Устройство для электромагнитной разливки металла

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для разливки жидкого металла. Устройство содержит емкость для металла, в которую погружена дисковая камера с центральным и боковым отверстиями. Дисковая камера между этими отверстиями охвачена П-образным магнитопроводом. К боковому отверстию подсоединен металлопровод, который используется также для подвода тока к дисковой камере. Другим полюсом для подвода тока служит погружной электрод. Ток (переменный или постоянный), протекая в дисковой камере между полюсами П-образного магнитопровода, создает между этими полюсами магнитное поле. В результате взаимодействия тока и магнитного поля возникает сила Лоренца, приводящая металл во вращение. За счет центробежной силы возникает перепад давления между центральным и боковым отверстиями и залива металла. При заливке не требуется дополнительный источник магнитного поля. В результате сокращается расход энергии, упрощается конструкция и повышается производительность. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для разливки жидкого металла.

Известно устройство по авт. св. СССР N 418265, МКИ B 22 D 39/00, предназначенное для дозированного разлива металла, состоящее из емкости для металла, металлопровода и рабочей ячейки, работающей по принципу магнитогидродинамического насоса и установленной под емкостью для металла.

Недостатком конструкции является низкая производительность насоса вследствии повышенного гидросопротивления, которое возникает в результате вихревого движения металла в зоне над рабочей ячейкой и обусловленное взаимодействием электрического тока в металле и магнитного поля электромагнита или постоянного магнита, установленного под рабочей ячейкой (в авт. св. N 418265 источник магнитного поля на чертеже не показан). Кроме того, установка источника магнитного поля усложняет конструкцию и увеличивает ее габариты.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому техническому результату и выбранное за прототип является устройство для электромагнитной разливки металла по авт. св. СССР N 1405963, МКИ B 22 D 39/00, содержащее емкость для разливки металла, в которой расположена дисковая камера с центральным и боковым отверстиями. Соосно центральному отверстию установлен заборный патрубок, а к боковому отверстию подключен металлопровод. Под дисковой камерой установлен источник магнитного поля.

Недостатком конструкции является то, что применение источника магнитного поля под дисковой камерой усложняет конструкцию и вызывают следующие негативные факторы: 1. При использовании в качестве источника магнитного поля постоянного магнита практически невозможно достичь индукции магнитного поля в камере более 0,1 T, даже если магнит расположить непосредственно под камерой, так как магнитная система имеет большой немагнитный зазор, величина которого определяется диаметром дисковой камеры. Так как расход перекачиваемого металла пропорционален току (величина которого не может быть чрезмерно большой) и величина магнитной индукции, то производительность установки будет невелика. Кроме того, в этом случае рабочий ток может быть только постоянным, что предполагает установку сильноточного выпрямителя. В целом конструкция усложняется и возрастает ее себестоимость.

2. При использовании в качестве источника магнитного поля электромагнита требуется дополнительный расход электроэнергии.

3. При разливке жидких металлов с температурой 200^oC и более источник магнитного поля должен быть вынесен за пределы емкости для металла. В этом случае снижается величина индукции в дисковой камере и следовательно снижается производительность установки. Особенно это проявляется при использовании электромагнитов переменного тока, где за счет вихревых токов в стенках емкости для металла и в самом металле будет иметь место быстрое затухание магнитного поля в функции расстояния от электромагнита. Расстояние между источником магнитного поля и дисковой камерой должно быть минимально возможным, что определяет местоположение дисковой камеры непосредственно на дне емкости для металла и таким образом становится невозможным выбирать зону забора металла исходя из технологических соображений, например, устанавливать дисковую камеру в зоне, где после отстоя имеет место наиболее чистый металл. Тогда как, например, при разливке магния в донной части происходит осаждение различных примесей, которые не должны перемешиваться с металлом.

4. Вращение металла, обусловленное взаимодействием магнитного поля вне камеры и рабочего тока, а также наличие патрубка на центральном отверстии увеличивает гидравлическое сопротивление. Кроме того, перемешивание металла, возникающее из-за взаимодействия поля вне камеры и рабочего тока, делает невозможным отстой с целью получения чистого металла.

5. За счет взаимодействия магнитного поля с вращающимся металлом внутри дисковой камеры возникает сила, тормозящая вращение металла, что снижает производительность установки.

Задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, а именно упрощение конструкции, увеличение ее надежности и производительности.

Указанная задача решается тем, что устройство, содержащее емкость для металла с центральным отверстием и боковым отверстием, соединенным с металлопроводом, снабжено П-образным магнитопроводом, охватывающим дисковую камеру в области между центральным (входным) и боковым (выходным) отверстиями. В этом случае становится возможна разливка металла без применения дополнительных источников магнитного поля, а дисковая камера может быть установлена в любом месте емкости для металла.

Разливка металла основана на использовании силы Лоренца, возникающей в результате взаимодействия рабочего тела, протекающего по металлу, и магнитного поля между полюсами П-образного магнитопровода, которое возбуждается непосредственно этим же рабочим током. Таким образом, не требуется дополнительного источника магнитного поля, соответственно не требуется дополнительный источник питания, сокращается расход энергии, упрощается конструкция в целом. При этом рабочий ток может быть как постоянным, так и переменным.

На фиг. 1 показан разрез установки электромагнитной разливки металла. На фиг. 2 показан вид дисковой камеры сверху.

Устройство для электромагнитной разливки металла содержит тигель 1, установленный внутри теплоизолированного кожуха 2. Дисковая камера 3 с магнитопроводом 4 и металлопроводом 5 установлена в тигле 1. Для подвода рабочего тока к дисковой камере используется электрод 6, выполненный в виде трубы, другим полюсом служит металлопровод 5, установленный внутри электрода 6. Магнитопровод 4 охватывает дисковую камеру в области между центральным и боковым отверстиями.

Устройство работает следующим образом. Включается рабочий ток I (переменный или постоянный), протекающий по контуру: электрод 6, металл вне камеры, центральное отверстие дисковой камеры 3, горизонтальный участок дисковой камеры 3, металлопровод 5. Рабочий ток I в дисковой камере, протекал между полюсами П-образного магнитопровода 4, создает магнитное поле B, направленное от одного полюса к другому. В результате взаимодействия рабочего тока I и магнитного поля B возникает сила Лоренца F, величина которой пропорциональна их произведению. Эта сила приводит металл к вращению с угловой частотой ω и центробежные силы создают перепад давления между центральным и боковым отверстиями.

Вследствие того, что магнитное поле концентрируется между полюсами магнитопровода, то тормозящая сила, вызванная взаимодействием магнитного поля и вращающегося металла в камере, имеет место только в области магнитопровода, а не во всем объеме камеры как в прототипе. Это повышает производительность установки. За пределами магнитопровода поле не велико и, следовательно, не возникает заметного вращения металла за пределами камеры, что также повышает производительность установки (снижается гидравлическое торможение, отпадает необходимость в патрубке на центральном отверстии), а также не перемешивается металл после отстоя.

Дисковая камера может быть установлена в любом месте емкости для металла и ее местоположение может определяться технологическими соображениями (получение наиболее чистого металла, наиболее однородного сплава и т.д.).

Установка может длительно разливать металл с температурой до 90^oC, что достаточно для разливки таких цветных металлов как алюминий, магний, цинк, олово, свинец и др. Верхняя тепловая граница определяется точкой Кюри материала магнитопровода; так сплавы 49К2Ф и 65К имеют точку Кюри - 980^oC, 18КХ - 930^oC, 27КХ - 940^oC. При выполнении магнитопровода из кобальта эта температура может быть поднята до 1000 - 1100^oC. Разливка металлов с большой температурой возможна при использовании принудительного охлаждения магнитопровода.

Была изготовлена и испытана опытная лабораторная установка. В качестве разливаемого металла был использован сплав галлия. При рабочем токе 1140 A установка развивала давление 16800 Па (0,168 атм), при токе 5000 A - 320000 Па (3,2 атм). При этих токах был получен максимальный расход соответственно 1,37 и 26,1 тонн в час. Давление и расход плавно регулировались путем изменения величины рабочего тока. Максимальная полная потребляемая мощность не превышала 8 кВА. Внутренний диаметр дисковой камеры 80 мм. При увеличении диаметра камеры производительность устройства возрастает.

Формула изобретения

Устройство для электромагнитной разливки металла, содержащее емкость для металла и расположенную в емкости дисковую камеру с центральным отверстием и боковым отверстием, соединенным с металлопроводом, отличающееся тем, что оно снабжено П-образным магнитопроводом, охватывающим дисковую камеру в области между центральным и боковым отверстиями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2