой активной длиной.

На фиг. 1 изображено устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок с одинаковой активной длиной всех катушек; на фиг. 2 - то же с различной длиной катушек, расположенных в разных уровнях.

Устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок состоит из прямолинейного магнитопровода 1, катушек 2 нижнего уровня, катушек 3 верхнего уровня. Рядом с катушками 3 располагаются заготовки 4.

Катушки 2 нижнего уровня и катушки 3 верхнего уровня выполнены однослойными, то есть каждая из них намотана в один ряд виток к витку. Такое исполнение катушек позволяет уменьшить немагнитный зазор между магнитопроводом 1 и заготовкой 4, снизить магнитные потоки рассеяния, увеличить значение магнитной индукции в области заготовки и, тем самым, повысить эффективность работы устройства.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на катушки 2 нижнего уровня, в них начинают протекать токи, создающие магнитные потоки и , вытесняющиеся при встречном включении катушек 2 в область заготовок 4. При подключении катушек 3 верхнего уровня к напряжению , сдвинутому по отношению к напряжению на 90^o, в катушках 3 начинают протекать токи, создающие магнитные потоки и , также вытесняющиеся при встречном включении катушек 3 в область заготовок 4. В результате пространственного смещения катушек 2 и катушек 3 по отношению друг к другу на половину активной длины, магнитные потоки, создаваемые ими, также будут пространственно смещены на такую же величину, а питание катушек 2 и катушек 3 напряжениями, сдвинутыми по отношению друг к другу во времени на 90^o, обеспечивает временной сдвиг магнитных потоков также на 90^o. В результате наложения магнитных потоков , сдвинутых во времени и в пространстве, по обе стороны от магнитопровода, в области заготовок 4 создается вращающееся магнитное поле, приводящее жидкую сердцевину во вращение.

В зависимости от числа круглых или квадратно-прямоугольных заготовок, находящихся в одном ряду литейной машины, а также при наличии одного слитка больших размеров, длина устройства может увеличиваться или уменьшаться путем присоединения или отсоединения стержней магнитопровода с катушками. При этом магнитопровод, состоящий из отдельных стержней может, подбираться под требуемый типоразмер заготовки.

Активная длина катушек 2 и катушек 3 подбирается в соответствии с размерами заготовок и расстояниями между ними. При этом катушки 2 и катушки 3 могут быть выполнены из секций, что позволяет набирать любую длину катушек и регулировать расстояние между ними. Такая конструкция является наиболее универсальной, так как позволяет настраивать устройство практически для любой литейной машины с различными расстояниями между заготовками или слитками.

Устройство позволяет перемешивать жидкую сердцевину не только круглых или квадратно - прямоугольных слитков, но и заготовок значительных размеров, например сечением 1200300 мм. Для этого необходимо установить устройство вдоль длинной стороны периметра заготовки или под углом к ней, и в жидкой сердцевине под действием бегущего электромагнитного поля образуется направленное движение расплава.

Эффективность вращающегося электромагнитного поля и работоспособность предложенного устройства проверены в промышленных условиях. Кроме того, предложенное устройство имеет преимущества в техническом плане по экономии материальных ресурсов более чем в 3 раза по сравнению с прототипом, а по экономии электроэнергии оно на 50-70 процентов экономичнее прототипа. Из всех существующих устройств для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и заготовок оно является наиболее универсальным и ремонтопригодным, что имеет важное значение в условиях плавильно-литейных цехов металлургического производства.

Литература

1. Непрерывное литье во вращающемся магнитном поле / А.Д.Акименко, Л.П. Орлов, А.А.Скворцов, Л.Б.Шендеров. М.: Металлургия, 1971. с. 130 - 131.

2. Патент РФ N 2116160, МКИ⁶ B 22 D 11/12. Устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка. Р.М. Христинич, В.Н.Тимофеев. Опубл. в БИ N 21 27.07.98.