Спосіб електромагнітного перемішування рідкого металу

Реферат: Спосіб електромагнітного перемішування рідкого металу включає силові дії на метал біжучого і пульсуючого магнітних полів. Дії зазначених магнітних полів періодично чергують між собою в часі. Напрям біжучого поля періодично змінюють на протилежний. UA 89970 U (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПЕРЕМІШУВАННЯ РІДКОГО МЕТАЛУ UA 89970 U UA 89970 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі металургії, зокрема до способів покращення якості металу шляхом перемішування металевого розплаву за допомогою електромагнітного поля, та може бути використана для перемішування металу в плавильних печах, міксерах, металургійних ковшах та ін. для вирівнювання температури і хімічного складу металевого розплаву (сплаву). Відомий спосіб електромагнітного перемішування рідкого металу за рахунок дії біжучого магнітного поля, створеного багатофазним лінійним індуктором [1]. Недоліком зазначеного способу перемішування є наявність застійних зон в об'ємі рідкого металу, що зменшує ефективність перемішування розплаву і, в кінцевому рахунку, призводить до зниження його якості. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі є спосіб електромагнітного перемішування електропровідного розплаву, що включає в себе одночасну дію на нього біжучого магнітного поля і одного або декількох пульсуючих магнітних полів [2]. Змінюючи напрям руху біжучого поля та інтенсивність пульсуючих полів, домагаються більш кращого перемішування рідкого металу. Недоліком аналога є те, що реалізація одночасно діючих біжучого і пульсуючих магнітних полів в одній електромагнітній системі, призводить до взаємного ослаблення вихрових потоків рідкого металу, створених кожним з цих полів, а це зменшує інтенсивність руху металу в цілому, тобто зменшує ефективність перемішування. В онову корисної моделі поставлена задача створення способу електромагнітного перемішування рідкого металу, за яким досягається ефективне перемішування металевого розплаву у всьому об'ємі ванни металургійного агрегату (печі, міксера, ковша тощо) за рахунок періодичного чергування в часі силової дії на метал біжучого і пульсуючого магнітних полів. Завдяки цьому досягається новий технічний результат, який полягає в покращенні якості металу. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб включає в себе силову дію на метал біжучого і пульсуючого магнітних полів, зазначена дія здійснюється почергово кожним із цих полів. Особливість такої комбінованої дії магнітних полів полягає в тому, що біжуче і пульсуюче поля створюють різні за конфігурацією (структурою) вихрові течії рідкого металу у ванні металургійного агрегату. Так, наприклад, біжуче магнітне поле, створене розміщеним біля бокової стінки ванни лінійним індуктором при багатофазному електроживленні, збуджує одноконтурну вихрову течію (в плані ванни). В той же час пульсуюче поле, створене цим же індуктором при однофазному його живленні, породжує двоконтурну течію. Періодичне чергування в часі таких течій дозволяє звести до мінімуму негативну дію застійних зон, оскільки їх місцезнаходження буде постійно мінятися. Ефективність перемішування ще більш підвищиться, якщо при цьому додатково періодично чергувати напрям руху біжучого поля. Таким чином, за рахунок описаної дії біжучого і пульсуючого магнітних полів досягається краще перемішування металу у всьому об'ємі ванни металургійного агрегату, що забезпечує отримання більш якісного металу. Корисна модель може бути реалізована за допомогою електромагнітної системи (індуктора), схематичне зображення якої наведено на фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1, 2 показана система, яка пристикована до бокової стінки ванни відбивної печі. На фіг. 1 показана система і ванна печі у випадку дії біжучого магнітного поля, створеного індуктором при живленні його котушок від трифазної напруги. На фіг. 1 також показані розподіл (силові лінії) електромагнітного поля індуктора, а також вихрова течія рідкого металу в ванні печі, отримані в результаті комп'ютерного моделювання системи електромагнітного перемішування для відбивної печі, що плавить алюміній, розміри ванни якої в плані складають 2 2 ×3м . На фіг. 2 представлена ця ж система у випадку дії пульсуючого магнітного поля, створеного індуктором при живленні його котушок від однофазної напруги. Крайні котушки індуктора при цьому з'єднуються між собою узгоджено, а середня - зустрічно. Електромагнітна система складається із шихтованого феромагнітного осердя (магнітопроводу) Ш-подібної форми 1 і трьох однакових котушок 2, 3 і 4, намотаних на стрижні (керни) зазначеного осердя. Система пристиковується до бокової стінки ванни печі 5. Система працює наступним чином. При вмиканні котушок системи до трифазної електричної мережі в ній виникає біжуче магнітне поле, яке за рахунок тангенціальних електромагнітних сил, що індукуються в рідкому металі, заставляє його рухатися уздовж бокової стінки ванни печі. Така силова дія магнітного поля призводить до виникнення одноконтурної вихрової течії металу, зображеної на фіг. 1. Як видно з цієї фігури, рідкий метал у ванні печі рухається в основному на периферії ванни печі, в той час як в центральній її частині знаходиться досить велика застійна 1 UA 89970 U 5 10 15 20 25 зона. Максимальне значення швидкості металу при цьому досягається біля бокової стінки ванни печі, до якої пристиковано індуктор. При перемиканні системи з трифазного електроживлення на однофазне виникає пульсуюче магнітне поле, яке створює електромагнітні сили, спрямовані нормально (перпендикулярно) до бокової стінки ванни печі. Дія цих сил в цьому випадку призводить до виникнення двоконтурного вихрового руху, максимальна швидкість якого знаходиться в центральній частині ванни (фіг. 2). За умови періодичного перемикання системи з одного живлення на інше, тобто коли чергуються між собою дії біжучого і пульсуючого магнітних полів, досягається більш ефективне перемішування розплаву у ванні в порівнянні з випадками, коли окремо діє кожне з цих полів. Ще більшого ефекту досягається у випадку, коли додатково при цьому здійснюється періодичне реверсування біжучого поля, тобто коли при одному вмиканні системи у трифазну мережу біжуче поле спрямовано в один бік, а при наступному - в інший. Тривалість дії кожного з полів (період перемикання системи) визначається в кожному випадку окремо. Вона залежить від ємності печі, фізичних властивостей рідкого металу, потужності індуктора та інших параметрів. Таким чином, у порівнянні з аналогом, періодичне чергування силової дії на метал біжучого і пульсуючого магнітних полів, а також періодична зміна напряму руху біжучого поля дозволяють підвищити ефективність електромагнітного перемішування рідкого металу в металургійних агрегатах, що приводить до покращення якості металу та сплавів на його основі. Джерело інформації: 1. Non ferrous casting: Equipment MHD Technology. - Riga, Latvia: Krãsainie lẽjumi, 2004. - 22 p. 2. Пат. 2113572 РФ, МПК F27D 23/04. Способ электромагнитного перемешивания электропроводных расплавов / Тимофеев В.Н., Христинич P.M., Бояков С.А., Рыбаков С.Л.; заявитель и патентообладатель Красноярский государственный технический университет. - № 97107945/02; заявл. 13.05.97; опубл. 26.06.98. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 1. Спосіб електромагнітного перемішування рідкого металу, що включає силові дії на метал біжучого і пульсуючого магнітних полів, який відрізняється тим, що дії зазначених магнітних полів періодично чергують між собою в часі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що напрям біжучого поля періодично змінюють на протилежний. 2 UA 89970 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 3