BRPI0820371B1 - cast cast steel electromagnetic coil system capable of serving as both an electromagnetic stirrer and an electromagnetic brake - Google Patents
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Abstract
sistema de bobina eletromagnética para aço fundido em molde capaz de servir tanto como agitador eletromagnético quanto como um freio eletromagnético a presente invenção refere-se à otimização da relação entre os enrolamentos interno e externo de uma bobina multifuncional (1 ). um sistema de bobina eletromagnética para lingotamento contínuo de aço configurado para ativar seletivamente a agitação eletromagnética e a frenagem eletromagnética do aço fundido pela aplicação de uma corrente contínua ou de pelo menos uma corrente alternada trifásica a uma bobina eletromagnética. a bobina eletromagnética é fornecida com dois dentes (1 aa) se estendendo a partir da culatra (1ab). um enrolamento interno (1 b) é fornecido em torno dos dois dentes (1aa), e um enrolamento externo (1c) é também fornecido em torno do lado externo. o número de espiras do enrolamento externo (1c) é igual ao número de espiras do enrolamento interno (1 b), se o número de espiras do enrolamento interno (1 b) for suficiente. o número de espiras do enrolamento externo é maior que o número de espiras do enrolamento interno (1 b), e não mais eu 2,5 vezes o número de espiras do enrolamento interno (1 b), se o número de espiras do enrolamento interno (1 b) for insuficiente. a bobina eletromagnética é arranjada de modo que haja n bobinas dispostas em cada lado largo (1 a), onde n é um número natural maior que ou igual a 2, e o núcleo 1 a de um material magnético é disposto em uma faixa se estendendo em uma direção vertical a partir da posição do menisco e incluindo a porta externa do bocal de imersão (4). uma desempenho de agitação e uma desempenho de frenagem suficientes podem ser garantidas, mesmo se o enrolamento interno não tiver o número necessário de espiras.cast cast steel electromagnetic coil system capable of serving as both an electromagnetic stirrer and an electromagnetic brake the present invention relates to optimizing the relationship between the inner and outer windings of a multifunctional coil (1). a continuous cast steel electromagnetic coil system configured to selectively activate electromagnetic stirring and electromagnetic braking of molten steel by applying a direct current or at least one three phase alternating current to an electromagnetic coil. The electromagnetic coil is provided with two teeth (1 aa) extending from the breech (1ab). an inner winding (1b) is provided around the two teeth (1aa), and an outer winding (1c) is also provided around the outer side. the number of turns of the outer winding (1c) is equal to the number of turns of the inner winding (1b) if the number of turns of the inner winding (1b) is sufficient. the number of turns of the outer winding is greater than the number of turns of the inner winding (1b), and no more than 2.5 times the number of turns of the inner winding (1b) if the number of turns of the inner winding (1 b) is insufficient. the electromagnetic coil is arranged so that there are n coils arranged on each wide side (1a), where n is a natural number greater than or equal to 2, and the core 1a of a magnetic material is arranged in an extending strip. in a vertical direction from the position of the meniscus and including the external port of the immersion nozzle (4). sufficient agitation performance and braking performance can be guaranteed even if the inner winding does not have the required number of turns.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE BOBINA ELETROMAGNÉTICA PARA AÇO FUNDIDO EM MOLDE CAPAZ DE SERVIR TANTO COMO AGITADOR ELETROMAGNÉTICO QUANTO COMO UM FREIO ELETROMAGNÉTICO.Invention Patent Descriptive Report for ELECTROMAGNETIC COIL SYSTEM FOR CAST STEEL IN TEMPLATE ABLE TO SERVE AS AN ELECTROMAGNETIC AGITATOR AS AN ELECTROMAGNETIC BRAKE.
CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
A presente invenção refere-se a um sistema de bobina eletromagnética para aço fundido em molde que seja capaz de servir tanto como agitador eletromagnético quanto como um freio eletromagnético para uso no lingotamento contínuo de aço enquanto controla o fluxo do aço fundido no molde.The present invention relates to an electromagnetic coil system for cast steel in a mold that is capable of serving both as an electromagnetic stirrer and as an electromagnetic brake for use in continuous steel casting while controlling the flow of molten steel in the mold.
ANTECEDENTES DA TÉCNICABACKGROUND OF THE TECHNIQUE
No lingotamento contínuo de aço, controlar o fluxo do aço fundido no molde é da máxima importância na operação de lingotamento e no controle de qualidade das placas lingotadas. Há vários métodos de alcançar o controle de fluxo do aço fundido, tais como melhorar a forma do bocal de imersão e aplicar uma força eletromagnética ao aço fundido no molde. Desses métodos, a aplicação de uma força eletromagnética ao aço fundido no molde tornou-se amplamente usado e é praticado por dois métodos principais: agitação eletromagnética, que envolve agitar o aço fundido por meio de uma força eletromagnética; e frenagem eletromagnética, que aplica uma força de frenagem no fluxo de saída do aço fundido.In continuous steel casting, controlling the flow of cast steel in the mold is of utmost importance in the casting operation and in the quality control of the cast plates. There are several methods of achieving flow control of molten steel, such as improving the shape of the immersion nozzle and applying an electromagnetic force to the molten steel in the mold. Of these methods, the application of an electromagnetic force to the cast steel in the mold has become widely used and is practiced by two main methods: electromagnetic stirring, which involves stirring the molten steel by means of an electromagnetic force; and electromagnetic braking, which applies a braking force to the outflow of molten steel.
A agitação eletromagnética é conhecida por ter o efeito de melhorar a qualidade do produto, e é usado principalmente no lingotamento de materiais de alto grau. Por outro lado, a frenagem eletromagnética é usada para evitar a redução na qualidade do produto resultante da re-fusão de uma casca solidificada quando o fluxo de saída do aço fundido colide contra a casca solidificada nos lados estreitos do molde pela aplicação de uma força de frenagem ao fluxo de saída do aço fundido. A frenagem eletromagnética é também usada para aumentar a velocidade de lingotamento pelo controle da velocidade do fluxo do aço fundido abaixo do menisco.Electromagnetic agitation is known to have the effect of improving product quality, and is used mainly in casting high grade materials. On the other hand, electromagnetic braking is used to prevent the reduction in product quality resulting from the re-melting of a solidified shell when the outflow of molten steel collides against the solidified shell on the narrow sides of the mold by applying a force of braking to the molten steel outlet flow. Electromagnetic braking is also used to increase the casting speed by controlling the flow rate of the molten steel below the meniscus.
Esses freios eletromagnéticos e agitadores eletromagnéticos são ambos fornecidos com bobinas eletromagnéticas com enrolamentos em tor no de seus núcleos magnéticos dispostos no lado traseiro do molde. Um núcleo geralmente emprega ferro, que é um material ferromagnético, e é referido como núcleo de ferro. Uma chapa de aço eletromagnético é empregada como um núcleo em uma agitação eletromagnética, que usa corrente alternada, para reduzir a perda de núcleo devida à indução magnética. Um núcleo de ferro macio é frequentemente usado em um freio eletromagnético.These electromagnetic brakes and electromagnetic stirrers are both supplied with electromagnetic coils with windings around their magnetic cores arranged on the rear side of the mold. A core generally employs iron, which is a ferromagnetic material, and is referred to as an iron core. An electromagnetic steel sheet is employed as a core in an electromagnetic stir, which uses alternating current, to reduce the core loss due to magnetic induction. A soft iron core is often used in an electromagnetic brake.
Esses sistemas de bobinas eletromagnéticas têm tipicamente apenas uma função ou de freio eletromagnético ou de agitador eletromagnético.These electromagnetic coil systems typically have only one function or electromagnetic brake or electromagnetic stirrer.
Consequentemente, os presentes inventores desenvolveram previamente um sistema de bobina eletromagnética capaz de servir tanto como um agitador eletromagnético quanto como um freio eletromagnético (referido abaixo como uma bobina multifuncional). Vide, por exemplo, a Patente de Referência 1.Consequently, the present inventors have previously developed an electromagnetic coil system capable of serving both as an electromagnetic stirrer and as an electromagnetic brake (referred to below as a multifunctional coil). See, for example, Reference Patent 1.
Patente de Referência 1: Aplicação de Patente Japonesa Publicação Kokai n° 2007-007719Reference Patent 1: Japanese Patent Application Publication Kokai No. 2007-007719
A geometria da bobina multifuncional da presente invenção é basicamente idêntica àquela descrita na Patente de Referência 1. A bobina multifuncional também emprega uma estrutura de bobina eletromagnética descrita na Patente de Referência 2.The geometry of the multifunctional coil of the present invention is basically identical to that described in Reference Patent 1. The multifunctional coil also employs an electromagnetic coil structure described in Reference Patent 2.
Patente de Referência 2: Aplicação de Patente Japonesa Publicação Kokai n° S60-044157Reference Patent 2: Japanese Patent Application Publication Kokai No. S60-044157
A Figura 10 mostra uma bobina multifuncional 1 conforme descrito na Patente de Referência 2 na qual duas bobinas 1 são arranjadas de maneira contínua em um lado largo 2a de um molde 2. Essa bobina multifuncional 1 emprega um enrolamento 1b (enrolamento interno) em torno de cada dois dentes 1aa, e um enrolamento 1c (enrolamento externo) em torno do lado externo dos dois dentes 1aa para formar um único mecanismo. Uma vez que a forma dos dois dentes 1aa e a culatra 1ab que formam o núcleo 1a dessa bobina eletromagnética lembram a letra grega π (pi), essa bobina multifuncional 1 é chamada de bobina-pi. Na Figura 10, o numeral de referência 2b é um lado estreito do molde 2, o numeral de referência 3 é uma chapa de apoio, e o numeral de referência 4 é um bocal de imersão.Figure 10 shows a multifunctional coil 1 as described in Reference Patent 2 in which two coils 1 are arranged continuously on a wide side 2a of a mold 2. This multifunctional coil 1 employs a winding 1b (inner winding) around each two teeth 1aa, and a winding 1c (outer winding) around the outer side of the two teeth 1aa to form a single mechanism. Since the shape of the two teeth 1aa and the breech 1ab that form the core 1a of this electromagnetic coil resemble the Greek letter π (pi), this multifunctional coil 1 is called the pi coil. In Figure 10, reference numeral 2b is a narrow side of the mold 2, reference numeral 3 is a backing plate, and reference numeral 4 is an immersion nozzle.
Em um sistema de bobina eletromagnética, a capacidade de agitação eletromagnética e a capacidade de frenagem eletromagnética dependem do produto da corrente aplicada às bobinas de excitação pelo número de voltas da bobina. É, portanto, necessário aumentar ou o número de voltas da bobina ou a corrente, para aumentar a desempenho de um sistema de bobina eletromagnética. Entretanto, aumentar o desempenho requer um aumento na área de superfície da seção transversal dos enrolamentos, o que resulta em uma diminuição no número de voltas da bobina. Portanto, aumentar o número de voltas da bobina é a condição primária para aumentar o desempenho de um sistema de bobina eletromagnética. O mesmo é verdade para uma bobina multifuncional.In an electromagnetic coil system, the electromagnetic agitation capacity and the electromagnetic braking capacity depend on the product of the current applied to the excitation coils by the number of coil turns. It is therefore necessary to increase either the number of coil turns or the current, to increase the performance of an electromagnetic coil system. However, increasing performance requires an increase in the surface area of the winding cross section, which results in a decrease in the number of coil turns. Therefore, increasing the number of coil turns is the primary condition for increasing the performance of an electromagnetic coil system. The same is true for a multifunctional coil.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO PROBLEMA A SER RESOLVIDO PELA INVENÇÃODESCRIPTION OF THE INVENTION PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION
Entretanto, uma vez que a superposição de voltas de uma bobina de excitação interna e de uma bobina de excitação externa é necessária em uma bobina multifuncional, é necessário um espaço amplo para acomodar as voltas. Em particular, a bobina de excitação interna deve ser arranjada em um espaço limitado entre os dois dentes, e assim o número de voltas da bobina é limitado, resultando em um problema de que a capacidade de agitação eletromagnética e a capacidade de frenagem eletromagnética são também limitadas.However, since the superposition of turns of an internal excitation coil and an external excitation coil is necessary in a multifunctional coil, ample space is needed to accommodate the turns. In particular, the internal excitation coil must be arranged in a limited space between the two teeth, and so the number of turns of the coil is limited, resulting in a problem that the electromagnetic agitation capacity and the electromagnetic braking capacity are also limited.
O problema a ser resolvido pela presente invenção é que na bobina multifuncional descrita previamente pelo solicitante, uma vez fornecida em um espaço limitado entre os dois dentes, o número de voltas das bobinas de excitação externa foi limitado e, assim, a capacidade de agitação eletromagnética e a capacidade de frenagem eletromagnética foram também algumas vezes limitadas.The problem to be solved by the present invention is that in the multifunctional coil previously described by the requester, once supplied in a limited space between the two teeth, the number of turns of the external excitation coils was limited and, thus, the electromagnetic agitation capacity and the electromagnetic braking capacity was also sometimes limited.
MEIOS PARA RESOLVER ESSES PROBLEMASMEANS TO SOLVE THESE PROBLEMS
A presente invenção é direcionada a uma bobina multifuncional que é um sistema de bobina eletromagnética para aço fundido no molde que serve tanto como agitador eletromagnético quanto como freio eletromagnéti co para uso em lingotamento contínuo de aço, aplicando-se seletivamente agitação eletromagnética e frenagem eletromagnética no aço fundido em um molde pela aplicação de uma corrente contínua ou pelo menos uma corrente alternada trifásica a uma bobina eletromagnética disposta em torno de um lado largo de um molde, garantindo assim tanto o desempenho da agitação eletromagnética quanto o desempenho da frenagem eletromagnética, o sistema de bobina eletromagnética compreendendo:The present invention is directed to a multifunctional coil that is an electromagnetic coil system for cast steel in the mold that serves both as an electromagnetic stirrer and as an electromagnetic brake for use in continuous steel casting, selectively applying electromagnetic stirring and electromagnetic braking in the steel cast in a mold by applying a direct current or at least a three-phase alternating current to an electromagnetic coil arranged around a wide side of a mold, thus ensuring both the performance of electromagnetic agitation and the performance of electromagnetic braking, the system electromagnetic coil comprising:
uma bobina eletromagnética, e pelo menos uma fonte CE corrente alternada trifásica e uma fonte de corrente contínua, a bobina eletromagnética tendo dois dentes se estendendo a partir de uma culatra, e um enrolamento interno sendo disposto em torno do lado externo de cada um desses dois dentes e um enrolamento externo sendo disposto em torno da parte externa desses dois dentes fornecidos com esses enrolamentos internos, unindo assim os dois dentes, em que o número de voltas da bobina de enrolamento externoan electromagnetic coil, and at least one three-phase alternating current EC source and a direct current source, the electromagnetic coil having two teeth extending from a breech, and an internal winding being arranged around the outside of each of these two teeth and an external winding being arranged around the outside of these two teeth provided with these internal windings, thus uniting the two teeth, in which the number of turns of the external winding coil
1) é igual ao número de voltas da bobina de enrolamento interno, se um número suficiente de voltas da bobina do enrolamento interno pode ser garantido; ou1) is equal to the number of turns of the inner winding coil, if a sufficient number of turns of the inner winding coil can be guaranteed; or
2) é maior que e não mais que 2,5 vezes o número de voltas da bobina de enrolamento interno se o número de voltas da bobina de enrolamento interno for insuficiente, em que um número n de bobinas eletromagnéticas é arranjado em cada lado largo de um molde, onde n é um número natural maior que ou igual a 2, e um núcleo de um material magnético formado a partir da culatra e os dentes são dispostos em uma faixa se estendendo em uma direção vertical a partir da posição do menisco do aço fundido e incluindo a porta de saída do bocal de imersão.2) is greater than and not more than 2.5 times the number of turns of the inner winding coil if the number of turns of the inner winding coil is insufficient, where a number n of electromagnetic coils is arranged on each wide side of a mold, where n is a natural number greater than or equal to 2, and a core of a magnetic material formed from the breech and the teeth are arranged in a strip extending in a vertical direction from the position of the steel meniscus cast and including the outlet port of the immersion nozzle.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃOADVANTAGE EFFECTS OF THE INVENTION
De acordo com a presente invenção, em um sistema de bobina eletromagnética configurado para servir tanto como um agitador eletromagnético quanto como um freio eletromagnético, podem ser obtidas desempe nho de agitação eletromagnética e desempenho de frenagem eletromagnética suficientes, naturalmente, se o número necessário de espiras for fornecido em torno da bobina de excitação interna, e mesmo se houver espaço suficiente, e os enrolamentos necessários não puder ser acomodado.According to the present invention, in an electromagnetic coil system configured to serve as both an electromagnetic stirrer and an electromagnetic brake, sufficient electromagnetic stirring performance and electromagnetic braking performance can be obtained, of course, if the required number of turns it is provided around the internal excitation coil, and even if there is enough space, and the necessary windings cannot be accommodated.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
A Figura 1 mostra um modelo de computação de análise de campo eletromagnético. A Figura 1(a) é uma vista em perspectiva de um modelo completo. A Figura 1(b) é uma vista seccional horizontal. A Figura 1(c) é uma vista seccional vertical.Figure 1 shows a computational model of electromagnetic field analysis. Figure 1 (a) is a perspective view of a complete model. Figure 1 (b) is a horizontal sectional view. Figure 1 (c) is a vertical sectional view.
A FIG> 2 (a) e (b) são desenhos mostrando as combinações das fases de corrente da bobina multifuncional na Aplicação de Patente Japonesa n° 2007-150627.FIG> 2 (a) and (b) are drawings showing the combinations of the current phases of the multifunctional coil in Japanese Patent Application No. 2007-150627.
A Figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre o número de voltas da bobina de excitação externa e a densidade de fluxo magnético no centro da espessura do molde.Figure 3 is a graph showing the relationship between the number of turns of the external excitation coil and the magnetic flux density at the center of the mold thickness.
A Figura 4 é um desenho mostrando a distribuição da densidade de fluxo magnético no centro da espessura do molde (linhas de contorno com 10 intervalos iguais, iniciando com o valor máximo para densidade de fluxo magnético). A Figura 4(a) ilustra um caso em que o número de voltas das bobinas de excitação interna e externa é igual, com 60 espiras cada uma. A Figura 4(b) ilustra um caso em que o número de voltas da bobina de excitação externa é de 100 voltas.Figure 4 is a drawing showing the distribution of the magnetic flux density in the center of the mold thickness (contour lines with 10 equal intervals, starting with the maximum value for magnetic flux density). Figure 4 (a) illustrates a case in which the number of turns of the internal and external excitation coils is equal, with 60 turns each. Figure 4 (b) illustrates a case in which the number of turns of the external excitation coil is 100 turns.
A Figura 5 é um gráfico mostrando a relação entre o número de espiras da bobina de excitação externa e a força máxima de agitação gerada dentro do molde.Figure 5 is a graph showing the relationship between the number of turns of the external excitation coil and the maximum stirring force generated within the mold.
A Figura 6 é um gráfico mostrando a distribuição da força de agitação próxima do lado largo do molde quando o número de espiras da bobina de excitação externa é variado.Figure 6 is a graph showing the distribution of the stirring force near the wide side of the mold when the number of turns of the external excitation coil is varied.
A Figura 7 é um desenho mostrando as posições comparativas da força de agitação e do fluxo de velocidade.Figure 7 is a drawing showing the comparative positions of the stirring force and the velocity flow.
A Figura 8 é um gráfico mostrando a distribuição da velocidade de fluxo quando a bobina de excitação interna tem 60 espiras, que é o nú mero ideal de espiras e a bobina de excitação externa tem 60 espiras, bem como o caso em que a bobina de excitação interna tem 40 espiras, que é menor que o número ideal de espiras e a bobina de excitação externa tem 100 espiras.Figure 8 is a graph showing the flow velocity distribution when the internal excitation coil has 60 turns, which is the ideal number of turns and the external excitation coil has 60 turns, as well as the case where the internal excitation has 40 turns, which is less than the ideal number of turns and the external excitation coil has 100 turns.
A Figura 9 é um gráfico mostrando a distribuição da velocidade de fluxo quando a bobina de excitação interna tem 40 voltas, que é menor que o número ideal de espiras e a bobina de excitação externa tem 120 espiras, e o número de espiras das bobinas de excitação interna e externa é igual, com 40 espiras.Figure 9 is a graph showing the flow velocity distribution when the internal excitation coil has 40 turns, which is less than the ideal number of turns and the external excitation coil has 120 turns, and the number of turns of the winding coils. internal and external excitation is equal, with 40 turns.
A Figura 10 mostra diagramas descrevendo a geometria da bobina multifuncional. A Figura 10 (a) é uma vista seccional horizontal, e a Figura 10(b) é uma vista secciona vertical.Figure 10 shows diagrams describing the geometry of the multifunctional coil. Figure 10 (a) is a horizontal sectional view, and Figure 10 (b) is a vertical sectional view.
CONFIGURAÇÕES PREFERIDASPREFERRED CONFIGURATIONS
Na bobina multifuncional previamente descrita pelo requerente, houve um número limitado de espiras das bobinas de excitação interna fornecidas em um espaço limitado entre os dois dentes, e assim a capacidade de agitação eletromagnética e a capacidade de frenagem eletromagnética foram também algumas vezes limitadas. O objetivo da presente invenção é garantir tanto o desempenho de agitação eletromagnética quanto o desempenho de frenagem eletromagnética pela otimização da relação entre o número de espiras do enrolamento externo e do enrolamento interno. CONFIGURAÇÕESIn the multifunctional coil previously described by the applicant, there was a limited number of turns of the internal excitation coils provided in a limited space between the two teeth, and thus the electromagnetic agitation capacity and the electromagnetic braking capacity were also sometimes limited. The objective of the present invention is to guarantee both the electromagnetic agitation performance and the electromagnetic braking performance by optimizing the relationship between the number of turns of the external winding and the internal winding. SETTINGS
A presente invenção está descrita abaixo, a partir do processo de sua concepção inicial até sua solução para os problemas da técnica anterior, e é descrita uma configuração preferida para implementação da presente invenção.The present invention is described below, from the process of its initial conception to its solution to the problems of the prior art, and a preferred configuration for implementing the present invention is described.
Conforme descrito acima, em uma bobina multifuncional, há dois tipos de bobina de excitação, a saber, bobinas de excitação interna e externa, diferentemente do sistema de bobinas eletromagnéticas da técnica anterior usado em agitadores eletromagnéticos e freios eletromagnéticos. Também, enquanto o número de espiras é limitado pelo espaço entre os dentes no caso da bobina de excitação interna, há um desvio espacial para aumen7 tar o número de espiras no caso de bobina de excitação externa.As described above, in a multifunctional coil, there are two types of excitation coils, namely, internal and external excitation coils, unlike the prior art electromagnetic coil system used in electromagnetic stirrers and electromagnetic brakes. Also, while the number of turns is limited by the space between the teeth in the case of the internal excitation coil, there is a spatial deviation to increase the number of turns in the case of the external excitation coil.
Portanto, o número de possíveis espiras pode diferir entre a bobina de excitação interna e a bobina de excitação externa, mas na técnica anterior a relação entre o número de espiras da bobina de excitação interna e da bobina de excitação externa não foi investigada.Therefore, the number of possible turns can differ between the internal excitation coil and the external excitation coil, but in the prior art the relationship between the number of turns of the internal excitation coil and the external excitation coil has not been investigated.
Consequentemente, os presentes inventores estudaram cuidadosamente o efeito no desempenho da bobina multifuncional quando o número de voltas da bobina de excitação externa foi variada em relação ao número de espiras da bobina de excitação interna que é limitado pelo intervalo entre os dentes.Consequently, the present inventors have carefully studied the effect on the performance of the multifunctional coil when the number of turns of the external excitation coil has been varied in relation to the number of turns of the internal excitation coil which is limited by the gap between the teeth.
O desempenho da bobina multifuncional inclui a capacidade de agitação eletromagnética, que pode ser avaliada em termos de força de agitação resultante da força eletromagnética gerada no aço fundido. A mesma também inclui o desempenho de frenagem eletromagnética, que pode ser avaliado em termos da magnitude do fluxo eletromagnético aplicado ao aço fundido.The performance of the multifunctional coil includes the electromagnetic stirring capacity, which can be assessed in terms of the stirring force resulting from the electromagnetic force generated in the molten steel. It also includes electromagnetic braking performance, which can be assessed in terms of the magnitude of the electromagnetic flux applied to the molten steel.
Se o número de espiras da bobina de excitação externa é aumentado, e previsto que o freio eletromagnético como campo magnético estático terá simplesmente uma densidade de fluxo magnético aumentada. Entretanto, surge a questão de se a agitação eletromagnética pode ser prejudicada se houver um diferencial de energia elétrica entre a bobina de excitação externa e a bobina de excitação interna devido a um aumento no número de espiras da bobina de excitação externa.If the number of turns of the external excitation coil is increased, it is expected that the electromagnetic brake as a static magnetic field will simply have an increased magnetic flux density. However, the question arises as to whether electromagnetic agitation can be impaired if there is an electrical power differential between the external excitation coil and the internal excitation coil due to an increase in the number of turns of the external excitation coil.
Consequentemente, os presentes inventores empregaram um modelo de computação de análise de campo eletromagnético para estudar mudanças na força de agitação e a densidade de fluxo eletromagnético quando o número de espiras da bobina de excitação externa foi variada.Consequently, the present inventors employed a computational model of electromagnetic field analysis to study changes in the stirring force and the density of electromagnetic flux when the number of turns of the external excitation coil was varied.
A Figura 1 mostra um modelo de computação de análise de campo eletromagnético. A Figura 1(a) é uma vista perspectiva do modelo inteiro. A Figura 1(b) é uma vista seccional horizontal. A Figura 1(c) é uma vista seccional vertical. Os numerais na figura representam as dimensões (em mm) das partes do modelo.Figure 1 shows a computational model of electromagnetic field analysis. Figure 1 (a) is a perspective view of the entire model. Figure 1 (b) is a horizontal sectional view. Figure 1 (c) is a vertical sectional view. The numerals in the figure represent the dimensions (in mm) of the parts of the model.
Uma chapa de apoio de aço inoxidável não magnético 3 está disposta no lado externo de um molde de cobre 2, e uma extremidade superior de um núcleo 1 está na mesma altura do menisco Μ. O número de espiras do núcleo de excitação está entre 40 a 60 para o enrolamento interno e 40 a 120 para o enrolamento externo.A non-magnetic stainless steel backing plate 3 is arranged on the outside of a copper mold 2, and an upper end of a core 1 is at the same height as the meniscus Μ. The number of turns of the excitation core is between 40 to 60 for the internal winding and 40 to 120 for the external winding.
Quando se ativa a agitação eletromagnética, é aplicada uma corrente alternada com uma frequência de 4,0 Hz a 750 A. Quando se ativa a frenagem eletromagnética, é aplicada uma corrente contínua de 900 A.When electromagnetic agitation is activated, an alternating current with a frequency of 4.0 Hz to 750 A. is applied. When electromagnetic braking is activated, a direct current of 900 A. is applied.
As fases da corrente da bobina durante a agitação eletromagnética apresenta as mesmas combinações de fases de corrente descritas na Aplicação de Patente Japonesa n° 2007-150627.The phases of the coil current during electromagnetic stirring have the same current phase combinations described in Japanese Patent Application No. 2007-150627.
Conforme mostrado na Figura 2m as bobinas de excitação (a) a (c), bobinas de excitação (d) a (f), as bobinas de excitação (g) a (i), e as bobinas de excitação (j) a (I) formam cada uma uma bobina eletromagnética. As bobinas de excitação (a), (d), (g), e (j) são bobinas de excitação que têm o enrolamento externo 1c para unificar os dois respectivos dentes 1aa.As shown in Figure 2m the excitation coils (a) to (c), excitation coils (d) to (f), the excitation coils (g) to (i), and the excitation coils (j) a ( I) each form an electromagnetic coil. The excitation coils (a), (d), (g), and (j) are excitation coils that have the outer winding 1c to unify the two respective teeth 1aa.
Bobinas eletromagnéticas tendo as bobinas de excitação (a) a (c) e as bobinas de excitação (d) a (f) são dispostas sequencialmente em um lado largo 2a do molde 2. Bobinas eletromagnéticas tendo as bobinas de excitação (g) a (i) e as bobinas de excitação (j) a (i) arranjadas no outro lado largo 2a do molde 2, são dispostas faceando as bobinas de excitação (a) a (c) e as bobinas de excitação (d) a (f).Electromagnetic coils having excitation coils (a) to (c) and excitation coils (d) to (f) are arranged sequentially on a wide side 2a of the mold 2. Electromagnetic coils having excitation coils (g) a ( i) and the excitation coils (j) to (i) arranged on the other wide side 2a of the mold 2, are arranged facing the excitation coils (a) to (c) and the excitation coils (d) to (f) .
Em tal arranjo, as fases U, V, e W tendo uma diferença de fase de 120° em uma corrente alternada trifásica, são aplicadas às bobinas de excitação (a) a (I) no enrolamento interno 1b para os dentes 1aa das bobinas eletromagnéticas na sequência das bobinas de excitação, conforme mostrado na Figura 2. Na Figura 2(a), -W, +V, +U, +W, -V, -U, -W, +U, +V, +W, -U e -V são aplicadas sequencialmente às bobinas de excitação (a)-(l). Na Figura 2(b), -W, +V, +U, -V, +U, +W, +V, -W, -U, +W, -U, e -V são aplicadas.In such an arrangement, the phases U, V, and W having a phase difference of 120 ° in a three-phase alternating current, are applied to the excitation coils (a) to (I) in the internal winding 1b for the teeth 1aa of the electromagnetic coils following the excitation coils, as shown in Figure 2. In Figure 2 (a), -W, + V, + U, + W, -V, -U, -W, + U, + V, + W, -U and -V are applied sequentially to the excitation coils (a) - (l). In Figure 2 (b), -W, + V, + U, -V, + U, + W, + V, -W, -U, + W, -U, and -V are applied.
Por outro lado, durante a frenagem eletromagnética, a corrente é aplicada a mesma direção parta os três enrolamentos 1b e 1c em torno dos dois dentes 1aa.On the other hand, during electromagnetic braking, the current is applied in the same direction to the three windings 1b and 1c around the two teeth 1aa.
A Figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre o número de espiras da bobina de excitação externa e a densidade de fluxo magnético no centro da espessura do molde. A Figura 3 indica que a densidade de fluxo magnético aumenta proporcionalmente com o número de espiras da bobina de excitação externa.Figure 3 is a graph showing the relationship between the number of turns of the external excitation coil and the magnetic flux density at the center of the mold thickness. Figure 3 indicates that the magnetic flux density increases proportionally with the number of turns of the external excitation coil.
A Figura 4 é um desenho mostrando a distribuição da densidade de fluxo magnético no centro da espessura do molde. A Figura 4(a) ilustra um caso em que o número de espiras das bobinas de excitação interna e externa é igual, com 60 espiras cada. A Figura 4(b) ilustra um caso em que o número de espiras da bobina de excitação externa é de 100 espiras, enquanto o da bobina de excitação interna é 60. A Figura 4 mostra linhas de contorno com 10 intervalos iguais, começando com o valor máximo para densidade de fluxo magnético.Figure 4 is a drawing showing the distribution of the magnetic flux density at the center of the mold thickness. Figure 4 (a) illustrates a case in which the number of turns of the internal and external excitation coils is equal, with 60 turns each. Figure 4 (b) illustrates a case in which the number of turns of the external excitation coil is 100 turns, while that of the internal excitation coil is 60. Figure 4 shows contour lines with 10 equal intervals, starting with the maximum value for magnetic flux density.
A Figura 4 confirma que não ocorre nenhuma grande mudança na distribuição da densidade de fluxo magnético, mesmo se ao número de espiras da bobina de excitação externa é aumentado de modo a exceder o número de espiras da bobina de excitação interna.Figure 4 confirms that there is no major change in the magnetic flux density distribution, even if the number of turns of the external excitation coil is increased to exceed the number of turns of the internal excitation coil.
A seguir, os presentes inventores estudaram a capacidade de agitação eletromagnética quando o número de espiras da bobina de excitação externa foi aumentado de modo a exceder o número de espiras da bobina de excitação interna.Next, the present inventors studied the electromagnetic agitation capacity when the number of turns of the external excitation coil was increased in order to exceed the number of turns of the internal excitation coil.
A Figura 5 é um gráfico mostrando a relação entre o número de espiras da bobina de excitação externa e a força de agitação máxima gerada dentro do molde. A Figura 5 indica que a força de agitação pode ser aumentada pelo aumento do número de espiras da bobina de excitação externa.Figure 5 is a graph showing the relationship between the number of turns of the external excitation coil and the maximum stirring force generated within the mold. Figure 5 indicates that the stirring force can be increased by increasing the number of turns of the external excitation coil.
A Figura 6 é um gráfico mostrando a distribuição da força de agitação próximo ao lado largo do molde quando o número de espiras da bobina de excitação externa é variado. A distribuição da força de agitação mostrada na Figura 6 é uma posição a 5 mm do lado largo do molde na posição do menisco do aço fundido. A distribuição da força de agitação está na direção do lado largo em uma posição A-A' na Figura 7.Figure 6 is a graph showing the distribution of the stirring force near the wide side of the mold when the number of turns of the external excitation coil is varied. The distribution of the stirring force shown in Figure 6 is a position 5 mm from the wide side of the mold in the position of the molten steel meniscus. The distribution of the stirring force is towards the wide side in an A-A 'position in Figure 7.
A Figura 6 indica que se o número de espiras da bobina de exci tação externa for reduzido para 40 (linha rompida) contra 60 espiras para a bobina de excitação interna, a força de agitação é reduzida em todas as regiões no lado largo do molde. Por outro lado, se o número de espiras da bobina de excitação externa é aumentado para 120 (linha pontilhada), a força de agitação aumenta na direção oposta na extremidade esquerda do lado largo do molde, e a força de agitação é menor que 0 mesmo no centro do molde, embora a força de agitação máxima aumente.Figure 6 indicates that if the number of turns of the external excitation coil is reduced to 40 (broken line) against 60 turns for the internal excitation coil, the stirring force is reduced in all regions on the wide side of the mold. On the other hand, if the number of turns of the external excitation coil is increased to 120 (dotted line), the stirring force increases in the opposite direction at the left end of the wide side of the mold, and the stirring force is less than 0 even in the center of the mold, although the maximum stirring force increases.
Julgando a partir dessa distribuição de força de agitação, pode ser concluído que se o número almejado de espiras é fornecido à bobina de excitação interna, então o resultado ótimo é alcançado pela formação da bobina de excitação interna e da bobina de excitação externa com o mesmo número de espiras. Entretanto, há casos nos quais não é possível fornecer o número almejado de espiras para a bobina de excitação interna por causa do intervalo entre os dentes. Nesses casos, é imaginado ser possível que a agitação eletromagnética necessária pode ser alcançada aumentando-se o número de espiras da bobina de excitação externa, embora torne a agitação levemente pior.Judging from this stirring force distribution, it can be concluded that if the desired number of turns is supplied to the internal excitation coil, then the optimal result is achieved by the formation of the internal excitation coil and the external excitation coil with the same number of turns. However, there are cases in which it is not possible to supply the desired number of turns to the internal excitation coil because of the gap between the teeth. In such cases, it is thought to be possible that the necessary electromagnetic agitation can be achieved by increasing the number of turns of the external excitation coil, while making the agitation slightly worse.
Conforme mostrado na Figura 1(b) e (c), os resultados da análise numérica mostra que quando se produz uma bobina multifuncional tendo dente 1aa com uma largura de 140 mm e um intervalo entre o dente 1aa de 140 mm, uma corrente de 750 A x 60 voltas é necessária durante a agitação eletromagnética.As shown in Figure 1 (b) and (c), the results of the numerical analysis show that when a multifunctional coil is produced having tooth 1aa with a width of 140 mm and an interval between tooth 1aa of 140 mm, a current of 750 A x 60 turns is required during electromagnetic stirring.
Entretanto, se um tubo de cobre através do qual uma corrente de pelo menos 750 A pode fluir é usado como um enrolamento de uma bobina de excitação em uma bobina multifuncional tendo dentes 1aa com um intervalo de 140 mm, não houve espaço suficiente para 60 espiras para a bobina de excitação interna, então houve um limite de 40 espiras.However, if a copper tube through which a current of at least 750 A can flow is used as winding an excitation coil in a multifunctional coil having teeth 1aa with a 140 mm gap, there was not enough space for 60 turns for the internal excitation coil, then there was a limit of 40 turns.
A Figura 8 é um gráfico mostrando a distribuição da velocidade de fluxo do aço fundido. A linha sólida mostra o caso em que a bobina de excitação interna tem o número ideal de espiras, a saber, 60 espiras, e a bobina de excitação externa tem 60 espiras. A linha rompida representa um caso em que há 40 espiras para a bobina de excitação interna, que é menor que o número ideal de espiras, e 100 espiras para a bobina de excitação externa (a razão de voltas da bobina externa para as voltas da bobina interna é 2,5).Figure 8 is a graph showing the flow velocity distribution of the molten steel. The solid line shows the case where the internal excitation coil has the ideal number of turns, namely 60 turns, and the external excitation coil has 60 turns. The broken line represents a case where there are 40 turns for the internal excitation coil, which is less than the ideal number of turns, and 100 turns for the external excitation coil (the ratio of turns of the external coil to the turns of the coil internal is 2.5).
A velocidade de fluxo do aço fundido mostrado na Figura 8 representa medições tomadas em uma posição a 5 mm a partir do lado largo do molde na posição do menisco. Medições são tomadas na direção do lado largo na posição A-A' na Figura 7.The flow rate of the molten steel shown in Figure 8 represents measurements taken at a position 5 mm from the wide side of the mold at the meniscus position. Measurements are taken towards the wide side at position A-A 'in Figure 7.
Pode ser concluído da Figura 8 que se o número de espiras para a bobina de excitação interna e para a bobina de excitação externa é idêntica, a saber 60 espiras (linha sólida), então a velocidade de fluxo de pelo menos 10 cm/s ocorre em quase todas as regiões do lado largo do molde, resultando em agitação favorável.It can be concluded from Figure 8 that if the number of turns for the internal excitation coil and for the external excitation coil is identical, namely 60 turns (solid line), then the flow speed of at least 10 cm / s occurs in almost all regions of the wide side of the mold, resulting in favorable agitation.
Por outro lado, se o número de espiras a bobina de excitação interna for 40, e o número de espiras da bobina de excitação externa for 100 (linha rompida), então a velocidade de fluxo cai para 5 cm/s no centro do molde, mas a distribuição de velocidade de fluxo é equivalente àquela quando as bobinas de excitação interna e externa têm um número igual de espiras.On the other hand, if the number of turns on the internal excitation coil is 40, and the number of turns on the external excitation coil is 100 (broken line), then the flow rate drops to 5 cm / s in the center of the mold, but the flow velocity distribution is equivalent to that when the internal and external excitation coils have an equal number of turns.
A Figura 9 é um gráfico mostrando a distribuição da velocidade de fluxo do aço fundido. A linha sólida é para 40 espiras, que é menor que o número ideal de espiras para a bobina de excitação interna, e ilustra o caso em que o número de espiras para a bobina de excitação externa é 120 (a razão da volta de bobina interna para a volta de bobina externa é 3). A linha rompida representa o caso em que as espiras interna e externa, a saber 40 espiras.Figure 9 is a graph showing the flow rate distribution of molten steel. The solid line is for 40 turns, which is less than the ideal number of turns for the internal excitation coil, and illustrates the case where the number of turns for the external excitation coil is 120 (the internal coil turn ratio for the external coil loop it is 3). The broken line represents the case in which the internal and external turns, namely 40 turns.
A Figura 9 indica que a velocidade de fluxo cai para abaixo de 0 no centro do molde, quando o número de espiras para a excitação interna é menor que o número ideal, e o número de espiras para a bobina de excitação externa é 3 vezes aquela da bobina de excitação interna, embora a velocidade de fluxo máxima aumente.Figure 9 indicates that the flow velocity drops below 0 in the center of the mold, when the number of turns for the internal excitation is less than the ideal number, and the number of turns for the external excitation coil is 3 times that of the internal excitation coil, although the maximum flow speed increases.
Isso indica que quando o número de espiras para a bobina de excitação externa é 3 vezes aquela da bobina de excitação interna, a veloci dade de fluxo se torna estagnada ou invertida, e é, portanto, inadequada para agitação eletromagnética.This indicates that when the number of turns for the external excitation coil is 3 times that of the internal excitation coil, the flow speed becomes stagnant or inverted, and is therefore unsuitable for electromagnetic agitation.
A Figura 9 indica também que se o número de espiras para a bobina de excitação interna for menor que o número ideal de espiras, há uma grande região na qual a força de agitação é insuficiente e a velocidade de fluxo está na ordem de 0, mesmo se o número de espiras das bobinas de excitação interna e externa for igual, e isto é inadequado para agitação eletromagnética.Figure 9 also indicates that if the number of turns for the internal excitation coil is less than the ideal number of turns, there is a large region in which the stirring force is insufficient and the flow speed is in the order of 0, even if the number of turns of the internal and external excitation coils is equal, and this is unsuitable for electromagnetic agitation.
Como resultado das descobertas acima, foi determinado que o número ótimo de espiras para as bobinas de excitação em uma bobina multifuncional é um número igual de espiras para as bobinas de excitação interna e externa, em casos em que é possível garantir um número suficiente de espiras para a bobina de excitação interna.As a result of the above findings, it has been determined that the optimum number of turns for the excitation coils in a multifunctional coil is an equal number of turns for the internal and external excitation coils, in cases where it is possible to guarantee a sufficient number of turns for the internal excitation coil.
Por outro lado, foi determinado que em casos em que não é possível garantir um número suficiente de espiras para a bobina de excitação interna, uma agitação eletromagnética satisfatória pode ser alcançada se o número de espiras para a bobina de excitação externa for maior que o da bobina de excitação interna, e o número de espiras não for mais que 2,5 vezes maior.On the other hand, it has been determined that in cases where it is not possible to guarantee a sufficient number of turns for the internal excitation coil, satisfactory electromagnetic agitation can be achieved if the number of turns for the external excitation coil is greater than that of the internal excitation coil, and the number of turns is not more than 2.5 times greater.
Além disso, se o número de espiras da bobina de excitação externa for 100, então a densidade de fluxo magnético é 0,32 Terla (3179 Gauss) durante a frenagem eletromagnética, e 0,25 Terla (2465 Gauss) se o número de espiras for 40. Foi determinado que a presente invenção pode realizar uma densidade de fluxo magnético de pelo menos 0,3 Terla (3000 Gauss), o que é suficiente para alcançar um desempenho de frenagem eletromagnética adequado.In addition, if the number of turns of the external excitation coil is 100, then the magnetic flux density is 0.32 Terla (3179 Gauss) during electromagnetic braking, and 0.25 Terla (2465 Gauss) if the number of turns is 40. It has been determined that the present invention can achieve a magnetic flux density of at least 0.3 Terla (3000 Gauss), which is sufficient to achieve adequate electromagnetic braking performance.
A presente invenção foi desenvolvida com base nos resultados acima da análise numérica eletromagnética, pode alcançar desempenho de agitação eletromagnética e desempenho de frenagem eletromagnética suficientes.The present invention was developed based on the above results of the electromagnetic numerical analysis, it can achieve sufficient electromagnetic stirring performance and electromagnetic braking performance.
A presente invenção é direcionada a um sistema de bobina eletromagnética para aço fundido no molde servindo tanto como agitador ele13 tromagnético quanto como um freio eletromagnético para uso um lingotamento contínuo de aço pela aplicação seletiva de agitação eletromagnética ou de frenagem eletromagnética no aço fundido em um molde pela aplicação de uma corrente contínua ou pelo menos de uma corrente alternada trifásica a uma bobina eletromagnética disposta em torno de um lado largo de um molde.The present invention is directed to an electromagnetic coil system for molten steel in the mold serving both as an electromagnetic stirrer and as an electromagnetic brake for using a continuous steel casting by the selective application of electromagnetic stirring or electromagnetic braking in the molten steel in a mold by applying a direct current or at least a three-phase alternating current to an electromagnetic coil arranged around a wide side of a mold.
Uma bobina eletromagnética que é conectada a pelo menos uma fonte de corrente alternada trifásica e a uma fonte de corrente contínua, são fornecidos dois dentes que se estendem a partir de uma culatra. Um enrolamento interno é fornecido em torno do lado externo de cada um desses dois dentes, e um enrolamento externo em tomo do exterior dos dois dentes é fornecido com o enrolamento interno, unindo assim os dois dentes.An electromagnetic coil that is connected to at least one three-phase alternating current source and a direct current source, two teeth are provided that extend from a breech. An inner winding is provided around the outer side of each of these two teeth, and an outer winding around the outside of the two teeth is provided with the inner winding, thus joining the two teeth.
Se um número suficiente de espiras do enrolamento interno puder ser garantido, então o número de espiras do enrolamento externo é igual ao número de espiras do enrolamento interno, e se o número de espiras do enrolamento interno for insuficiente, então o número de espiras do enrolamento externo é maior que e não mais que 2,5 vezes o número de espiras do enrolamento interno.If a sufficient number of turns of the inner winding can be guaranteed, then the number of turns of the outer winding is equal to the number of turns of the inner winding, and if the number of turns of the inner winding is insufficient, then the number of turns of the winding The external winding is greater than and no more than 2.5 times the number of turns of the internal winding.
Adicionalmente, um número n de bobinas eletromagnéticas são arranjadas em cada lado largo, onde n é um número natural maior que ou igual a 2, e um núcleo de material magnético formado a partir da culatra e dos dentes é disposto em uma faixa se estendendo na direção vertical a partir da posição do menisco do aço fundido e incluindo a porta de saída do bocal de imersão.Additionally, a number n of electromagnetic coils are arranged on each wide side, where n is a natural number greater than or equal to 2, and a core of magnetic material formed from the yoke and teeth is arranged in a strip extending across the vertical direction from the position of the molten steel meniscus and including the outlet port of the immersion nozzle.
A presente invenção não é, naturalmente, limitada aos exemplos precedentes, e as configurações podem, é claro, serem modificadas adequadamente, desde que estejam dentro do escopo das idéias técnicas citadas nas reivindicações.The present invention is, of course, not limited to the preceding examples, and the configurations can, of course, be modified accordingly, as long as they are within the scope of the technical ideas cited in the claims.
Por exemplo, a corrente alternada não tem que ser trifásica, desde que a diferença de fase da corrente varie de 90° a 120°, a mesma pode ser uma corrente alternada multifásica de uma ordem superior. APLICABILIDADE INDUSTRIALFor example, the alternating current does not have to be three-phase, as long as the phase difference of the current varies from 90 ° to 120 °, it can be a multi-phase alternating current of a higher order. INDUSTRIAL APPLICABILITY
A presente invenção descrita acima pode ser aplicada ao lingotamento contínuo usando um molde curvo, um molde vertical, ou qualquer forma de molde, desde que envolva o lingotamento contínuo. Além disso, a presente invenção pode ser aplicada não apenas ao lingotamento contínuo de placas, mas também ao lingotamento contínuo de blocos.The present invention described above can be applied to continuous casting using a curved mold, a vertical mold, or any form of mold, as long as it involves continuous casting. In addition, the present invention can be applied not only to the continuous casting of slabs, but also to the continuous casting of blocks.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B25A | Requested transfer of rights approved |
Owner name: NIPPON STEEL CORPORATION (JP) |
|
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: NIPPON STEEL AND SUMITOMO METAL CORPORATION (JP) |
|
| B06A | Notification to applicant to reply to the report for non-patentability or inadequacy of the application according art. 36 industrial patent law | ||
| B06A | Notification to applicant to reply to the report for non-patentability or inadequacy of the application according art. 36 industrial patent law | ||
| B09A | Decision: intention to grant | ||
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: NIPPON STEEL CORPORATION (JP) |
|
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 22/10/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |