Спосіб створення полівихрових течій та індукційний перемішувач рідкого металу

1. Спосіб створення полівихрових течій рідкого металу, який включає накладення обертових магнітних полів, що спрямовані назустріч та створені змінними струмами однакової частоти, який C2 2 (13) 1 3 77104 4 МПК6 В22D11/04]. Даний спосіб включає застосутечій дорівнює сумі числа пар полюсів обох обмовання зустрічних або однаково направлених оберток. Просторове положення вихорових течій в рідтових магнітних полів, створених з допомогою кому металі регулюється зсувом на просторовий двох ІП, що розміщені вздовж осі кристалізатора кут комплексних амплітуд фазних струмів різних МБЛЗ. Магнітне поле ІП, що знаходиться у верхній обмоток. Крім того, обмотки ІП з'єднані послічастині кристалізатора, дозволяє управляти течідовно. єю в області меніска шляхом гальмування або Для прикладу на Фіг.1 представлена схема, підсилення руху металу, що ініційований обертощо пояснює реалізацію способу індукційного певим магнітним полем головного перемішувача, ремішування рідкого металу під впливом двох який розміщений в нижній частині кристалізатора. обертових магнітних полів та запропонований Недоліком даного способу є використання двох ІП двообмотковий ІП рідкого металу, з допомогою для створення азимутального руху розплаву в якого реалізується вищезгаданий спосіб, наприкристалізаторі та для управління течією на вільній клад, в кристалізаторі МБЛЗ. На кресленні показаповерхні металу. При цьому збільшуються витрати на система ІП - кристалізатор. Двообмотковий ІП електроенергії та ускладнюється обслуговування складається з феромагнітного магнітопроводу 1 та кількох перемішувачів. двох трифазних обмоток 2 і 3. Перемішувач розПрототипом запропонованого способу індукміщено зовні і соосно з кристалізатором 4, з допоційного перемішування рідкого металу та примогою якого формується кірка 5 рідкометалевої строю для його реалізації є спосіб і пристрій перефази безперервнолитої заготовки 6. Зверху мішування різноспрямованими обертовими вздовж осі кристалізатора розміщено занурений магнітними полями. Даний спосіб здійснюється з сталерозливний стакан 7, який створює вихорові допомогою двообмоткового ІП, який живиться течії 8. Двообмотковий ІП ініціює в рідкій сталі течії трифазними системами струмів різних частот [О. 9 та 10. Pesteanu and K. Schwerdtfeger // ISIJ Int. - Vol. Спосіб реалізується наступним чином. 4(2001), №1. - P.98-99]. Таке технічне рішення доОдночасно з початком роботи МБЛЗ подають зволяє усунути виникнення небажаного воронконапругу від джерела живлення на обмотки 2 та 3 подібного профілю меніска в кристалізаторі з рідІП. Перша обмотка ІП виконана як асинхронний ким металом. Недоліком цього способу є те, що двигун з однією парою полюсів і збуджує обертове такий електромагнітний вплив обумовлює нестіймагнітне поле. Друга обмотка, що виконана з двокий рух розплавленого металу, який виникає в ма або більше парами полюсів, живиться від тієї ж зв'язку з відхиленням струмового навантаження трифазної мережі напруги, але збуджує магнітне однієї з складових частоти та значними втратами поле, яке обертається назустріч. Обмотки з'єднані потужності високочастотної складової поля послідовно. Крім того, обертові магнітні поля, що (250...400Гц) в мідних стінках кристалізатора та в спрямовані назустріч, створені змінними струмами кірці сталевого зливку, а також вимагає створення однакової частоти. спеціальних джерел живлення ІП. Комплексні амплітуди фазних струмів першої В основу винаходу поставлена задача - ствообмотки ІП 2 рівні: рити спосіб індукційного перемішування та ІП для І11 ІМ1, його реалізації, який забезпечує вибір оптимальної 2 j 1 3 частоти електричних струмів та амплітуди резульІ12 ІМ1е 3 ІМ1( j ), туючих електродинамічних зусиль (ЕДЗ) системи з 2 2 двох обертових магнітних полів, що дозволяє реа2 j 1 3 лізувати азимутальний рух розплаву в центральній І13 ІМ1е 3 ІМ1( j ). 2 2 та в периферійній зонах рідкого металу у різних Комплексні амплітуди фазних струмів у другій напрямках. обмотці ІП 3 рівні: Поставлена мета досягається тим, що в споІ21 ІМ2, собі перемішування рідкого металу, який включає накладення обертових магнітних полів, що спря2 j 1 3 мовані назустріч та створені змінними струмами І22 ІМ2е 3 ІМ2 ( j ), 2 2 однакової частоти, згідно з винаходом накладають 2 обертові магнітні поля такої інтенсивності, які заj 1 3 безпечують виникнення системи вихорових течій в І2 ІМ2е 3 ІМ2 ( j ), 2 2 об'ємі металу при умові, що амплітуда змінної де ІМ1, ІМ2 - амплітуди фазних струмів в котушскладової радіальних зусиль більше за амплітуду ках першої і другої обмоток відповідно. постійної складової цих зусиль. Якщо таке співвідПри такому виконанні ІП частота змінного ношення не виконується, то система вихорів не струму, який живить його обмотки вибирається в утворюється. Крім того, це дозволяє реалізувати інтервалі 3...15Гц. При цьому досягається необхідмінімальний азимутальний рух розплаву в центраний силовий вплив на метал при незначних джоульній зоні рідкого металу та максимальний - в пелевих втратах в стінках кристалізатора. Підбором риферійній. низької частоти живлення і амплітуди струмового Даний спосіб реалізується з допомогою ІП, що навантаження реалізуються режими руху розпламістить в собі шихтований магнітопровід з двома вленого металу з практично нульовою швидкістю трифазними обмотками і, згідно з винаходом, обна осі кристалізатора і необхідної по технологічмотки виконані з різним числом пар полюсів і проним вимогам швидкості руху біля фронту кристалітилежним направленням слідування фазних зон. зації. Розрахунки вказують на стійкий характер При цьому кількість виникаючих полівихорових 5 77104 6 руху рідкого металу, який обумовлюється течіями три вихорові течії, кількість яких дорівнює сумі розплаву, що спрямовані назустріч. Таким чином числа пар полюсів двох обмоток. Азимутальна вибирається оптимальна низька частота живлення складова кожного з цих вихорів направлена так, і забезпечується регулювання швидкості рідкого що виносить гарячий метал до водоохолодженої металу за рахунок зміни співвідношення між амстінки кристалізатора, а охолоджені шари металу пер-витками першої та другої обмоток ІП. Переміпереміщуються від стінки кристалізатора до гаряшувач розміщений навкруги кристалізатора 4, на чої внутрішньої області зливку. Таким чином інтенвнутрішній поверхні якого формується кірка 5 з сифікуються теплообмінні процеси на межі розпорідкого металу 6, що поступає через занурений ділу середовищ, що прискорює процес стакан 7 і витікає з нього течіями 8. Під впливом формування твердючої кірки. При цьому у припомагнітних полів, що спрямовані назустріч здійснюверхневій зоні рідкого металу не виникає небажається азимутальний рух розплаву за траєкторіями ний воронкоподібний профіль меніску. з різним направленням в центральній 9 і в периПриклад 2 ферійній зонах 10 зливку, що обумовлені впливаДосліджувався розподіл ЕДЗ в перерізі квадми ЕДЗ від першої та другої обмоток ІП. При цьоратної заготовки в дослідному зразку системи криму в периферійній зоні зливку виникають сталізатор-ІП. Електромагнітні характеристики полівихорові течії, кількість яких дорівнює сумі матеріалів наступні: провідність заготовки числа пар полюсів обох обмоток при умові, що провідність гільзи 0,7 10 6 1 , s Ом м амплітуда змінної складової радіальних зусиль більше за амплітуду постійної складової цих зу5,7 10 7 1 , відносна магнітна проникs Ом м силь. Просторове положення вихорових течій заність магнітопроводу =1000. Обмотки ІП створюлежить від зсуву на кут комплексних амплітуд ють обертові магнітні поля, що спрямовані назуфазних струмів різних обмоток. Тобто, комплексні стріч. На фіг. 3 приведено розподіл вектора амплітуди фазних струмів першої обмотки 2 рівні: густини сил у перерізі квадратної заготовки (F, 2 2 j j Н/м2) при витках W1=18 і W2=60, що створені за3 , І 3 . І11 ІМ1, І12 І11е 13 І11е мінним струмом величиною 10 А і частотою 10 Гц. Комплексні амплітуди фазних струмів у другій В результаті чого у центральній частині заготовки обмотці 3 рівнів: сили спрямовані по стрілці, а в приповерхньому 2 2 шарі заготовки - проти годинниковий стрілки. Як j j видно з фіг. 3, в периферійній зоні зливку виникаІ21 ІМ2e j , І22 І21е 3 , І23 І21е 3 . ють три вихорові течії, які створюються під дією Приклад 1 струмів двох обмоток з одною і двома парами поОбчислено розподіл ЕДЗ в перерізі круглої залюсів. Це сприяє інтенсифікації теплообмінних готовки в дослідному зразку системи кристалізапроцесів на межі розподілу середовищ (тверда тор-ІП МБЛЗ. Електромагнітні характеристики мастінка кристалізатора, що охолоджується водою та теріалів наступні: провідність заготовки рідка сталь), що прискорює процес формування провідність гільзи 0,7 10 6 1 , s твердючої кірки. В той же час вільна поверхня рідОм м кого металу в кристалізаторі залишається спокій7 1 5,7 10 , відносна магнітна проникs Ом м ною. ність магнітопроводу =1000. Напрямок обертання Таким чином, запропонований спосіб забезпемагнітних полів, що створені обмотками ІП, є зучує управління азимутальним рухом рідкого метастрічний. На Фіг.2 приведений розподіл вектора лу в центральній та в периферійній зонах безпегустини сил у круглій заготовці, що створені замінрервно-литого зливку. Це досягається за рахунок ним струмом двополюсної та чотирьохполюсної накладення на рідкий метал обертових магнітних обмоток величиною 10А і частотою 10Гц. При кільполів різної інтенсивності, що спрямовані назукості витків першої обмотки W1=18 і другої стріч, які створені трифазними електричними W2=45 вплив магнітних полів на рідкий метал, струмами однакової частоти та які забезпечують створених першою і другою обмотками, порівнявиникнення системи вихорових течій в об'ємі мений за величиною ЕДЗ. При цьому видно, що в талу при умові, що амплітуда змінної складової центральній частині заготовки сили спрямовані в радіальних зусиль більше за амплітуду постійної одному напрямку, а в приповерхневій частині - в складової цих зусиль. протилежному напрямку. При даному числі витків Література: першої і другої обмоток мають місце максимальні 1. Заявка PCT (WO), 94/15739, MПK5 ЕДЗ в периферійній зоні, тобто суттєво інтенсифіB22D11/04. кується теплообмінний процес на межі рідкий ме2. Патент США №5699850, МПК6 В22D11/04). тал - стінка кристалізатора МБЛЗ, що прискорює 3. О. Pesteanu and K. Schwerdtfeger // ISIJ Int. формування кірки безперервнолитої заготовки. Vol. 4(2001), №1. - Ρ.98-99. Крім того, в периферійній зоні зливку створюються 7 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 77104 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601