Спосіб електромагнітного керування обертальним рухом електропровідного тіла

Способ электромагнитного управления вращательным движением электропроводного тела, заключающийся в наложении бегущего магнитного поля на электропроводное тело, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что управление скоростью движения электропроводного тела осуществляют изменением направления бегущего магнитного поля в течение трех минут. К) о Os Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам получения движения электропроводных тел в электромагнитных устройствах с бегущим магнитным полем, и может быть использовано в энергетике, металлургии и литейном производстве. Известны [1,2] магнитогидродинамические устройства с бегущим магнитным О полем, применяемые для перемещения жидких металлов. Данные устройства имеют такую особенность как наличие больших немагнитных зазоров, существенное влияние краевых эффектов, невысокий коэффициент полезного действия. Известен [3] способ обработки металлов в ковше-печи нейтральным шла 1 27066 ком, включающий наведение шлака при переливе жидкого полупродукта, нагрев металла электрическими дугами и вакуумирование. К недостаткам данного способа обработки жидкой стали в ковше-печи относится большая длительность цикла обработки расплава, недостаточный тепломассоперенос между верхними и нижними слоями жидкого металла. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ вращения электропроводного тела, заключающийся в создании неоднородного переменного электромагнитного поля между ферромагнитными поверхностями или обмотками в области расположения электропроводного тела. При этом расширение функциональных возможностей способа при регулировании частоты и направления вращения достигается изменением расстояния между электропроводным телом и ферромагнитными поверхностями или обмотками [4]. Известный способ имеет такой существенный недостаток как необходимость изменения расстояния между электропроводным телом и . ферромагнитными поверхностями при регулировании частоты и направления вращения электропроводного тела. Реализация данного способа связана с техническими трудностями. Например, для создания вращения металла в канале индукционной канальной печи необходимо перемещать магнитопровод относительно канала с жидким металлом. Кроме того, при создании между двумя ферромагнитными поверхностями неоднородного магнитного поля, силовые линии которого направлены поперек оси электропроводного тела, создается интенсивное вращение электропроводного тела в азимутальной плоскости и незначительные перемещения электропроводной среды в аксиальном направлении. В основу изобретения положена задача создать такой способ электромагнитного управления вращательным движением электропроводного тела, который позволяет регулировать скорость вращения электропроводного тела изменением направления бегущего магнитного поля (БМП) на противоположное в течение трех минут. Поставленная задача решена таким образом, что в способе электромагнитного управления вращательным движением электропроводного тела путем регулирования частоты и направления вращения изменением расстояния между электро 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 проводным телом и ферромагнитными поверхностями или обмотками регулируют скорость движения электропроводного тела изменением направления бегущего поля на противоположное в течение трех минут. Преимущество предлагаемого способа перед прототипом заключается в том, что нет необходимости в изменении расстояния между электропроводным телом и ферромагнитными поверхностями или обмотками для регулирования направления и скорости вращения. В предлагаемом способе расстояние от индуктора бегущего магнитного поля до электропроводного тела (жидкий металл) остается неизменным. На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа, где: 1 - ковшпечь; 2 - двухфазный индуктор бегущего магнитного поля; 3 - жидкий металл. На фиг. 2-6 показана структура течения металла в электропроводном теле в процессе осуществления способа. Бегущее магнитное поле, создаваемое кольцевым индуктором, охватывающим ковш с электропроводным телом, направлено снизу вверх. При этом электропроводное тело, т.е. жидкий металл, совершает вращательное движение в аксиальной плоскости вдоль боковых стенок к поверхности и во внутренние слои с характерной скоростью v = 2,5 м/с (фиг. 2). Затем изменяется направление бегущего магнитного поля на обратное (реверсирование) в течение 3 мин. На фиг. 3 показано движение электропроводного тела после 1 мин реверсирования. Как видно из фиг.З, характерная скорость движения металла снижается до-1,2 м/с. На фиг. 4 показано движение металла в виде двух вихрей со скоростью v = 1,0 м/с после 2 мин реверсирования. На фиг. 5 изображено вихревое движение в электропроводном теле после 3 мин изменения направления движения бегущего магнитного поля. Как видно из фигуры, происходит разрыв течения электропроводной жидкости на четыре вихря. Причем характерная скорость циркуляции металла в двух больших вихрях составляет 0,8 м/с, а в возникших двух новых вихрях небольшого размера характерная скорость металла соответствует 0,05 м/с. Из фиг. 6 следует, что дальнейшее реверсирование бегущего магнитного поля приводит к образованию четырех вихрей разного размера, из которых в двух верхних металл циркулирует с характер-* 27066 ной скоростью 0,2 м/с, а в двух нижних - со скоростью 0,15 м/с [5]. Таким образом, разрыв течения на четыре вихря после 3 мин реверсирования бегущего магнитного поля приводит к возникновению застойных зон, затрудняющих тепломассоперенос, в частности подвод легирующих добавок и реагентов в реакционную зону, тем самым препятствует достижению химической и температурной однородности электропроводного тела. Реверсирование магнитного поля до 3 мин приводит к образованию только двух вихрей из четырех, что позволяет избежать возникновения застойных зон в жидком электропроводном теле. П р и м е р . Исследования проводили при обработке стали марки ЮГН2МФА на 150-Т установке типа ASEA-SKF, оборудованной цилиндрическим индуктором для электромагнитного перемешивания металла. После перелива из печи в ковш и наведения шлака объем расплава массой 144 т повергается электродуговому подогреву в течение 60 мин с активной мощностью Р = 10,5 МВт. При этом температура жидкой стали достигает 1610°С. Индукционный перемешиватель работает вначале при направлении бегущего магнитного поля вверх, т.е. циркуляция металла в электропроводном теле осуществляется вверх вдоль стенок ковша и вниз - в центральной части ковша. Затем в течение 3 мин направление поля меняется на обратное, т.е. сверху вниз. Ток в индуктоР е 'ичд = 7 5 0 А» частота v = 0,8 Гц. После этого проводится вакуумирование с разрежением £100 ГПа с одновремен 5 10 15 20 25 ным осуществлением электромагнитного перемешивания при направлении элею> ромагнитных сил вверх, т.е. металл движется сверху вниз здоль оси ковша со скоростью 2,5 м/с. Затем при действии электромагнитных сил, направленных вниз (реверсирование направления магнитного поля) в течение 3 мин, скорость движения металла снижается до 0,8 м/с. В процессе испытаний после каждой плавки визуально оценивается состояние рабочего слоя огнеупорной кладки ковша. Исходная толщина рабочего слоя составляет 150 мин. При движении бегущего магнитного поля, воздействующего на электропроводное тело в одном направлении, средний за плавку износ огнеупоров рабочего слоя стенки ковша в зоне пузыреобразования составляет 4,5-5,2 мм. При осуществлении предлагаемого способа с реверсированием магнитного поля в течение 3 мин износ огнеупоров снижается до 2,5-3,0 мм. Использование предлагаемого способа электромагнитного управления вращательным движением электропроводного тела путем изменения направления бегущего магнитного поля на противоположное в 30 течение 3 мин по сравнению с известными способами обеспечивает уменьшение размыва рабочего слоя огнеупорной кладки почти в 2 раза, т.е. увеличивается срок службы футеровки ковша. Кроме того, 35 предлагаемый способ исключает возможность термического разрушения огнеупоров рабочего слоя футеровки ковша перегретым металлом. 27066 \ВМП V-2,5м/с Фиг.і Фиг. 2 фи2.3 t = Олійу Фиг.ч (6/7/7 - 0,2м/с Фиг. 6 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор А.Маковська Замовлення 550 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101