RU2237542C1

RU2237542C1 - Apparatus for electromagnetic agitation of liquid core of ingot in mold

Info

Publication number: RU2237542C1
Application number: RU2003100669A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Тимофеев (RU); В.Н. Тимофеев; Р.М. Христинич (RU); Р.М. Христинич; ков С.А. Бо (RU); С.А. Бояков; С.П. Тимофеев (RU); С.П. Тимофеев
Original assignee: Красноярский государственный технический университет
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-10-10

Abstract

FIELD: metallurgy, namely continuous casting of metals at electromagnetic action upon liquid phase.

SUBSTANCE: apparatus for electromagnetic agitation of melt in horizontal and vertical planes includes magnetic circuit in the form of ferromagnetic portion of mold with multiphase winding. At each upper and lower sides of mold two coils are arranged; said coils are arranged concentrically and they are connected to different phases. Two coils arranged at different sides of mold symmetrically relative to axis of ingot are connected mutually opposite to one phase. Two other coils are connected to other phase in accordance. At one side of mold coils may be placed in such a way that to embrace one another or one over another.

EFFECT: enhanced power and operational characteristics of apparatus.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к технике непрерывного литья металлов с электромагнитным воздействием на жидкую фазу в алюминиевых заготовках.The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to the technique of continuous casting of metals with electromagnetic effects on the liquid phase in aluminum billets.

Известно устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла, заключенного в цилиндрический канал, путем вращения (А.с. РФ №1338773, М.кл. Н 05 В 6/20, 1985), в котором система индукционных катушек для создания вращательного движения металла, охватывающая по меньшей мере один из участков канальной части с металлом, по которому протекает электрический ток, выполнена в виде по меньшей мере двух охватывающих канал витков, установленных с заданным шагом и включенных встречно.A device is known for electromagnetic stirring of liquid metal enclosed in a cylindrical channel by rotation (A.S. RF No. 1338773, Mcl N 05 B 6/20, 1985), in which a system of induction coils for creating a rotational movement of the metal, covering at least one of the sections of the channel part with the metal, through which electric current flows, is made in the form of at least two turns covering the channel, installed with a given step and turned on in the opposite direction.

Недостатком такого устройства является кроме электрического питания дополнительных витков необходимость подвода тока в перемешиваемый металл, что вызывает технические трудности в реализации такой системы. Кроме этого, коэффициент полезного действия такого устройства невысокий, и оно имеет ограниченную область применения, при этом движение расплава может быть только в горизонтальной плоскости.The disadvantage of this device is, in addition to the electrical power of the extra turns, the need for supplying current to the stirred metal, which causes technical difficulties in the implementation of such a system. In addition, the efficiency of such a device is low, and it has a limited scope, while the movement of the melt can only be in the horizontal plane.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков (Вопросы совершенствования электротехнического оборудования и электротехнологий: Сборник статей. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2000, № 8, 290 с., стр.11, рис. 9-11), содержащее магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки которой выполнены концентрически и питаются от разных фаз.Closest to the claimed device is a device for electromagnetic mixing of the liquid core of the ingots (Issues of improving electrical equipment and electrical technologies: Collection of articles. Yekaterinburg: USTU - UPI, 2000, No. 8, 290 pp., 11, Fig. 9-11), containing a magnetic circuit with a multiphase winding, the coils of which are made concentrically and are fed from different phases.

Основными недостатками такого устройства являются:The main disadvantages of such a device are:

- громоздкость устройства и наличие специально выполненного магнитопровода, который не всегда можно установить вокруг слитка;- the bulkiness of the device and the presence of a specially made magnetic circuit, which can not always be installed around the ingot;

- проблематичность использования такого устройства в зоне кристаллизатора, что является важным при глубине жидкой фазы, равной высоте кристаллизатора.- the difficulty of using such a device in the mold area, which is important when the depth of the liquid phase is equal to the height of the mold.

В основу изобретения положена задача создания устройства для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка с улучшенными энергетическими и технологическими показателями, имеющего высокую надежность при работе в высокотемпературных средах, а также которое позволило бы осуществлять перемешивание расплава и в горизонтальной, и в вертикальной плоскостях одновременно.The basis of the invention is the creation of a device for electromagnetic mixing of the liquid core of the ingot with improved energy and technological parameters, having high reliability when working in high-temperature environments, and which would allow melt mixing in horizontal and vertical planes at the same time.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе, содержащем магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки которой выполнены концентрическими и питаются от разных фаз, согласно изобретению в качестве магнитопровода использована ферромагнитная часть кристаллизатора, с верхней и нижней сторон которого расположены по две катушки, причем две катушки, расположенные по разные стороны кристаллизатора симметрично относительно аксиальной оси слитка, подключены к одной фазе встречно, а две другие катушки подключены к другой фазе согласно. При этом катушки, расположенные по одну сторону кристаллизатора, могут быть размещены таким образом, что одна охватывает другую или одна над другой.The problem is solved in that in a device for electromagnetic stirring of a liquid core of an ingot in a mold containing a magnetic circuit with a multiphase winding, the coils of which are made concentric and are fed from different phases, according to the invention, the ferromagnetic part of the mold is used, with the upper and lower sides of which are located two coils, and two coils located on opposite sides of the mold symmetrically with respect to the axial axis of the ingot, s to the same phase counter, and the other two coils are connected to a different phase according to. In this case, coils located on one side of the mold can be placed so that one covers the other or one above the other.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе, где катушки, находящиеся по одну сторону кристаллизатора, размещены таким образом, что одна охватывает другую; на фиг.2 - то же, вид в аксонометрии с разрезом; на фиг.3 изображено предлагаемое устройство, где катушки, находящиеся по одну сторону кристаллизатора, размещены одна над другой; на фиг.4, 5 и 6 представлены картины электромагнитного поля для различных вариантов размещения и соединения обмоток.Figure 1 shows the proposed device for electromagnetic mixing of the liquid core of the ingot in the mold, where the coils located on one side of the mold are placed so that one covers the other; figure 2 is the same, a perspective view with a section; figure 3 shows the proposed device, where the coils located on one side of the mold are placed one above the other; figure 4, 5 and 6 presents a picture of the electromagnetic field for various options for the placement and connection of the windings.

Устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка в кристаллизаторе содержит катушки 1, 2, расположенные с верхней стороны кристаллизатора 3, являющегося магнитопроводом, который охватывает слиток 4 с жидкой фазой 5. К кристаллизатору 3 подведена вода 6 для охлаждения. С нижней стороны кристаллизатора 3 расположены катушки 7, 8. При этом две катушки, расположенные по разные стороны от кристаллизатора, например 2 и 7, включены согласно, а две другие (1 и 8) включены встречно или наоборот.A device for electromagnetic stirring of the liquid core of an ingot in the mold contains coils 1, 2 located on the upper side of the mold 3, which is a magnetic circuit that covers the ingot 4 with a liquid phase 5. Water 6 is supplied to the mold 3 for cooling. Coils 7, 8 are located on the bottom side of the mold 3. In this case, two coils located on different sides of the mold, for example 2 and 7, are connected in accordance, and the other two (1 and 8) are switched in the opposite direction or vice versa.

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

При подключении обмотки устройства к двухфазному напряжению со сдвигом фаз 90 электрических градусов в катушках 1 и 8 протекает электрический ток i₁, а в катушках 2 и 7 протекает ток i₂ (фиг.4). Катушки, по которым протекает ток i₁, создают магнитный поток

показанный на фиг.4 пунктирными линиями. Катушки с током i₂ создают магнитный поток

показанный на фиг.4 сплошными линиями. В результате наложения магнитных потоков

и

, которые в области жидкой фазы кристаллизующегося слитка смещены в пространстве на угол 90° или близкий к нему, и учитывая то, что фазовый сдвиг магнитных потоков

и

равен 90 электрических градусов, в области жидкой фазы слитка образуются вращающиеся магнитные поля, ось вращения одного из которых находится в левой полуплоскости слитка, а другая - в правой полуплоскости. Аналогично образуются магнитные потоки в варианте расположения катушек одна над другой при подключении катушек 1 и 8 к одной фазе, 2 и 7 к другой (фиг.5), при подключении катушек 1 и 7 к одной фазе, 2 и 8 к другой (фиг.6).When the winding of the device is connected to a two-phase voltage with a phase shift of 90 electrical degrees, an electric current i ₁ flows in

coils

1 and 8, and a current i ₂ flows in coils 2 and 7 (Fig. 4). The coils through which current i ₁ flows create a magnetic flux

shown in FIG. 4 by dashed lines. Coils with current i ₂ create a magnetic flux

shown in Fig. 4 in solid lines. As a result of superposition of magnetic fluxes

and

which in the region of the liquid phase of the crystallizing ingot are displaced in space by an angle of 90 ° or close to it, and taking into account that the phase shift of the magnetic fluxes

and

equal to 90 electrical degrees, in the region of the liquid phase of the ingot, rotating magnetic fields are formed, the axis of rotation of one of which is in the left half-plane of the ingot, and the other in the right half-plane. Similarly, magnetic fluxes are formed in the arrangement of coils one above the other when connecting

coils

1 and 8 to one phase, 2 and 7 to another (Fig. 5), when connecting

coils

1 and 7 to one phase, 2 and 8 to another (Fig. 6).

Под действием вращающихся магнитных полей в жидкой фазе кристаллизующегося слитка индуктируются вихревые токи, которые, взаимодействуя с первичным магнитным полем, вызывают усилия в жидком металле, приводящие последний в многопрофильное вращательное движение. Разностороннее вращательное движение жидкого металла в слитке может осуществляться непрерывно, или периодически в одном и том же направлении, или периодически в прямом и обратном направлениях за счет изменения направления вращения электромагнитного поля. Такое движение жидкого металла позволяет эффективно воздействовать на дендритную структуру кристаллизующегося слитка или заготовки, что способствует изменению зерна последнего и увеличению выхода годного. Кроме того, улучшенный тепломассообмен между низкотемпературной зоной, расположенной у стенок кристаллизатора, и высокотемпературной осевой зоной слитка ускоряет процесс кристаллизации и затвердевания и, как следствие, увеличивает скорость вытягивания слитка или заготовок.Under the action of rotating magnetic fields in the liquid phase of the crystallizing ingot eddy currents are induced, which, interacting with the primary magnetic field, cause forces in the liquid metal, leading the latter to multidisciplinary rotational motion. The versatile rotational motion of the liquid metal in the ingot can be carried out continuously, or periodically in the same direction, or periodically in the forward and reverse directions by changing the direction of rotation of the electromagnetic field. This movement of the liquid metal allows you to effectively affect the dendritic structure of the crystallizing ingot or billet, which contributes to a change in the grain of the latter and increase yield. In addition, improved heat and mass transfer between the low-temperature zone located near the walls of the mold and the high-temperature axial zone of the ingot accelerates the crystallization and solidification process and, as a result, increases the drawing speed of the ingot or billets.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества перед известными:The proposed device has the following advantages over known:

- простота конструктивного исполнения устройства при работе в агрессивной высокотемпературной среде, которая образуется в зоне литья и охлаждения слитка, обеспечивает его высокую надежность и долговечность;- the simplicity of the design of the device when operating in an aggressive high-temperature environment, which is formed in the casting and cooling zone of the ingot, ensures its high reliability and durability;

- устройство обладает высокой ремонтопригодностью, не требующей демонтажа основных узлов литейной машины, просто в обслуживании;- the device has high maintainability, not requiring the dismantling of the main components of the foundry machine, easy to maintain;

- комплексное многопрофильное перемешивание расплава в горизонтальной и вертикальной плоскостях одновременно обеспечивает однородность структуры слитка или заготовки по химическому составу и физическим свойствам;- complex multidisciplinary mixing of the melt in the horizontal and vertical planes simultaneously ensures uniformity of the structure of the ingot or billet in terms of chemical composition and physical properties;

- при установке устройства на действующее литейное оборудование не требуется капитальная переделка последнего;- when installing the device on existing foundry equipment does not require major alteration of the latter;

- интенсивное охлаждение жидкой фазы при кристаллизации достигается за счет сужения переходной зоны между расплавом и фронтом кристаллизации.- intensive cooling of the liquid phase during crystallization is achieved by narrowing the transition zone between the melt and the crystallization front.

Claims

1. A device for electromagnetic mixing of the liquid core of an ingot in a mold, containing a magnetic circuit with a multiphase winding, the coils of which are concentric and connected to different phases, characterized in that the ferromagnetic part of the mold is used as the magnetic circuit, with two coils located on its upper and lower sides moreover, two coils located on opposite sides of the mold symmetrically with respect to the axial axis of the ingot are connected to the same phase in the opposite direction, and two e coil connected to a different phase according to.

2. The device according to claim 1, characterized in that the coils located on one side of the mold are placed so that one covers the other.

3. The device according to claim 1, characterized in that the coils located on one side of the mold are placed one above the other.