Патент на изобретение №2270074

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКИХ СРЕД И ХОЛОДИЛЬНИК ДЛЯ НЕГО

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для электромагнитного перемешивания электропроводных жидких сред. Устройство содержит магнитопроводы бегущего поля и вращающегося поля. Магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана, зубцами внутрь устройства. В промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля. Гребенчатые элементы охвачены магнитопроводом вращающегося поля в виде кольцевого сердечника. Кольцевой сердечник охвачен обмотками вращающегося поля, расположенными между гребенчатыми элементами. Между гребенчатыми элементами магнитопроводов в промежутках между обмотками вращающегося поля и тепловым экраном и между кольцевыми обмотками бегущего поля расположен холодильник. Холодильник выполнен в виде гребенчатых элементов, разделенных перегородками. Обеспечивается повышение производительности, повышение эффективности охлаждения, повышение долговечности и надежности устройства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для электромагнитного перемешивания электропроводных жидких сред, например жидких металлов и сплавов в кристаллизаторе машины непрерывного литья, и может быть использовано в металлургии.

Наиболее близким к заявляемому устройству для перемешивания электропроводных жидких сред является устройство, содержащее обмотки бегущего поля (Патент РФ №2164458, опубл. 27.03.2001).

Недостатком его является сложность конструкции, трудоемкость изготовления, невозможность раздельного управления вращающимся и бегущим электромагнитными полями, напряженный температурный режим.

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения конструкции, повышение эффективности электромагнитного воздействия, надежности в работе, расширения функциональных возможностей за счет раздельного управления вращающимся и бегущим электромагнитными полями.

Для достижения указанного технического результата предлагаемое устройство для перемешивания электропроводных жидких сред содержит корпус кристаллизатора, магнитопроводы и обмотки бегущего и вращающегося поля, холодильник, при этом магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов с зубцами расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана, зубцами внутрь устройства, причем, гребенчатые элементы охвачены магнитопроводом вращающегося поля в виде кольцевого сердечника, в промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля, а кольцевой сердечник охвачен обмотками вращающегося поля расположенными между гребенчатыми элементами, при этом холодильник расположен между гребенчатыми элементами магнитопроводов в промежутках между обмотками вращающегося поля и тепловым экраном и между кольцевыми обмотками бегущего поля.

Отличительными признаками предлагаемого устройства для перемешивания электропроводных жидких сред от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие: устройство содержит тепловой экран, магнитопроводы, обмотки вращающегося поля и холодильник, причем магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана, зубцами внутрь устройства, причем гребенчатые элементы охвачены магнитопроводом вращающегося поля в виде кольцевого сердечника, в промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля, а кольцевой сердечник охвачен обмотками вращающегося поля расположенными между гребенчатыми элементами, при этом холодильник расположен между гребенчатыми элементами магнитопроводов в промежутках между обмотками вращающегося поля и тепловым экраном и между кольцевыми обмотками бегущего поля.

Благодаря наличию этих признаков упрощается конструкция, сокращаются трудозатраты на изготовление обмоток, улучшается тепловой режим, повышается долговечность, надежность, расширяются функциональные возможности устройства.

Наиболее близким к заявляемому холодильнику устройства для перемешивания электропроводных жидких сред является известный холодильник содержащий патрубки для подачи охлаждающей жидкости (Патент FR 2564343A, B 22 D 11/10, 22.11.1985). Недостатком его является недостаточно эффективное охлаждение. Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности охлаждения.

Для достижения указанного технического результата предлагаемый холодильник устройства для перемешивания электропроводных жидких сред содержит патрубки для подачи охлаждающей жидкости и выполнен в виде гребенчатых элементов разделенных перегородками и соединенных с патрубками для подачи охлаждающей жидкости.

Отличительными признаками предлагаемого холодильника для устройства перемешивания электропроводных жидких сред от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие: холодильник устройства для перемешивания электропроводных жидких сред выполнен в виде гребенчатых элементов, разделенных перегородками и соединенных с патрубками для подачи охлаждающей жидкости. Благодаря наличию этих признаков упрощается конструкция, улучшается тепловой режим, повышается долговечность, надежность, расширяются функциональные возможности устройства, повышается эффективность охлаждения.

Предлагаемая конструкция устройства для перемешивания электропроводных жидких сред и холодильник для него иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан разрез по А-А фиг.2, на фиг.2 – вид на устройство для перемешивания электропроводных жидких сред и холодильник для него сверху.

Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред содержит тепловой экран 1, магнитопроводы и обмотки бегущего и вращающегося поля, при этом магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов 2, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана 1, зубцами 3 внутрь устройства, причем гребенчатые элементы 2 охвачены магнитопроводом вращающегося поля в виде кольцевого сердечника 4, а в промежутках между зубцами 3 расположены кольцевые обмотки 5 бегущего поля, при этом кольцевой сердечник 4 охвачен обмотками 6 вращающегося поля, расположенными между гребенчатыми элементами 2.

Кроме того, устройство снабжено холодильником, выполненным в виде гребенчатых элементов 7, установленных соответственно между гребенчатыми элементами 2 магнитопроводов в промежутках между обмотками 6 вращающегося поля и тепловым экраном 1, а в промежутках между зубцами 8 этих элементов расположены кольцевые обмотки 5 бегущего поля. Каждый гребенчатый элемент 7 разделен перегородками 9,10 так, что охлаждающая жидкость циркулирует по всему элементу, обтекая внутреннюю поверхность от входного патрубка 11 до выходного 12.

Устройство работает следующим образом. Через патрубки 11 в гребенчатые элементы 7 подается охлаждающая жидкость. При этом жидкость, обтекая перегородки 9,10 каждого гребенчатого элемента 7 охлаждает все элементы устройства. При подаче напряжения на обмотки 5 бегущего поля создается бегущий по направлению оси теплового экрана 1 магнитный поток, а при подаче напряжения на обмотки 6 вращающегося поля создается вращающийся магнитный поток вокруг оси теплового экрана 1. При этом результирующий магнитный поток направлен под углом по отношению к составляющим, что позволяет создать винтовое бегущее электромагнитное поле. Изменяя чередование фаз, число витков, способ подключения обмоток к источнику напряжения, можно управлять направлением вращающегося и бегущего электромагнитных полей. Взаимодействие переменного бегущего электромагнитного поля с жидким металлом приводит к возникновению в нем электромагнитной силы, вызывающей движение металла вдоль оси теплового экрана, а взаимодействие вращающегося магнитного поля создает вращательное движение в электропроводном расплаве и его перемешивание в направлении поперек оси теплового экрана.

Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред и холодильник образуют единый изобретательский замысел. Холодильник содержит существенные признаки и предназначен для охлаждения именно этого устройства, без которого оно функционировать не может, и его конструктивные особенности, например выполнение в виде гребенчатых элементов, разделенных перегородками, увязаны с конструктивными особенностями всего устройства.

Предлагаемое устройство обеспечивает следующие преимущества перед известными устройствами.

Устройство является простым в изготовлении и ремонтопригодным, имеет высокую надежность при эксплуатации на металлургических предприятиях.

Конструкция магнитопровода в виде гребенчатых элементов уменьшает магнитные поля рассеяния, что приводит к увеличению вращающего момента при меньшем потреблении энергии, увеличивает коэффициент полезного действия.

Выполнение магнитопроводов и холодильника в виде гребенчатых элементов позволяет компактно выполнить зону охлаждения, повысить интенсивность охлаждения и обеспечить непосредственную близость полюсов магнитопроводов (зубцов) к тепловому экрану, максимально использовать энергию магнитного поля.

Применение предложенного устройства уменьшает время перемешивания жидкого металла, повышает производительность, позволяет перемешивать металл более равномерно по всему объему и приводит к измельчению кристаллов в структуре слитка, к повышению однородности распределения в объеме примесей и вводимых в сплав добавок.

Устройство за счет возможности независимого управления вращающимся и бегущим магнитными полями позволяет интенсифицировать тепло- и массообменные процессы, подобрать необходимую более эффективную, отвечающую технологии литья, топологию перемешивания.

Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред предлагаемой конструкции было использовано для перемешивания жидкого алюминия и его сплавов в машине непрерывного литья круглых слитков и на установках получения композитных материалов на базе алюминиевых сплавов.

Установка испытывалась при производстве слитков диаметром 152 и 202 мм из сплава Ф357 (алюминий + 7% кремний + добавки), сплава 6063 (алюминий + 0,4-0,8% кремний + 0,7% железо + добавки).

Устройство создает в кристаллизаторе независимо регулируемые по интенсивности полоидальные (вертикальные перемещения) и тороидальные (осевые вращательные) вихревые течения со скоростью до 1 м/с.

Работа устройства для перемешивания электропроводных жидких сред показала, что конструкция обеспечивает:

– Выравнивание фронта кристаллизации расплава в слитке;

– Измельчение кристаллических зерен слитка;

– Высокое качество боковой поверхности слитка;

– Равномерное распределение примесей по сечению слитка;

– Образование не механических смесей, а химических соединений.

Формула изобретения

1. Устройство для перемешивания электропроводных жидких сред, содержащее магнитопроводы и обмотки бегущего поля, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит тепловой экран, магнитопроводы, обмотки вращающегося поля и холодильник, причем магнитопроводы бегущего поля выполнены в виде гребенчатых элементов, расположенных радиально через равные угловые интервалы вокруг теплового экрана зубцами внутрь устройства, гребенчатые элементы охвачены магнитопроводом вращающегося поля в виде кольцевого сердечника, в промежутках между зубцами расположены кольцевые обмотки бегущего поля, а кольцевой сердечник охвачен обмотками вращающегося поля, расположенными между гребенчатыми элементами, при этом холодильник расположен между гребенчатыми элементами магнитопроводов в промежутках между обмотками вращающегося поля и тепловым экраном и между кольцевыми обмотками бегущего поля.

2. Холодильник устройства для перемешивания электропроводных жидких сред, содержащий патрубки для подачи охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что он выполнен в виде гребенчатых элементов, разделенных перегородками и соединенных с патрубками для подачи охлаждающей жидкости.

РИСУНКИ