Спосіб і пристрої для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку неферомагнітних, електропровідних рідин і розплавів

Реферат: Винахід стосується способу керування швидкістю потоку та уповільнення потоку електропровідних рідин і розплавів, що не мають феромагнітних властивостей, за допомогою магнітних полів, зокрема при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні печі та плавильні печі. Спосіб відрізняється тим, що потік розплаву направляють в закритому напрямному елементі, використовуючи принаймні одне стаціонарне магнітне поле з постійною полярністю, принаймні одне стаціонарне магнітне поле зі змінною полярністю або використовуючи багатополюсне магнітне поле, що переміщається, таким чином, що лінії магнітного поля в поперечному напрямку проникають у потік розплаву по всьому його перерізу, і магнітні поля індукують напругу в потоці розплаву, в результаті чого в потоці розплаву утворюють вихрові струми, розташовані радіально та аксіально у випадку використання стаціонарного магнітного поля постійної полярності та аксіально - у випадку використання стаціонарного змінного магнітного поля або електромагнітного поля, що переміщається, а завдяки взаємодії між магнітними полями та вихровими струмами виникають сили, які можуть впливати на швидкість потоку розплаву. UA 105498 C2 (12) UA 105498 C2 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способів та пристроїв керування швидкістю потоку та уповільнення потоку електропровідних рідин і розплавів, що не мають феромагнітних властивостей, за допомогою електромагнітних полів при протіканні через канал або трубчастий напрямний елемент, зокрема, при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні печі та плавильні печі. DE 2 023 901 і DE 2 101 547 описують електромагнітний клапан або електромагнітний насос, що оточує похило нагору розташовану випускну трубу, що йде від отвору в підлозі резервуара для розплаву. Насос складається з однієї або кількох багатофазних електромагнітних котушок, які створюють у потоці розплаву, що протікає через випускну трубу, магнітне поле, що переміщається, напрямок обертання якого залежить від чергування фаз і яке впливає на потік розплаву в напрямку його течії або в протилежному напрямку для керування швидкістю потоку. З DE 1 949 982 і DE 2 248 052 відомий електромагнітний транспортний жолоб для видалення рідкого металу із плавильної печі або печі для теплової витримки. Цей жолоб спрямований похило нагору та має отвір у нижній частині печі. Під корпусом жолоба розташований індуктор, утворений, наприклад, статорною обмоткою трифазного електродвигуна із прямолінійним полем, для створення електромагнітного поля, що переміщається, яке змушує потік рідкого металу текти в жолобі проти сили тяжіння. З рівня техніки відомі електромагнітні насоси для видалення розплавленого металу з металургійних ємностей по транспортувальних каналах або жолобах і керування швидкістю потоку розплаву з використанням електромагнітних полів, що переміщаються, створюваних котушками індуктивності, які оточують закриті, наприклад, виконані у вигляді труби, стічні канали або розташовані під відкритими каналами для потоків розплаву. Для створення таких електромагнітних полів, що переміщаються, необхідне складне розташування кількох електричних котушок на великій довжині стічних каналів або транспортувальних жолобів для потоків розплаву. З DE 2 333 802 відомий електродинамічний дозувальний пристрій для розплавленого металу, призначений для використання на ливарних заводах для випуску невеликої кількості розплаву. Сили, які створюються цим дозувальним пристроєм у потоці, зовсім не достатні для того, щоб сповільнити або навіть зупинити потік розплаву каналу у випускному каналі доменної печі. DE 1 949 053 розкриває електромагнітний клапан для керування швидкістю та напрямком потоку розплаву металу або металевого сплаву в каналі трубчастої форми. Принцип дії клапана заснований на тому, що потік розплаву в каналі проводить зовнішній електричний струм, і на потік розплаву одночасно діє зовнішнє магнітне поле, таким чином, що в потоці розплаву виникають сили, напрямок яких збігається з напрямком потоку розплаву або є протилежним йому. Цей електромагнітний дозувальний клапан призначений тільки для індукційних каналів кільцевих печей, стічних каналів плавильних печей і заливальних ковшів. Інший недолік цього дозувального клапана полягає в необхідності створення електричного струму в потоці розплаву за допомогою електродів, які перебувають у безпосередньому контакті з розплавом і, отже, піддані значному зношуванню. З DE 694 19 598 T2 відомий спосіб випуску для доменних печей, у якому використовується труба, з'єднана із зовнішньою стороною випускного отвору. На її зовнішній оболонці встановлені електромагнітні котушки для створення змінного магнітного поля, що впливає на потік, який протікає в трубі, розплаву чавуну на шлаків. Даний пристрій вирішує два завдання: 1. Шляхом створення за допомогою електромагнітних котушок обертового поля (як у трифазному електродвигуні) потік розплаву у випускному каналі доменної печі приводиться в обертовий рух, завдяки якому відбувається поділ чавуну та шлаків за принципом центрифуги. Недоліком такого рішення є сполучення звичайної швидкості потоку та швидкості обертання потоку розплаву, що приводить до збільшення зношування випускного каналу, оскільки на нього діють і зусилля, пов'язані з підвищеною швидкістю потоку розплаву, і відцентрова сила. Уповільнення і зупинка потоку розплаву неможливі. 2. У напрямку центральної осі випускного каналу повинна діяти сила для поділу чавуну та шлаків. Крім того, потік чавуну гальмується через звуження поперечного перерізу випускного каналу, викликаного потоком шлаків у зовнішній частині перерізу випускного каналу. Недоліком такого рішення є, крім низької ефективності, те, що магнітне поле, по суті, впливає тільки на зовнішній шар потоку чавуну та шлаків, а проникнення магнітного поля у внутрішню частину потоку, зокрема, у центральну його частину, виявляється слабким. З гідродинамічних причин швидкість і тиск потоку розплаву та шлаків найбільший в центральній області. Уповільнення потоку здійснюється тільки побічно, внаслідок звуження каналу для протікання розплавленого чавуну. Таке уповільнення не є повним. Повна зупинка потоку розплаву неможлива. 1 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Загальним для цих двох рішень є те, що вони працюють тільки зі змінним магнітним полем. DE 2 110 401 описує безперервне видалення чавуну з доменної печі за допомогою магнітного насоса змінного струму, що розташований навколо стічного каналу у формі труби, що йде за потоком за випускним каналом. Магнітний насос створює магнітне поле, що переміщається, у каналі випуску чавуну. Це поле переміщається по осі в напрямку потоку або в протилежному напрямку. Переміщення магнітного поля справляє ефект насоса на розплавлений чавун у стічному каналі. Залежно від обставин і вимог магнітний насос змінного струму може прискорювати потік гарячого металу, сповільнювати або навіть зупиняти його. У цьому магнітному насосі обмотки котушок індуктивності розташовані концентрично навколо стічного каналу. Така система котушок забезпечує переваги при просуванні електропровідних середовищ завдяки одержуваному об'ємному потоку. Однак вона не підходить для керування потоком розплаву, оскільки сила магнітного поля, а значить і результуючі сили, виявляються меншими в центрі потоку, де гідродинамічний тиск потоку розплаву є найбільшим. Цей винахід стосується способу та пристроїв для керування швидкістю потоку та для уповільнення потоку розплаву за допомогою магнітних полів, зокрема, при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні та плавильні печі. Причому ці способи і пристрої повинні бути позбавлені вищезгаданих недоліків відомих способів і пристроїв для керування швидкістю потоку розплаву та повинні забезпечувати гальмуючий вплив, викликаний магнітними силами, що діє на потік розплаву у всім його поперечному перерізі потоку та здатний зупинити потік розплаву. Для цього повинні використовуватися тільки індуковані вихрові струми, так щоб робота пристрою була повністю безконтактною, без використання контактів, що зношуються. Це завдання вирішується згідно із цим винаходом: способом відповідно до п. 1, способом відповідно до п. 4, пристроєм відповідно до п. 14 і пристроєм відповідно до п. 32 формули винаходу. Залежні пункти містять ознаки кращих і доцільних варіантів втілення способу згідно з пп. 1 і 4 і пристрою згідно з пп. 14 і 32 формули винаходу. Відповідно до винаходу перший спосіб керування швидкістю потоку та уповільнення потоку неферомагнітних, електропровідних рідин і розплавів за допомогою магнітних полів при протіканні у виконаному у вигляді каналу або труби напрямному елементі, зокрема, при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні або плавильні печі, відрізняється тим, що рідина або розплав тече по закритому напрямному елементу, і на нього впливає, принаймні, одне стаціонарне магнітне поле з постійною полярністю, у такий спосіб, силові лінії магнітного поля проникають у потік розплаву по всьому його поперечному перерізі, у магнітному полі створюються спрямовані під прямим кутом лінії напруженості, величина яких пропорційна локальній швидкості потоку розплаву та локальній силі магнітного поля, напруга в поперечному перерізі потоку розплаву створює вихрові струми різної сили, що мають радіальний і осьовий напрямок відносно напрямку потоку розплаву, причому в результаті взаємодії магнітного поля та вихрових струмів створюються різні за величиною сили, які впливають на швидкість потоку розплаву, а з ростом напруженості магнітного поля профіль потоку розплаву стає більш рівномірним, і потік сповільнюється. Відповідно до винаходу другий спосіб керування швидкістю потоку та уповільнення потоку неферомагнітних, електропровідних рідин і розплавів за допомогою магнітних полів при протіканні у виконаному у вигляді каналу або труби напрямному елементі, зокрема, при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні печі та плавильні печі, відрізняється тим, що рідина або розплав тече по закритому напрямному елементу, і на нього впливає стаціонарне змінне магнітне поле або багатополюсне змінне електромагнітне поле зі змінною полярністю, таким чином, силові лінії магнітного поля проникають у потік розплаву по всьому його поперечному перерізі, у потоці індукується напруга, у результаті чого в потоці розплаву утворюються спрямовані по осі потоку розплаву вихрові струми, а завдяки взаємодії між магнітними полями та вихровими струмами виникають сили, здатні збільшувати, зменшувати швидкість потоку розплаву або зупиняти його. У першому способі в області потоку розплаву з найбільшою швидкістю, зокрема, у центральній частині потоку розплаву, створюються найбільші сили, що діють на потік розплаву. У результаті взаємодії електромагнітного поля з постійною полярністю, змінного магнітного поля та електромагнітного поля, що переміщається, з вихровими струмами створюється сила, що знижує швидкість потоку розплаву при одночасному зменшенні турбулентності в результаті підвищеної магнітної в'язкості розплаву. У результаті взаємодії змінного магнітного поля або змінних магнітних полів і вихрових струмів у потоці розплаву створюється протилежно спрямована потоку сила, здатна зменшити 2 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 швидкість потоку або навіть зупинити його. У результаті взаємодії електромагнітних полів, що переміщаються, і вихрових струмів потік розплаву може бути зупинений, і напрямок потоку може бути змінений на протилежний. Змінюючи магнітне поле з постійною полярністю на змінне магнітне поле та електромагнітне поле, що переміщається, досягають збільшення або зменшення діючих на потік розплаву сил. Частоту електромагнітних змінних полів і магнітних полів, що переміщаються, а також створюваний магнітним полем електричний струм можна міняти залежно від конкретних умов. У випадку магнітного поля з постійною полярністю та магнітного поля, що переміщається, магнітний потік у замкнутому магнітному контурі в області входу потоку розплаву в магнітному полі та виходу потоку розплаву з магнітного поля протилежний напрямку потоку розплаву та гальмує його. Таким чином, досягається додаткова дія на потік розплаву. Уповільнюючий потік розплаву вплив може додатково збільшуватися шляхом послідовної установки кількох замкнутих магнітних контурів з подвійним використанням магнітного потоку магнітного поля з постійною полярністю. У потоці розплаву у випускних каналах доменних печей або інших потоках розплаву, у яких наявні розплавлений метал і шлаки, дія магнітного поля з незмінною полярністю, змінного магнітного поля та електромагнітних полів, що переміщаються, на розплавлений метал і шлаки виявляється дуже різною. Таким чином, зазначений різний вплив може використовуватися для поділу рідкого металу та шлаків. Далі будуть описані пристрої для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву, що діють відповідно до описаних вище способами та використовуються, зокрема, при випуску з доменних печей, з посиланням на схематичні креслення, де: На фіг. 1 наведений вид у перспективі пристрою керування з використанням магнітного поля постійної полярності для керування швидкістю потоку та для уповільнення потоку розплаву. На фіг. 2а зображений поздовжній переріз напрямної труби пристрою керування із профілем швидкістю потоку розплаву. На фіг. 2b зображений поперечний переріз напрямної труби пристрою керування з лініями магнітного поля, що проходять у поперечному напрямку через потік розплаву. На фіг. 2с зображений поперечний переріз напрямної труби пристрою керування з індукованою магнітним полем у потоці розплаву різною напругою. На фіг. 2d зображений поперечний переріз напрямної труби пристрою керування зі створюваними в потоці розплаву радіальними вихровими струмами. На фіг. 2е зображений поздовжній переріз напрямної труби пристрою керування із силами Лоренца, що виникають у результаті радіальних вихрових струмів і магнітних полів і вирівнюють профіль швидкості потоку розплаву. На фіг. 2f зображений поперечний переріз напрямної труби пристрою керування з лініями радіальних вихрових струмів у потоці розплаву та стінкою напрямної труби. На фіг. 3a зображений поздовжній переріз напрямної труби пристрою керування по лінії А-А на фіг. 1 зі створюваним пристроєм керування магнітним полем. На фіг. 3b зображений поздовжній переріз напрямної труби пристрою керування по лінії А-А на фіг. 1 з індукованою магнітним полем у потоці розплаву напругою. На фіг. 3с зображений поздовжній переріз напрямної труби пристрою керування по лінії А-А на фіг. 1 зі створюваними в потоці розплаву осьовими вихровими струмами. На фіг. 3d зображений поздовжній переріз напрямної труби пристрою керування з лініями осьових вихрових струмів у потоці розплаву та стінкою напрямної труби. На фіг. 4 зображений поперечний переріз напрямної труби пристрою керування, оснащеної каналами охолодження. На фіг. 5 зображений інший варіант виготовлення пристрою керування з використанням магнітного поля з постійною полярністю. На фіг. 6 схематично зображений пристрій керування з використанням двох послідовно діючих магнітних полів з постійною полярністю. На фіг. 7a зображений поздовжній переріз пристрою керування по лінії В-В на фіг. 6 зі створюваним осьовим полем вихрових струмів. На фіг. 7b зображений пристрій керування за фіг. 6 зі створюваним радіальним полем вихрових струмів. На фіг. 8 схематично зображений пристрій керування з використанням змінного магнітного поля. На фіг. 9 схематично зображений один полюс магнітного сердечника пристрою керування та котушка індуктивності з надпровідного матеріалу. 3 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 10 і 11 показане розташування пристрою для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву перед вихідним отвором випускного каналу доменної печі. На фіг. 12а та 12b зображена засувка для закриття вихідного отвору випускного каналу доменної печі у відкритому та закритому положенні. На фіг. 13а та 13b зображений поворотний клапан для закриття вихідного отвору випускного каналу доменної печі у відкритому та закритому положенні. На фіг. 14 зображений утворений зовнішньою трубою та внутрішньою трубою випускний канал. На фіг. 15 показаний випускний канал, утворений зовнішньою та внутрішньою трубою, оснащений комбінованою системою нагрівання та охолодження. На фіг. 16 схематично зображений пристрій керування з використанням електромагнітного поля, що переміщається. На фіг. 17 зображений практичний варіант здійснення пристрою керування згідно з фіг. 16. На фіг. 18а та 18b показаний графік результуючої щільності магнітного потоку магнітного поля, що переміщається, для двох різних моментів часу при використанні пристрою керування згідно з фіг. 16 і 17 із трифазною системою котушок індуктивності. Пристрій керування 1 відповідно до фіг. 1, що переважно використовується при випуску з доменних печей для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву 2 за допомогою стаціонарного магнітного поля 3 з постійною полярністю, має сердечник 4 з феромагнітного матеріалу, ярмо 5 із двома полюсами 6, 7, які утворюють зазор 8, у який поміщають напрямний елемент 9 у вигляді труби 10 з електропровідного матеріалу, наприклад, міді для проходження потоку розплаву 2. Ламінарна течія розплаву 2 у напрямній трубі 10 має зображений на фіг. 2а профіль швидкості 11. На ярмі 5 установлені дві індукційних котушки 12, 13, через які протікає постійний струм, для створення магнітного поля 3 постійної полярності між двома полюсами 6, 7, що характеризується силовими лініями 14, які проходять через весь поперечний переріз потоку розплаву 2, як показано на фіг. 2b. На фіг. 2c показано, що на основі профілю швидкості 11 потоку розплаву 2 у поєднанні зі стаціонарним магнітним полем 3 постійної полярності, залежно від локальної швидкості потоку розплаву 2 індукуються різні за величиною напруги 15 під прямим кутом до силових ліній 14 магнітного поля 3 у потоці розплаву 2, які зменшуються в стаціонарному граничному шарі потоку розплаву до нуля. Для компенсації різниці потенціалів вихрові струми 16, 17 радіально протікають у потоці розплаву 2, як показано на фіг. 2d. Крім того, протікають осьові за напрямком потоку розплаву 2 вихрові струми, як описано нижче. У результаті взаємодії магнітного поля 3 і радіальних вихрових струмів 16, 17 у потоці розплаву 2 виникають так звані сили Лоренца 18, які протилежні напрямку а потоку розплаву 2. Внаслідок цього профіль швидкості 11 потоку розплаву 2 вирівнюється з повним пригніченням турбулентності та сповільнюється, як показано на фіг. 2e. Згідно з фіг. 2f сила радіальних вихрових струмів 16, 17 значно збільшується за рахунок використання електропровідного матеріалу, наприклад, міді, для виготовлення напрямної труби 10 пристрою керування 1, оскільки в цьому випадку вихрові струми протікають не тільки через потік розплаву 2, але й стінки напрямної труби 10. Таким чином, сповільнююючий вплив на потік розплаву 2 підсилюється. На поздовжньому перерізі напрямної труби 10 пристрою керування 1 згідно з фіг. 3а по лінії А-А на фіг. 1 показані силові лінії 14 магнітного поля 3, що проходять поперечно потоку розплаву 2 і в напрямку а потоку розплаву, і магнітне поле простирається в напрямку а потоку розплаву 2 і в поперечному напрямку. Як показано на фіг. 3а, потік розплаву 2 входить у магнітне поле 3 в області 19 і виходить із нього в області 20. При входженні в магнітне поле 3 у потоці розплаву 2 у площині, перпендикулярній силовим лініям магнітного поля 14, індукується показана на фіг. 3b напруга 21, що за законом Ленца створює вихрові струми 22 (фіг. 3с), які врівноважують різницю потенціалів у потоці розплаву 2. Вихрові струми 22 протікають аксіально по напрямку а потоку розплаву 2 поза межами магнітного поля 3. У результаті взаємодії магнітного поля 3 і вихрових струмів 22 у потоці розплаву 2 виникають сили Лоренца 23, які протилежні напрямку а потоку розплаву 2 і, таким чином, сповільнюють течію розплаву 2, зменшуючи швидкість потоку. В області виходу 20 з магнітного поля 3 у потоці розплаву 2 утворюються вихрові струми 24, які в результаті взаємодії з магнітним полем 3 також створюють сили Лоренца 5, напрямок яких 4 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 також протилежний напрямку а потоку розплаву 2 і які створюють додатковий вплив, що сповільнює, на потік, що доповнює дію сил Лоренца 23 в області входу 19 потоку розплаву в магнітне поле 3. У результаті взаємодії радіальних вихрових струмів 16, 17 і аксіальних вихрових струмів 22, 24 з магнітним полем 3 виникають сили Лоренца 18, 23, 25, які справляють більшу дію, що сповільнює, на потік розплаву 2. Згідно з фіг. 3d сила аксіальних вихрових струмів 22, 24 значно збільшується за рахунок використання електропровідного матеріалу, наприклад, міді, для виготовлення напрямної труби 10 пристрою керування 1, оскільки в цьому випадку вихрові струми протікають не тільки через потік розплаву 2, але й стінки напрямної труби 10. Таким чином, сповільнюючий вплив на потік розплаву 2 підсилюється. На фіг. 4 зображена напрямна труба 10 пристрою керування 1, виконана з електропровідного матеріалу, такого як мідь, з охолодними каналами 26, по яких протікає холодоагент для захисту напрямної труби від впливу потоку рідкого розплаву 2. У результаті охолодження на внутрішній стіні 10а напрямної труби 10 утворюється шар затверділого розплаву 27 з розплаву 2, що виконує функцію захисного шару, який запобігає зношуванню напрямної труби 10. Якщо в процесі роботи цей шар розплаву зменшується у товщині, можна підсилити охолодний вплив на розплав з метою його затвердіння та відновлення захисного шару в цій області. Таким чином, відвертається зношування внутрішньої стіни 10а напрямної труби 10 під дією потоку розплаву 2. Завдяки способу та пристрою для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву можна продовжувати процес випуску в доменних печах і зменшувати швидкість потоку розплаву таким чином, щоб забезпечити можливість постійного випуску, у результаті чого можна буде повністю відмовитися від операцій закупорювання та подальшого відкриття випускного каналу. Оскільки гальмуючий вплив сили Лоренца є пропорційним швидкості потоку розплаву, турбулентність, що викликає локальне збільшення швидкості, зменшується у вихідному потоці розплаву. Для посилення впливу магнітних полів на потік розплаву та оптимізації ефективності пристрою керування геометричні розміри компонентів системи керування повинні задовольняти таким вимогам: Зазор між напрямною трубою 10 для потоку розплаву 2 і краями полюсів 6, 7 повинен бути якомога меншим. Товщина стінки труби 10 повинна відповідати вимогам безпеки, застосовуваним відносно потоку гарячого розплаву 2. Якщо новий спосіб для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву за допомогою магнітних полів при випуску з доменних печей використовується в поєднанні зі звичайними способами керування випуском з доменної печі, відстань між краями полюсів 6, 7 і діаметр напрямної труби 10 повинні вибиратися таким чином, щоб між полюсами 6, 7 магнітного сердечника або ярма 5 у встановлену в зазорі 8 напрямну трубу могли поміститися інструменти закупорювальної машини, а також свердло і штанга для відкриття випускного каналу. На фіг. 5 показаний інший варіант 28 пристрою керування для створення електромагнітних полів з постійною полярністю, у якому сердечник 4 служить для посилення магнітного поля 3, має подвійне ярмо 29 з ярмами 5 і 5а, на яких розташовані чотири індукційні котушки 12, 13, 30, 31. На фіг. 6 зображений пристрій керування 32 з послідовним розташуванням двох електромагнітних полів 3, 3а постійної полярності. На фіг. 7а зображений поздовжній розріз уздовж лінії В-В на фіг. 6 і осьові поля вихрового струму 33 зі значно більшою силою струму, що доповнюється зображеними на фіг. 7b радіальними полями вихрового струму 34, 35. Таким чином, досягається значне збільшення загальної ефективності пристрою для уповільнення потоку розплаву. На фіг. 8 зображений пристрій 36 для керування швидкістю потоку, уповільнення і зупинки потоку розплаву 2, а також для зміни напрямку потоку розплаву 2, у якому між двома полюсами 6а, 7а діє змінне електромагнітне поле 3b, що утворюється в результаті дії розташованих на полюсах 6а, 7а котушок індуктивності (не показані), по яких протікає змінний струм. В області впливу змінного магнітного поля 3b на потік розплаву 2 індукуються вихрові струми 37, 38, які в результаті взаємодії зі змінним магнітним полем 3b приводять до появи протилежно спрямованих сил Лоренца 39, 40. Конструкція пристрою керування 36 з використанням змінного магнітного поля 3b на фіг. 8 відповідає конструкції пристрою керування 1 з використанням магнітного поля постійної полярності 3 відповідно до фіг. 1. 5 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Під дією змінних магнітних полів на потік розплаву можна одержувати різні вихрові струми та сили Лоренца шляхом зміни частоти цих полів і сили струму, адаптуючи конструкцію до різних умов. Індукційні котушки можуть бути виконані з надпровідного матеріалу. Перевага надпровідника полягає в тому, що він проводить електрику без втрат. Це дає можливість використання дуже високої щільності струму в обмеженому просторі, так що дуже сильні магнітні поля можуть бути отримані при низькому споживанні енергії, низькій вартості та раціональному використанні простору. На фіг. 9 зображена котушка індуктивності 41, виконана з надпровідника та призначена для створення магнітних полів у пристрої керування 1. Індукційна котушка 41 установлена на полюсі 7 пари полюсів 6, 7, з якого виходять лінії магнітного поля 14 і який виготовлений, переважно, з високотемпературного надпровідного матеріалу, що проявляє свої надпровідні властивості в більш-менш охолодженому стані. Індукційна котушка 41 установлюється в камері 42, що складається з одного або кількох шарів матеріалу, що має сильні теплоізоляційні властивості, 43. Індукційна котушка 41 перебуває в центрі камери 42 в охолодній ванні 44 зі зрідженого газу, переважно азоту, що охолоджує котушку 41 у результаті випарного охолодження при температурі кипіння, яка повинна бути нижчою від критичної температури надпровідного матеріалу. Через втрати на випар час від часу, залежно від витрати в камеру потрібно буде додавати зріджений газ. За допомогою електричних засобів комутації надпровідну котушку при необхідності можна відключати. На фіг. 10 показане розташування пристрою керування 28 для впливу на потік розплаву у випускному каналі 45 доменної печі 46, що справляє уповільнюючи дію за допомогою електромагнітних полів постійної полярності та перебуває перед вихідним отвором 47 випускного каналу 45 з виводом випускного каналу в напрямну трубу 10 пристрою керування 28. На платформі 48 у зовнішньої стіни 49 доменної печі 46 знаходиться виконаний з можливістю переміщення стіл 50, на якому розташовується пристрій керування 28 у закритому корпусі 51, як показано на фіг. 11. За допомогою засобів вирівнювання 52 корпус 51 пристрою керування 28 може бути встановлений у положення, при якому вісь випускного каналу 45 буде співпадати з віссю напрямної труби 10 пристрою керування 28 для проходження через нього потоку розплаву 2. При використанні пристрою керування 28 разом із традиційними технологіями для випускних каналів доменних печей вихідний отвір 47 випускного каналу 45 і вхідний отвір 53 напрямної труби 10 пристрою керування 28 для уповільнення потоку розплаву 2 герметично з'єднані між собою, а потім у випускний канал 45 у стіні 54 доменної печі 46 уводять звичайні засоби буравлення через напрямну трубу 10 пристрою керування 28. На фіг. 10 і 11 зображений пристрій керування 28, показаний на фіг. 5, у якому для підвищення загальної ефективності використовується подвійне ярмо 29 (див. фіг. 5), що проводить магнітний потік, створюваний чотирма котушками індуктивності 12, 13, 30, 31, причому воно виконано у вигляді корпуса 51, що охоплює всі елементи пристрою керування. На схематичному кресленні фіг. 11 передня сторона корпуса 51 вилучена. Вільний простір 55 між індукційними котушками 12, 13, 30, 31 і напрямною трубкою 10 у корпусі 51 заповнюють дрібнозернистим текучим матеріалом, переважно піском, щоб запобігти ушкодженню ярма 5 і ярма 5а подвійного ярма 29 і індукційних котушок 12, 13, 30, 31 у випадку, якщо в процесі виробництва в напрямній трубі 10 з'явиться тріщина, і розплав чавуну та шлаків потрапить у корпус 51. Пісок збирає розплав, що розлився, і він твердіє. Пісок можна висипати через випускний отвір 56 у дні 57 корпуса 51. На фіг. 12а та 12b зображена механічна засувка 58, що згідно з фіг. 10 установлюється між вихідним отвором 47 випускного каналу 45 доменної печі 46 і вхідним отвором 53 напрямної труби 10 пристрою 28 для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву 2 у випускному каналі 45. Засувка 58 виконана з вогнетривкого матеріалу та покрита із внутрішньої сторони вогнетривкою керамікою, установлена в бічних напрямних 59, 60 і переміщається до упору 61, коли засувку 58 переводять у закрите положення. Коли потік розплаву 2 у напрямній трубці 10 сповільнюється під дією магнітного поля або практично сповільнюється, засувку 58 закривають. Таким чином, потік розплаву 2, що виходить під дією внутрішнього тиску доменної печі 46 з випускного каналу 45 після гальмування магнітними полями пристрою керування 28, може перериватися на тривалий час. У випадку затвердіння розплаву у випускному каналі для поновлення випуску його можна розплавити за допомогою пристроїв нагрівання, показаних на фіг. 14. 6 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 13а та 13b зображений закриваючий пристрій для переривання потоку розплаву 2 у вигляді поворотного клапана 62, установленого на випускному каналі 45 і покритого вогнетривким матеріалом із внутрішньої сторони. Поворотний клапан 62 у закритому положенні розташовується перед випускним каналом 45 в упорах 63. Засувка 58 згідно з фіг. 12а, 12b і поворотний клапан 62 згідно з фіг. 13а та 13b можуть установлюватися як між вихідним отвором 47 випускного каналу 45 і вхідним отвором 53 напрямної труби 10 пристрою керування 28 для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку розплаву 2 у випускному каналі 45, так і перед вихідним отвором 64 напрямної труби 10 пристрою керування 28. На фіг. 14 зображений випускний канал 45 доменної печі 46, утворений зовнішньою трубою 65 і виконаною з можливістю осьового переміщення внутрішньою трубою 66, причому зовнішня труба 65 міцно з'єднана з вогнетривкої футеровкою 67 доменної печі 46. Обидві труби 65, 66 виконані з високоміцних, переважно керамічних матеріалів, а матеріал внутрішньої труби 66 має стійкість до зношування, що викликається потоком чавуну. Внутрішня труба 66 складається із трубних секцій 68, які із часом і в міру їхнього зношування можуть замінятися новими секціями 68а, причому нові секції труби 68а всуваються через вихідний отвір 47 випускного каналу 45 проти напрямку а потоку розплаву 2 у зовнішню трубу 65, при цьому зношені секції труби 68b через вхідний отвір 69 випускного каналу 45 попадають із зовнішньої труби 65 у доменну піч 46. Внутрішня секція труби 68b, через яку потік розплаву 2 входить у випускний канал 45 з доменної печі 46, виступає деякою мірою для захисту зовнішньої труби 65 і зовнішнього облицювання 67 доменної печі 46 від абразивного зношування усередині доменної печі. Така секція внутрішньої труби 68b відіграє роль так званого гриба на внутрішній стороні футеровки доменної печі при звичайному способі випуску. Часовий інтервал між всуванням нових секцій труб 68а вибирається таким чином, щоб уникнути руйнування внутрішніх ділянок труби 68 і, отже, виключити контакт розплаву або шлаків із зовнішньою трубою 65. Між зовнішньою трубою 65 і секціями внутрішньої труби 68 перебуває шар мастила 70 на мінеральній основі, що не злипається при високих температурах потоку розплаву заліза та шлаків. Зображений на фіг. 15 випускний канал 45, що складається із зовнішньої труби 65 і внутрішньої труби 66, оснащений комбінованою системою нагрівання та охолодження, що складається з, принаймні, одного, установленого на зовнішній трубі 65 порожнього змійовика 71 з електропровідного матеріалу, переважно міді, причому по змійовику 71 протікає холодоагент, що викликає затвердіння розплаву у випускному каналі 45 після гальмування потоку розплаву магнітними полями пристрою керування 28 для уповільнення потоку розплаву, а для поновлення процесу випуску на змійовик 71 подається високочастотний змінний струм з високою силою струму, у результаті чого в затверділому розплаві виникають сильні вихрові струми, що приводять до його розрідження. Така конструкція випускного каналу дозволяє використати ефект, що раніше вважався негативним, затвердіння розплаву та припинення його потоку у випускному каналі для закупорювання випускного каналу, а для поновлення випуску - використати сильні вихрові струми, в основному в зовнішній області затверділої пробки з розплаву, для розплавлювання пробки та поновлення процесу випуску. Плавлення починається на зовнішній окружності затверділої у випускному каналі пробки, і під дією внутрішнього тиску доменної печі пробка виштовхується з випускного каналу. Пристрій 72 згідно з фіг. 16 для керування швидкістю потоку та для уповільнення потоку неферомагнітного розплаву 2 до зупинки характеризується наявністю сердечника 73 з феромагнітного, подавляючого вихрові струми матеріалу, переважно з листової трансформаторної сталі, з кількома розташованими в ряд парами полюсів 74, які утворюють зазор 75 для установки напрямної труби 10 для потоку розплаву 2, тим, що на полюсних наконечниках 76, 77 полюсів 78, 79 пари полюсів 74 розташовані індукційні котушки 80, 81 із протікаючим трифазним струмом L1, L2, L3 для створення біполярного електромагнітного поля, що переміщається, з максимальною та мінімальною напруженістю при однократному використанні струму кожної фази. Недоліком пристрою керування згідно з Фіг 16 є зменшення амплітуди поля при переміщенні від однієї пари полюсів до наступної у проміжних положеннях. Для послаблення ефекту зменшення амплітуди на практиці пристрій керування 72 (як показано на фіг. 17) має збільшене число пар полюсів 74 при багаторазовому використанні кожної фази L1, L2, L3 трифазного струму для створення багатополюсного магнітного поля, що переміщається, із зображеною на фіг. 18а та 18b щільністю магнітного потоку. При цьому може використовуватися 7 UA 105498 C2 проілюстрований на фіг. 6 спосіб посилення вихрових струмів при подвійному використанні магнітного потоку. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб керування швидкістю потоку та уповільнення потоку неферомагнітних, електропровідних рідин і розплавів за допомогою магнітних полів при протіканні у виконаному у вигляді каналу або труби напрямному елементі, зокрема при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні або плавильні печі, який відрізняється тим, що рідину або розплав направляють по закритому напрямному елементу, і на нього впливають принаймні одним стаціонарним магнітним полем з постійною полярністю, таким чином, силові лінії магнітного поля проникають у потік розплаву по всьому його поперечному перерізу, у магнітному полі створюють спрямовані під прямим кутом до його ліній напруги, величина яких пропорційна локальній швидкості потоку розплаву та локальній силі магнітного поля, за допомогою напруги в поперечному перерізі потоку розплаву створюють вихрові струми різної сили, що мають радіальний і осьовий напрямок відносно напрямку потоку розплаву. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що напрямний елемент виконаний з електропровідного матеріалу. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що напрямний елемент охолоджують для утворення шару затверділого розплаву, що захищає внутрішню стінку від зношування. 4. Спосіб керування швидкістю потоку та уповільнення потоку неферомагнітних, електропровідних рідин і розплавів за допомогою магнітних полів при протіканні у виконаному у вигляді каналу або труби напрямному елементі, зокрема при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні печі та плавильні печі, який відрізняється тим, що рідину або розплав направляють по закритому напрямному елементу, і на нього впливають стаціонарним змінним магнітним полем або багатополюсним змінним електромагнітним полем зі змінною полярністю, що живиться трифазним струмом, таким чином, силові лінії магнітного поля проникають у потік розплаву по всьому його поперечному перерізу, у потоці індукують напругу, в результаті чого в потоці розплаву утворюють спрямовані по осі потоку розплаву вихрові струми. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в області потоку розплаву з найбільшою швидкістю, зокрема у центральній частині потоку розплаву, створюють найбільші сили, що діють на потік розплаву. 6. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що шляхом зміни частоти трифазного струму, що протікає в індукційних котушках для створення магнітного поля, яке переміщається, і зміни частоти трифазного струму забезпечують зміну швидкості переміщення магнітного поля для впливу на створювані в потоці розплаву вихрові струми та діючі на потік розплаву сили. 7. Спосіб за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що в результаті взаємодії магнітного поля, магнітного поля з постійною полярністю з вихровими струмами створюють силу, що знижує швидкість потоку розплаву при одночасному зменшенні турбулентності. 8. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що в результаті взаємодії змінного магнітного поля, змінних магнітних полів і магнітних полів, що переміщаються, які живляться трифазним струмом, і вихрових струмів у потоці розплаву створюють протилежно спрямовану потоку силу, здатну зменшити швидкість потоку або змінити його напрямок на протилежний. 9. Спосіб за одним з пп. 1-8, який відрізняється тим, що зміною магнітного поля або магнітних полів забезпечують збільшення або зменшення діючих на потік розплаву сил. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що частоту змінного магнітного поля та магнітного поля, що переміщається, або змінних магнітних полів і магнітних полів, що переміщаються, а також створюваний магнітним полем електричний струм можна міняти залежно від конкретних умов. 11. Спосіб за одним з пп. 1-10, який відрізняється тим, що магнітний потік магнітного поля в замкнутому магнітному контурі в області входу потоку розплаву в магнітному полі та виходу потоку розплаву з магнітного поля протилежний напрямку потоку розплаву та гальмує його. 12. Спосіб за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що послідовно розташовують принаймні два замкнуті магнітні контури з магнітними полями постійної полярності при подвійному використанні магнітного потоку магнітних полів і подвійному використанні вихрових струмів для підвищення впливу, що сповільнює, на потік розплаву. 13. Спосіб за одним з пп. 1-12, який відрізняється тим, що використовують розходження у впливі магнітного поля на чавун і шлаки для поділу цих складових у потоці розплаву. 14. Пристрій для керування швидкістю потоку та уповільнення потоку неферомагнітних розплавів, зокрема при випуску з металургійних ємностей, таких як доменні печі та плавильні 8 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 печі, відповідно до способу, відповідно до п. 1, який відрізняється тим, що пристрій має сердечник (4) з феромагнітного матеріалу, що має два полюси (6, 7), які утворюють зазор (8) для напрямного елемента (9) для потоку розплаву (2), а на сердечнику (4) розташовані котушки індуктивності (12, 13) для створення стаціонарного магнітного поля (3) з постійною полярністю, що діє на потік розплаву (2) у розташованому між полюсами (6, 7) напрямному елементі (9). 15. Пристрій для керування за п. 14, який відрізняється тим, що сердечник (4) виконаний як ярмо (5), на якому встановлені дві котушки індуктивності (12, 13). 16. Пристрій для керування за п. 15, який відрізняється тим, що сердечник (4) виконаний як подвійне ярмо (29) з ярмами (5, 5а), на яких встановлені чотири котушки індуктивності (12, 13, 30, 31). 17. Пристрій для керування відповідно до одного з пп. 14-16, який відрізняється тим, що напрямний елемент (9) для потоку розплаву (2) виконаний у вигляді напрямної труби (10) з електропровідного матеріалу, зокрема міді. 18. Пристрій для керування за п. 17, який відрізняється тим, що напрямна труба (10) оснащена охолодними каналами (26) для протікання по них холодоагенту. 19. Пристрій для керування відповідно до одного з пп. 14-18, який відрізняється тим, що розміри полюсів (6, 7) сердечника (4) і зазору (8) вибрані відповідно до розмірів напрямного елемента (9) для потоку розплаву (2). 20. Пристрій для керування за п. 17, який відрізняється тим, що розмір зазору (8) між полюсами (6, 7) сердечника (4) і діаметр напрямної труби (10) вибирають таким чином, щоб у напрямну трубу (10) у зазорі (8) можна було ввести свердло і штангу свердлильного верстата для відкриття випускного каналу (45) з доменної печі (46) або інструмент машини, що закупорює. 21. Пристрій для керування за одним з пп. 14-20, який відрізняється тим, що призначені для створення магнітного поля з постійною полярністю котушки індуктивності (41) виконані з надпровідного матеріалу, зокрема високотемпературного надпровідника. 22. Пристрій для керування за п. 21, який відрізняється тим, що кожна котушка індуктивності (41) установлена в теплоізольованій камері (42), заповненій зрідженим газом (44) для охолодження котушки. 23. Пристрій для керування за одним з пп. 14-22, який відрізняється тим, що ярмо (5) для керування та проходження магнітного потоку (14) оточує індукційні котушки (12, 13) у вигляді закритого ящика (51) для досягнення найбільшої магнітної ефективності. 24. Пристрій для керування за п. 23, який відрізняється тим, що вільний простір (55) між індукційними котушками (12, 13, 30, 31) у корпусі (51) заповнюють дрібнозернистим текучим матеріалом, переважно піском. 25. Пристрій для керування за одним з пп. 14-24, який відрізняється тим, що пристрій керування (28) розташовують перед вихідним отвором (47) випускного каналу (45) доменної печі (46) з виводом випускного каналу (45) у напрямну трубу (10) пристрою керування (28). 26. Пристрій для керування за п. 25, який відрізняється тим, що між розташованим перед вихідним отвором (47) випускного каналу (45) доменної печі (46) пристроєм керування (28) і вихідним отвором (47) випускного каналу (45) або перед вихідним отвором (64) напрямної труби (10) пристрою керування (28) установлюють запірний пристрій, такий як засувка (58) або поворотний клапан (62) для довгострокового закриття випускного каналу (45) після уповільнення потоку розплаву (2) під дією магнітного поля (3) пристрою керування (28). 27. Пристрій для керування за одним з пп. 14-26, який відрізняється тим, що випускний канал (45) доменної печі (46) утворений зовнішньою трубою (65) і виконаною з можливістю осьового переміщення внутрішньою трубою (66), де зовнішня труба (65) міцно з'єднана з футеровкою (67) доменної печі (46), і обидві труби (65, 66) виконані з високоміцного, переважно керамічного матеріалу, а матеріал внутрішньої труби (66) також має стійкість до розмиву. 28. Пристрій для керування за п. 27, який відрізняється тим, що внутрішня труба (66) складається із трубних секцій (68), які із часом і в міру їхнього зношування заміняються новими секціями (68а), причому нові секції труби (68а) виконані з можливістю всування через вихідний отвір (47) випускного каналу (45) проти напрямку (а) потоку розплаву (2) у зовнішню трубу (65), при цьому зношені секції труби (68b) через вхідний отвір (69) випускного каналу (45) потрапляють із зовнішньої труби (65) у доменну піч (46). 29. Пристрій для керування згідно з п. 27 або 28, який відрізняється тим, що секція внутрішньої труби (68b), через яку потік розплаву (2) входить у випускний канал (45) з доменної печі (46), виступає деякою мірою для захисту зовнішньої труби (65) і футеровки (67) печі (46). 9 UA 105498 C2 5 10 15 20 25 30. Пристрій для керування за пп. 27-29, який відрізняється тим, що зовнішня труба (65) і внутрішня труба (66) випускного каналу (45) оснащені системою охолодження для твердіння розплаву у випускному каналі (45) після уповільнення потоку розплаву (2). 31. Пристрій для керування за п. 30, який відрізняється тим, що випускний канал (45), що складається із зовнішньої труби (65) і внутрішньої труби (66), оснащений комбінованою системою нагрівання та охолодження, яка складається з принаймні одного, встановленого на зовнішній трубі (65) порожнього змійовика (71) з електропровідного матеріалу, причому по змійовику (71) протікає холодоагент, що викликає затвердіння розплаву у випускному каналі (45) після гальмування потоку розплаву (2) магнітними полями пристрою керування (28) для уповільнення потоку розплаву, а для поновлення процесу випуску на змійовик (71) передбачене подання високочастотного змінного струму з високою силою струму, в результаті чого в затверділому у випускному каналі (45) розплаві виникають сильні вихрові струми, які приводять до його розрідження. 32. Пристрій для керування швидкістю потоку та для уповільнення потоку неферомагнітного розплаву до зупинки відповідно до способу за п. 4, який відрізняється тим, що пристрій має принаймні один сердечник (73) з феромагнітного матеріалу з кількома розташованими в ряд парами полюсів (74), які утворюють зазор (75) для установки напрямного елемента (9) для потоку розплаву (2), та тим, що на полюсних наконечниках (76, 77) полюсів (78, 79) пари полюсів (74) розташовані індукційні котушки (80, 81), виконані з можливістю протікання трифазного струму при однократному використанні фаз L1, L2, L3 для створення біполярного електромагнітного поля, що переміщається, або з можливістю протікання трифазного струму при багаторазовому використанні фаз L1, L2, L3 для створення багатополюсного магнітного поля, що переміщається, що впливає на потік розплаву (2) між полюсами (78, 79) пари полюсів (74) у напрямному елементі (9). 33. Пристрій для керування за п. 32, який відрізняється тим, що сердечник (73) виготовлений із подавляючого вихрові струми матеріалу. 34. Пристрій для керування за п. 33, який відрізняється тим, що сердечник (73) виготовлений з листів трансформаторної сталі. 10 UA 105498 C2 11 UA 105498 C2 12 UA 105498 C2 13 UA 105498 C2 14 UA 105498 C2 15 UA 105498 C2 16 UA 105498 C2 17 UA 105498 C2 18 UA 105498 C2 19 UA 105498 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 20