Устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла при непрерывной разливке

Устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла при непрерывной разливке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА ПРИ НЕПРЕРЬЮНОЙ РАЗЛИВКЕ, содержащее источник многофазного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, размещенный под кристаллизатором параллельно технол огической оси машины непрерьгеного литья, отличающееся тем, что, с целью повьаиения однородности непрерывнолитого слитка по структуре и химическому составу и расширения марочного сортамента непрерывно-литой стали, индуктор выполнен с переменным полюсным делением, которое на выходе индуктора в 2-6 раз больше, чем на входе.

союз совятсних социалистичесних

Республин (!9) 01) 4(51) В 12 0 11/10

ГосудАРстбенный номитет сссР по дклАм изои чтений и отнРытьй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3636373/22-02 (22) 03.06,83 (46) 15.06.85. Бюл. Ф 22 (72) Б.В.Чудовский, Л.Н.Ламыкин и А.Г.Зубарев (71) .Научно-производственное объединение "Тулачермет" (53) 621.746.27 (088.8) . (56) 1.Заявка Великобритании

У 2019273, кл, В 22 D 11/10, 1963.

2.Патент США Ф 3995678, кл. В 22 D 27/02, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИАГ"

НИТНОГО ПЕРЕИЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ, содержащее источник многофаэного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, размещенный под кристаллизатором параллельно технологической оси машины непрерывного литья, о т л и ч а в щ е е с я тем, что, с целью повьипения однородности непрерывно. литого слитка по структуре и химическому составу и расширения марочногосортамента непрерывно-литой стали, индуктор выполнен с переменным полюсиым делением, которое на выходе индуктора в 2-6 раз больше, чем на входе.

1161232

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Известно устройство для электромагнитного перемешивания лунки жидкого 5 металла при непрерывной разливке в зоне под кристаллизатором, которое осуществляет перемешивание бегущим электромагнитным полем, направленным вдоль технологической оси машины не- 10 прерывного литья. Использование этого устройства позволяет ускорить снятие температуры перегрева жидкого металла, улучшить структуру непрерывнолитого слитка за счет расширения зо- 15 ны равноосных кристаллов, уменьшения осевых усадочных раковин и снижения осевой ликвации {„3g .

Недостатком устройства является, то, что интенсивность электромагнит- 20 ного поля в нем резко уменьшается на входе и выходе.индуктора устройства, в силу чего на этих участках возникают большие перепады сксрости потока жидкого металла, вызывающие 25 образование в слитке специфических неоднородностей в виде зон с отрицательной ликвацией, так называемых

"белых полос". Это ухудшает качество непрерывно-литого металла, делая 30 его в некоторых случаях вообще непригодным для использования, Характерным примером в этом отношении является подшипниковая сталь, для которой наличие "белых полос" в структуре слитка является прямым браковочным признаком.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату является уст- 40 ройство, содержащее источник многофазного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, который размещен под кристаллизатором параллельно технологичес- 45 кой оси машины непрерывного JIHTbHe

В этом устройстве для ослабления интенсивности бегущего электромагнитного поля обмотка индуктора выполнена с возрастающим межвитковым 50 шагом, либо с возрастающим диаметром витков, либо,,при многослойной обмотке, с уменьшающимся числом слоев витков в направлении во всех случаях от середины индуктора к 55 его концам, Указанные технические решения обеспечивают ослабление интенсивности бегущего электромагнитного поля в направлении от середины индуктора к его концам, в результате чего достигается соответствующее уменьшение переиешивающегося усилия (2f.

Недостатком устройства является то, что в нем, при изменении интенсивности бегущего электромагнитного поля, скорость последнего сохраняется постоянной по всей длине индуктора и резко изменяется на входе и выходе 0FQ> что не позволяет исключить образование белых полос" в структуре непрерывного слитка и, следовательно, не обеспечивает возможности непрерывной разливки таких сталей как подшипниковая, рельсовая и других. Кроме того, устройство сложно в изготовлении и имеет низкий

КПД из-за больших полей рассеяния.

Цель изобретения — повышение однородности непрерывно-литого слитка по структуре и химическому составу и расширение марочного сортамента непрерывно-литой стали.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для электромагнитного перемешивания жидкого металла при непрерывной разливке, содержащем источник многофазного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, размещенный под кристаллизатором параллельно технологи" ческой оси машины непрерывного литья, индуктор выполнен с переменным полюсным делением, которое на выходе индуктора в 2-6 раз больше, чем на входе.

Изобретение позволяет изменить скорость бегущего электромагнитного поля по длине индуктора, а вместе с ней и скорость потока жидкого металла в зоне электромагнитного перемешивания, от меньшей величины на входе индуктора до большей на выходе его. Указанное обеспечивает получение более мягкого режима перемешивания с последовательным нарастанием скорости потока жидкого металла во всей зоне перемешивания, что необходимо для получения более однородного по структуре и химическому составу непрерывно-литого слитка. При этом наличие диапазона изменений полюсного деления в индукторе в пределах 2-6 раз обьясняется. различием физико-химических свойств

1161 жидкого металла различных марок и особенностями его затвердевания.

Характер изменения полюсного деления по длине зоны перемешивания определяется распределением полюсного деления по длине индуктора, которое характеризуется следующим: минимальное полюсное деление имеет входная часть (вход) индуктора (Ъ длиною 2 Ь ця (это полюсное деление 10 является входным полюсным делением индуктора, т.е. - „ц„= Ьвх ); каждое последующее к выходу индуктора полюсное деление имеет величину не меньшую, чем предыдущее; изменение полюсного деления но длине индуктора производится ступенчато; величина любой ступени изменения полюсного деления кратна целому числу от до 6 минимальных значений полюсного

/Ъ деления на входе пндуктора (т.е. 5 ь=

= n ° Гяоц, где n — целое число от

1 до 6, (ь — текущее значение IIoлюсного деления; степень увеличения полюсного деления по длине индуктора д составляет величину от 2 до 6 согласно изобретению.

Указанное выражается зависимостью

30 ь

2 1- мин ью где „цн — минимальное значение полюсного деления на

35 входе и ндукт ор а;

L — длина индуктора;

P — число пар полюсов с пои

Г" люсным делением п (, „„;

40 п — натуральный ряд чисел от 1 до 6 (1,2,3,4,5,6).

Отсюда можно выразить значение выходного полюсного деления, которое записывается

1 щ = (2-6) н он = (2-6)tsx э

1 .

Пределы 2-6 изменения увеличения полюсного деления по длине индуктора о обосновываются следующим образом.

При перемешивании в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ жидкой фазы металла бегущим электромагнитным полем, направленным вдоль оси заготовки,, вход индуктора с полюсным делением %

Гвх бя„н располагается на участке заготовки, выходящей из кристаллиза232 4, тора и имеющей тонкую корку толщиной

15-25 мм. При этом величина полюсно-. го деления на входе индуктора определяется иэ условий, исключающих обоснование "белой полосы" в структуре слитка. Эти условия выражены в форме ограничения скорости перемещения жидкого металла на входе индук.тора величиной 0,23-0,5 и/с. Эти условия легко пересчитываются в необходимую величину полюсного деления по формуле „1 = 2 1.ВХ где V> — скорость перемещения жидкого металла под действием поля; частота электрического то++ У полюсное деление индуктора на входе;

S — скольжение.

Выход индуктора размещен на участке заготовки с толстой коркой затвердевшего металла, толщина которой стремится к нолутолщине заготовки.

Очевидно, что перемешивание за толстой коркой требует больших амплитуд и глубины проникновения магнитного поля, составляющей 0,5-0,75 ширины непрерывнолитой заготовки. Это дости-. гается использованием больших полюсных делений индуктора в рабочем диа- пазоне частот 5-50(60) Гц.

Условие Гвь,„ (2 Та„ означает, что (, т вых = ех = ц„„° следовательно при этом условйй перемешивания металла за толстой коркой не соблюдается, так как глубина проникновения поля недостаточна.

При условии ь „ = 2 .вх оптимальные условия перемешивания за толстой коркой уже выполняются, хотя лишь для мелких сечений при разливке сорговых заготовок. Для блюмов, имеющих большее сечение, полюсное деление должно быть еще большим, но нри Г <

ЭЫх

67>„ дальнейшее его увеличение становится нецелесообразным, так как даже прй низких частотах 5-8 Гц зависимость глубины проникновения магнитного поля от полюсного деления достигает насыщения и его дальнейшее увеличение не приводит к существенному приросту глубины проникновения магнитного поля. При этом конструктивная сложность нндуктора про-, 1161232 должает возрастать, а его энергетические параметры ухудшаются.

Указанное в рабочем диапазоне частот 5-50(60)Гц подтвержается зависимостью Ъ

h о .=

SO где h о — глубина проникновения

15 магнитного поля; ф о — магнитная проницаемость металла; З вЂ” электропроводность металла

И вЂ” угловая рабочая частота.

Таким образом величина выходного

Ъ Г полюсного деления I. „„(2 я я . не обеспечивает необходимой глубины проникновения магнитного поля, а величина выходного полюсного деления

) 6 L „,, „нецелесообразна, так

ВЬЮ как не приводит к соответствующему приросту глубины проникновения магнитного поля, вызывая в то же время усложнение конструкции и ухудшения энергетических параметров инцуктора.

Следовательно, оптимальное изменение увеличения полюсного деления индуктора находится в пределах 2-6, Конкретное значение увеличения 3S полюсного деления индуктора в пределах указанного диапазона 2-6 уточняется экспериментально для данной марки металла и ограничивается его минимальным значением, необходимым 40 для устранения "белых полос" в структуре слитка. Дальнейшее увеличение нецелесообразно, так как приводит к неоправданному усложнению конструкции нндуктора устройства. 45

На фиг. 1 представлено устройство для электромагнитного перемешивания лунки жидкого металла-при непрерывной разливке, разрез; на фиг. 2— схема трехфазной однослойной обмотки индуктора устройства.

Предлагаемое устройство содержит источник 1 многофаэного.электрического тока, кабельную линию .2, индуктор 3 бегущего электромагнитного SS поля с обмоткой 4 и магнитопроводом

5. Индуктор 3 защищен кожухом 6 иразмещен под кристаллизатором 7 параллельно технологической оси MBIHHHbl непрерывного литья.

Обмотка 4 индуктора 3 размещена на магнитопроводе 5 с переменным полюсным делением, которое на выходе индуктора 3 в 2-6 раз больше, чем на входе. Обмотка 4 индуктора 3 может быть петлевой, кольцевой, волновой и т.п., однако во всех случаях общим требованием остается наличие переменного полюсного деления, которое возрастает по длине индуктора в

2-6 раэ. Размещение фазовых зон А)(, Щ, „ обмотки 4 на магнитопроводе

5 и полюсные деления 7,1 и С для конкретного варианта индуктора с

2.

*22„показаны на фиг. 1 и 2.

Представленное на фиг. 1 и 2 соединение фаз обмотки 4. "звездой" не исключает воэможности их соединения и "треугольников.", в зависимости от конкретныс условий эксплуатации.

Устройство работает следующим образом.

От источника 1 многофазного электрического тока по кабельной линии 2 подается питание на индуктор 3, в котором посредством обмотки 4 и магнитопровода 5 создается бегущее электромагнитное поле, скорость которого изменяется по длине индуктора 3 в соответствие с изменением величины полюсного деления, т.е. возрастает в

2-6 раэ на- участке от входа до выхода ,индуктора 3. 3 процессе непрерывной разливки металл поступает из кристаллизатора 7.в зону перемешивания к индуктору 3 в виде частично затвердевшего слитка 8 с лункой жидкого . металла 9. В зоне перемешивания бегущее электромагнитное поле индуктора 3 взаимодействует с металлом слитка 8 и создает в нем пондеромоторные объемные силы. Под действием укаэанных сил жидкий металл в лунке 9 приходит s движение, образуя внутри объема лунки 9 замкнутые циркуляционные потоки. При этом скорость потоков жидкого металла соответствует .скорости бегущего электромагнитного поля с учетом гидродинамических условий внутри слитка 8 и, следовательно, непрерывно возрастает на протяжении всего участка перемешивания по длине индуктора 3.

Таким образом, с помощью предложенного устройства обеспечивается получение непрерывного слитка 8 с

1161232 достаточной однородностью по структуре и химическому составу, в т.ч. для марок стали, которые ранее не могли разливаться непрерывным способом. Зкономический эффект от внедрения изобретения составит 490 тысяч рублей в год на одну машину непрерывного литья. При этом обеспечивается воэможность расширения марочного сортамента сталей, разливае—

5 мых на машине непрерывного литья.

1161232

Составитель А.Попов

Редактор М.Товтин Техред С.Легеза Корректор С.Шекмар

Заказ 3888/15 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4