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EP0345146A1 - Inducteur pour dispositif de mise en forme de métal liquide par des forces électromagnétiques - Google Patents

Inducteur pour dispositif de mise en forme de métal liquide par des forces électromagnétiques Download PDF

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Publication number
EP0345146A1
EP0345146A1 EP89401474A EP89401474A EP0345146A1 EP 0345146 A1 EP0345146 A1 EP 0345146A1 EP 89401474 A EP89401474 A EP 89401474A EP 89401474 A EP89401474 A EP 89401474A EP 0345146 A1 EP0345146 A1 EP 0345146A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inductor
rings
inductor according
stack
central channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP89401474A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Edmond Bavay Jean-Claude
Pierre Marie Garnier François
Jacqueline Etay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ugine SA
Original Assignee
Ugine Aciers SA
Ugine Aciers de Chatillon et Guegnon
Ugine SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ugine Aciers SA, Ugine Aciers de Chatillon et Guegnon, Ugine SA filed Critical Ugine Aciers SA
Publication of EP0345146A1 publication Critical patent/EP0345146A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/003—Equipment for supplying molten metal in rations using electromagnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • H01F7/202—Electromagnets for high magnetic field strength

Definitions

  • the present invention relates to an inductor for a device for shaping a conductive liquid by electromagnetic forces generated by inductors.
  • a conductive liquid and, more particularly, a conductive liquid metal using electromagnetic forces.
  • inductors distributed in stages are arranged between the nozzle of a distributor of liquid metal and a mobile means for solidifying this metal.
  • the metal flows through the nozzle in the form of parallel jets to which it is necessary to give a particular profile such as a profile with rectangular section so that the liquid metal forms a thin sheet in contact with the mobile solidification device.
  • Such a device requires that the profile change takes place within a very short time, which prevents the liquid metal from acquiring too great a speed under the effect of gravity.
  • the electromagnetic fields must be intense to limit the number of stages and the size of the inductors must be reduced so as to be able to arrange them between the distributor and the cooling device as close as possible to the metal jets to coalescer then to form .
  • the present invention aims to overcome these drawbacks using a modular inductor having two front and rear faces, one part forming the winding is conductive and the other part is insulating in particular for a shaping device.
  • a conductive liquid jet flowing from a distributor using electromagnetic forces generated by at least one stage of inductors arranged on one side of the jets and / or on either side of the jet, each inductor comprising a central channel and a cooling circuit by circulation of a heat-transfer fluid and being formed of a continuous stack of rings electrically connected to one another and separated from each other by an insulating material, characterized in that the rings include radial slots angularly offset between two consecutive rings and are connected to each other by tabs, each tab connecting two consecutive rings to the edges of their slots alternately on a bo rd or on the other so that the current flows in the same direction in two consecutive rings of the same inductor.
  • Fig.1 a device for shaping a conductive liquid, in particular a liquid metal leaving a distributor, not shown, in the form of jets 10. These jets are coalesced in the form of a single jet thin rectangular section 11 by passage between two stages 12 and 13 of inductors 14.
  • This single jet with a determined profile is shaped in a known manner by passing over a mobile cooling device, not shown.
  • the windings of the inductors 14 are interconnected so that two consecutive inductors have opposite directions of current flow thus generating electromagnetic fields of opposite direction.
  • FIG.2 there is shown an inductor 16 consisting of a stack of solid rings 18, 20, 22.
  • One of the end rings 18 is supplied by a link 24.
  • Each ring has a radial slot 26 , 28, 30 as well as a recess forming a central channel marked 32.
  • the rings are insulated from each other by an insulating material 34 which also fills the slots so as to isolate the two edges of each slot 26, 28, 30.
  • the rings are nevertheless electrically interconnected.
  • a tab connects two consecutive rings, in the example shown are two tabs (48,50).
  • Each tab connects one edge of a slot in one ring with the opposite edge of the slot in the other ring.
  • the tongue 48 connects the edges 38 and 40 and the tongue 50 connects the edges 42 and 44.
  • the current supplied at 24 will rotate in each of the rings in the same direction, namely clockwise.
  • this winding is provided with a cooling device consisting of a housing 52 shown in parallelepiped shape and in phantom for simplification and clarity of the drawing, and longitudinal through bores 54, that is to say parallel to the axis of revolution of the winding, distributed at regular distances on the same circle with a diameter substantially equal to the average diameter of the ring.
  • one of the faces of the winding cooperates with one of the faces of the housing to form a chamber 56.
  • the opposite face of the housing carries two collectors 58 and 60 respectively mentation and evacuation. These manifolds are connected one to the longitudinal bores and the other to the central channel.
  • the supply manifold 58 is connected to the central channel 32 and the discharge manifold 60 is connected to the longitudinal bores 54.
  • the circulation of the cooling fluid is shown in broken lines.
  • an inductor is shown, the winding of which also consists of a stack of solid rings identical to those of the winding shown in FIG. 2.
  • the bores 64 are radial and through. They are machined in the thickness of the ring from the periphery and open into the central channel 32.
  • the faces of the winding cooperate in a sealed manner with the faces facing the housing, while the latter forms an annular peripheral chamber 66.
  • the heat transfer fluid can flow from the annular chamber 66 to the central channel, as indicated in solid lines, or vice versa, as indicated in broken lines, depending on whether the chamber 66 and the central channel 32 are connected respectively to the supply manifold 58 and to the discharge collector 60 and vice versa.
  • the material constituting the housing 52 may be of the same nature as the insulator, but in order to withstand the temperature, the front face facing the liquid metal is coated with a refractory material.
  • the collectors are located at the rear of the housing so as not to increase the volume of the inductor in the effective zone and thus obtain a high electromagnetic density.
  • the outside diameter of the inductor will be more important but it is possible to approach the liquid metal as closely as possible since the first ring of the winding is in contact with the front face of the housing; in the case of longitudinal bores, the outside diameter is that of the winding but the first ring is spaced from the front face of the housing by the depth of the chamber.
  • Fig.6 there are shown two superimposed stages of inductors constituting the shaping device according to the invention, the inductors being of the type of those shown in Fig.4 with slots and radial bores. As shown in this figure, the slots of each ring are angularly offset from one another. Reference I concerns the power supply of the inductors placed in series. The common references are identical in the two figures 4 and 6.
  • the winding consists of a stack of sectors of rings 70 angularly offset between them and partially superimposed so as to provide an electrical connection.
  • the rings are formed from a metallic strip 80 of rectangular section, connected together by this same strip so as to produce a continuous stack of rings.
  • the rings are insulated from each other by an insulating material.
  • This stack is placed in a housing in a manner identical to that of FIGS. 2 and 3.
  • the bores are of the radial type 64 and in FIG. 9 of the longitudinal type 54.
  • the inductors can be arranged on one side of the jets if they flow over a surface and the number of stages required can be reduced to just one.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Inducteur modulaire comportant deux faces avant et arrière dont une partie formant l'enroulement est conductrice et l'autre partie est isolante notam­ment pour un dispositif de mise en forme d'un jet li­quide conducteur s'écoulant d'un répartiteur à l'aide de forces électromagnétiques générées par un moins un étage d'inducteurs disposés d'un côté des jets et/ou de part et d'autre du jet, chaque inducteur (16) étant formé d'un empilement continu d'anneaux (18, 20, 22) reliés entre eux électriquement et séparés les uns des autres par un matériau isolant (34). Les anneaux (18, 20, 22) comportent des fentes radiales (26, 28,30) décalées angulairement entre anneaux consécutifs et sont raccordés les uns aux autres par des languettes (48, 50), chaque languette (48, 50) reliant deux anneaux consécutifs aux bords de leurs fentes alternativement sur un bord ou sur l'autre de façon que le courant circule dans le même sens dans deux anneaux consécutifs d'un même inducteur.

Description

  • La présente invention a pour objet un induc­teur pour dispositif de mise en forme d'un liquide conducteur par des forces électromagnétiques générées par des inducteurs.
  • On connaît des dispositifs de mise en forme d'un liquide conducteur et, plus particulièrement, d'un métal liquide conducteur à l'aide de forces élec­tromagnétiques. Ainsi dans le FR-A-2 558 085, des inducteurs répartis par étages sont disposés entre la buse d'un répartiteur de métal liquide et un moyen mobile de solidification de ce métal.
  • La métal s'écoule à travers la buse sous forme de jets parallèles auxquels il convient de donner un profil particulier tel qu'un profil à sec­tion rectangulaire de façon que le métal liquide forme une tôle mince au contact du dispositif mobile de solidification.
  • Un tel dispositif requiert que le changement de profil s'effectue dans un délai très court ce qui évite au métal liquide d'acquérir une vitesse trop importante sous l'effet la gravité. Les champs élec­tromagnétiques doivent être intenses pour limiter le nombre d'étages et la taille des inducteurs doit être réduite de façon à pouvoir les disposés entre le répartiteur et le dispositif de refroidissement aussi proche que possible des jets de métal à coalescer puis à mettre en forme.
  • On sait théoriquement que pour obtenir des forces électromagnétiques importantes, on peut uti­liser des enroulements massifs et un courant de haute intensité mais cela conduit à des échauffements incom­patibles avec l'utilisation et l'application recher­chées dans la présente invention.
  • La présente invention a pour but de pallier à ces inconvénients à l'aide d'un inducteur modulaire comportant deux faces avant et arrière dont une partie formant l'enroulement est conductrice et l'autre par­tie est isolante notamment pour un dispositif de mise en forme d'un jet liquide conducteur s'écoulant d'un répartiteur à l'aide de forces électromagnétiques générées par au moins un étage d'inducteurs disposés d'un côté des jets et/ou de part et d'autre du jet, chaque inducteur comportant un canal central et un circuit de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur et étant formé d'un empilement continu d'anneaux reliés entre eux électriquement et séparés les uns des autres par un matériau isolant, caracté­risé en ce que les anneaux comportent des fentes radiales décalées angulairement entre deux anneaux consécutifs et sont raccordés les uns aux autres par des languettes, chaque languette reliant deux anneaux consécutifs aux bords de leurs fentes alternativement sur un bord ou sur l'autre de façon que le courant circule dans le même sens dans deux anneaux consécu­tifs d'un même inducteur.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre de modes de réalisation particuliers en regard des figures annexées, parmi lesquelles :
    • - la Fig.1 représente un dispositif de mise en forme de l'art antérieur ;
    • - la Fig.2 représente un vue en perspective d'un inducteur d'un dispositif de mise en forme selon l'invention comportant une circulation de fluide de refroidissement longitudinale ;
    • - la Fig.3 représente une vue en coupe de l'inducteur de la Fig.2 ;
    • - la Fig.4 représente une vue en perspective d'un inducteur d'un dispositif de mise en forme selon l'invention comportant une circulation de fluide de refroidissement radiale ;
    • - la Fig.5 représente une vue en coupe de l'inducteur de la Fig.4 ;
    • - la Fig.6 représente une vue de face d'un étage double d'inducteurs d'un dispositif de mise en forme selon l'invention;
    • - la Fig.7 représente une vue de face d'une variante de réalisation d'un inducteur d'un dispositif de mise en forme selon l'invention ;
    • - la Fig.8 représente une variante de réa­lisation d'un empilement continu d'anneaux à l'aide d'un ruban métallique et la circulation du fluide de refroidissement radiale ; et
    • - la Fig.9 représente une variante identique à la Fig.8 dans laquelle la circulation du fluide de refroidissement longitudinale.
  • Sur la Fig.1 est représenté un dispositif de mise en forme d'un liquide conducteur notamment d'un métal liquide sortant d'un répartiteur, non représen­té, sous forme de jets 10. Ces jets sont coalescés sous forme d'un jet unique mince à section rectangulaire 11 par passage entre deux étages 12 et 13 d'inducteurs 14.
  • Ce jet unique à profil déterminé est mis en forme de façon connue par passage sur un dispositif mobile de refroidissement non figuré.
  • Les enroulements des inducteurs 14 sont reliés entre eux de façon que deux inducteurs consé­cutifs aient des sens de circulation du courant op­posés générant ainsi des champs électromagnétiques de direction opposées.
  • Sur la Fig.2, on a représenté un inducteur 16 constitué d'un empilement d'anneaux massifs 18, 20, 22. L'un des anneaux d'extrémité 18 est alimenté par une liaison 24. Chaque anneau comporte une fente radiale 26, 28, 30 ainsi qu'un évidement formant un canal central repéré 32. Les anneaux sont isolés entre eux par un matériau isolant 34 qui remplit également les fentes de façon à isoler les deux bords de chaque fente 26, 28, 30.
  • Les anneaux sont néanmoins reliés entre eux électriquement. Une languette relie deux anneaux con­sécutifs, soient dans l'exemple représenté deux lan­guettes (48,50).
  • Chaque languette relie un bord d'une fente d'un anneau avec le bord opposé de la fente de l'autre anneau. Ainsi la languette 48 relie les bords 38 et 40 et la languette 50 relie les bords 42 et 44.
  • Dans ce cas, le courant amené en 24 tournera dans chacun des anneaux dans le même sens, à savoir le sens horaire.
  • Par ailleurs, cet enroulement est muni d'un dispositif de refroidissement constitué d'un boîtier 52 représenté sous forme parallélépipédique et en trait mixte pour la simplification et la clarté du dessin, et des alésages traversants longitudinaux 54, c'est-à-dire parallèles à l'axe de révolution de l'enroulement, répartis à distances régulières sur un même cercle d'un diamètre sensiblement égal au dia­mètre moyen de l'anneau.
  • Ainsi, comme cela est représenté plus en détail sur la coupe de la Fig.3, l'une des faces de l'enroulement coopère avec l'une des faces du boîtier pour former une chambre 56. La face opposée du boîtier porte deux collecteurs 58 et 60 respectivement d'ali­ mentation et d'évacuation. Ces collecteurs sont reliés l'un aux alésages longitudinaux et l'autre au canal central.
  • Dans l'exemple représenté à la Fig. 3, le collecteur d'alimentation 58 est relié au canal cen­tral 32 et le collecteur d'évacuation 60 est relié aux alésages longitudinaux 54. La circulation du fluide de refroidissement est représenté en trait discontinu.
  • Dans le cas inverse, où le collecteur 60 constitue la collecteur d'alimentation relié aux alésages longitudinaux 54 et le collecteur 58 consti­tue le collecteur d'évacuation relié au canal central 32, la circulation du fluide de refroidissement est représentée en trait plein.
  • Sur la Fig.2, on a de plus indiqué la liai­son d'un inducteur avec le premier anneau 62 d'un in­ducteur consécutif.
  • Sur la Fig.4, On a représenté un inducteur dont l'enroulement est également constitué d'un em­pilement d'anneaux massifs identiques à ceux de l'en­roulement représenté à la Fig.2. Dans ce mode de réa­lisation les alésages 64 sont radiaux et débouchants. Ils sont usinés dans l'épaisseur de l'anneau à partir de la périphérie et débouchent dans le canal central 32.
  • Dans ce cas ainsi que cela est mieux repré­senté à la Fig.5 les faces de l'enroulement coopérent de façon étanche avec les faces en vis-à-vis du boîtier, tandis que ce dernier forme une chambre an­nulaire périphérique 66.
  • Dans cette variante, le fluide caloporteur peut circuler de la chambre annulaire 66 vers le canal central, comme indiqué en trait plein, ou inversement, comme indiqué en trait discontinu, suivant que la chambre 66 et le canal central 32 sont reliés respec­tivement au collecteur d'alimentation 58 et au col­lecteur d'évacuation 60 et inversement.
  • Le matériau constituant le boîtier 52 peut être de la même nature que l'isolant mais de façon à résister à la température, la face avant en vis-à-vis du métal liquide est revêtue d'un matériau réfractai­re.
  • De même, les collecteurs sont situés à l'arrière du boîtier de façon à ne pas augmenter le volume de l'inducteur dans la zone efficace et obtenir ainsi une densité électromagnétique importante.
  • En ce qui concerne la circulation du fluide caloporteur et le choix des alésages radiaux ou lon­gitudinaux, il est laissé à l'homme du métier qui prendra en considération les paramètres suivants : dans le cas des alésages radiaux, le diamètre exté­rieur de l'inducteur sera plus important mais il est possible d'approcher le métal liquide au plus près puisque le premier anneau de l'enroulement est en contact avec la face avant du boîtier ; dans le cas des alésages longitudinaux, le diamètre extérieur est celui de l'enroulement mais le premier anneau est espacé de la face avant du boîtier de la profondeur de la chambre.
  • Sur la Fig.6, on a représenté deux étages superposés d'inducteurs constituant le dispositif de mise en forme selon l'invention, les inducteurs étant du type de ceux représentés à la Fig.4 avec fentes et alésages radiaux. Comme représenté sur cette figure, les fentes de chaque anneau sont décalées angulaire­ment les unes par rapport aux autres. La référence I concerne l'alimentation électrique des inducteurs placés en série. Les références communes sont iden­tiques sur les deux figures 4 et 6.
  • Selon une autre variante de l'invention re­présentée à la Fig.7, l'enroulement est constitué d'un empilement de secteurs d'anneaux 70 décalés angulai­rement entre eux et partiellement superposés de façon à assurer une liaison électrique.
  • Une telle conception permet la réalisation d'empilements de secteurs d'anneaux de faible épais­seur en plus grand nombre. Par contre les alésages 71 seront usinés de préférence longitudinalement ainsi que représenté, compte-tenu de cette faible épaisseur.
  • Sur les Fig.8 et 9, les anneaux sont formés à partir d'un ruban métallique 80 à section rectan­gulaire, reliés entre eux par ce même ruban de façon à réaliser un empilement continu d'anneaux. Les anneaux sont isolés entre eux par un matériau isolant. Cet empilement est disposé dans un boîtier de façon iden­tique à celui des figures 2 et 3. A la Fig.8, les alésages sont du type radial 64 et à la Fig.9 du type longitudinal 54.
  • Dans un dispositif de mise en forme selon l'invention les inducteurs peuvent être disposés d'un seul côté des jets si ceux-ci s'écoulent sur une sur­face et le nombre des étages nécessaires peut être réduit à un seul.

Claims (11)

1. Inducteur modulaire comportant deux faces avant et arrière dont une partie formant l'enroulement est conductrice et l'autre partie est isolante notam­ment pour un dispositif de mise en forme d'un jet li­quide (10) conducteur s'écoulant d'un répartiteur à l'aide de forces électromagnétiques générées par au moins un étage d'inducteurs (12,13) disposés d'un côté des jets et/ou de part et d'autre du jet, chaque inducteur (14) comportant un canal central et un circuit de refroidissement (54, 64) par circulation d'un fluide caloporteur et étant formé d'un empilement continu d'anneaux (18, 20, 22) reliés entre eux élec­triquement et séparés les uns des autres par un maté­riau isolant (34), caractérisé en ce que les anneaux (18, 20, 22) comportant des fentes radiales (26, 28, 30) décalées angulairement entre deux anneaux consécutifs et sont raccordés les uns aux autres par des languettes (48, 50), chaque languette (48, 50) reliant deux anneaux consécutifs aux bords de leurs fentes alternativement sur un bord ou sur l'autre de façon que le courant circule dans le même sens dans deux anneaux consécutifs d'un même inducteur.
2. Inducteur selon la revendication 1, ca­ractérisé en ce que les anneaux sont des secteurs d'anneaux (70) partiellement superposés et décalés angulairement.
3. Inducteur selon la revendication 1, ca­ractérisé en ce que les anneaux sont constitués d'un enroulement continu (80) d'un ruban métallique à section rectangulaire.
4. Inducteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'empilement comprend des alésages traversants (54) orientés parallèlement à l'axe longitudinal de l'empilement.
5. Inducteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les anneaux de l'empile­ment comprennent des alésages radiaux (64) traversants de façon à mettre en liaison l'extérieur de l'empilement et le canal central.
6. Inducteur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'empilement est disposé dans un boîtier étanche (52) relié à deux collecteurs d'alimentation (60) et d'évacuation (58) du fluide caloporteur, ces collecteurs étant situés à l'arrière de l'inducteur.
7. Inducteur selon la revendication 6, ca­ractérisé en ce que la face avant de l'inducteur et la face en vis-à-vis du boîtier coopèrent de façon à réa­liser une chambre (56).
8. Inducteur selon les revendications 4 et 7, caractérisé en ce que le fluide caloporteur circule de l'intérieur du canal central (32) vers la chambre (56) puis à travers les alésages longitudinaux ou inversement.
9. Inducteur selon la revendication 6, ca­ractérisé en ce que la face avant de l'inducteur est en contact étanche avec la face en vis-à-vis du boî­tier et forme avec ce dernier une chambre annulaire périphérique (66).
10. Inducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le fluide caloporteur circule de l'intérieur du canal central (32) vers la chambre (66) à travers les alésages ra­diaux ou inversement.
11. Inducteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les boîtiers (52) sont munis sur au moins la face avant d'un matériau réfractaire.
EP89401474A 1988-05-30 1989-05-30 Inducteur pour dispositif de mise en forme de métal liquide par des forces électromagnétiques Withdrawn EP0345146A1 (fr)

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FR8807173 1988-05-30
FR8807173A FR2632115A1 (fr) 1988-05-30 1988-05-30 Inducteur pour dispositif de mise en forme de metal liquide par des forces electromagnetiques

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