CN102177258A - 用于在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时通过磁场调节熔液流的流速和使其减速的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在诸如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过磁场调节熔液流的流速和使其减速的方法。该方法的特征在于，熔液流在封闭的导流元件内通过沿熔液的流动方向一个接着一个设置成排的至少两个具有不变的反向极性的磁场引导，使得磁场线横穿过熔液流的整个横截面，并且由磁场在熔液流中通过感应引起反向的电压，通过所述反向的电压，在熔液流中产生至少三个一个接着一个的轴向的涡流场，并且由于磁场和涡流的共同作用，产生能够降低熔液流的流速的力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过磁场调节熔液流的流速和使其减速的方法和装置。
背景技术
借助平行的专利申请10 2008 036 799.0-24提出所述类型的调节装置，其特征在于，所述装置具有：由铁磁材料制成的芯，所述芯具有两极，所述两极形成间隙，所述间隙用于容纳用于熔液流的导流元件；以及设置在芯上的感应线圈，所述感应线圈用于产生磁场，所述磁场作用在位于设置在极之间的导流元件内的熔液流上。
在该调节装置中，利用用于产生磁场的闭合磁路，通过所述磁场在熔液流中通过感应引起电压，通过所述电压在熔液流中引起涡流，所述涡流与磁场共同作用以产生力，所述力能够降低和再次提高熔液流的流速，以及能够使熔液流减速。
发明内容
本发明的目的在于，改进一种用于调节非铁磁性的熔液流的流速和使其减速的方法和装置，所述方法和装置可实现增强作用在熔液流上的磁场和通过该磁场产生的涡流，以用于提高作用在熔液流上的力。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和如权利要求6和7的调节装置得以实现。
从属权利要求包含如权利要求1的方法和如权利要求6和7的调节装置的有利的且适当的改进形式。
根据本发明的用于在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时调节非铁磁性的熔液流的流速和使其减速的方法，其特征在于，熔液流在封闭的导流元件内通过沿熔液的流动方向一个接着一个设置成排的至少两个具有不变的反向极性的磁场引导，使得磁场线横穿过熔液流的整个横截面，并且由磁场在熔液流中通过感应引起反向的电压，通过所述反向的电压，在熔液流中产生至少三个一个接着一个的轴向的涡流场，并且由于磁场和涡流的共同作用，产生能够依据磁场强度降低熔液流的流速的力。
在该方法的优选的实施形式中，通过闭合磁路的磁通量，横过分别在两极之间的两个反向的磁场，在熔液流中通过感应引起彼此相反的双重的电压，使得获得对中央的轴向涡流场的电流强度的相互增强的作用。
通过闭合磁路的磁通量的双重利用，在磁路的铁芯内的磁阻大约减半，并且因此磁路的内部损失也大约减半。
该方法的变形方案在于，通过由一个接着一个设置的两个闭合磁路的磁通量，横过分别在两极之间的两个反向的磁场，在熔液流中通过感应引起电压，使得获得对中央的涡流场的电流强度的相互增强的作用。
通过对在磁路的两极之间的间隙内的熔液流产生影响的磁场紧密地一个接着一个地设置，达到磁通量朝侧面的间隙边缘的下降梯度尽可能地大，并且通过间隙的紧密的并排布置，在熔液流中产生的涡流场中的涡流路径长度变短，并且电阻下降。
基本的发明思想基于，通过闭合磁路的磁通量的双重利用，在熔液流中通过感应引起双重的彼此相反的增强涡流的电压，其中在铁芯内的磁阻大致减半，并且因此内部的损失也大致减半。
由于多个独自闭合的磁路的具有磁通量的双重利用的串联，通过磁通量的较陡的梯度的数量不成比例地增加，通过分别具有与磁场的双重的相互作用的增强的涡流场的数量不成比例地增加，并且通过电感应线圈的感应作用的双重利用，对熔液流的影响不成比例地增加。多重利用和因此在熔液流中的各个涡流场内的涡流的相关的分布对作用在熔液流上的力的强度起到多重的且类似的作用。
附图说明
下面借助于示意的附图阐述根据上述方法进行工作且尤其是在高炉出炉时使用的用于调节熔液流的流速和使其减速的装置，所述附图示出：
图1示出根据平行的专利申请10 2008 036 799.0-24的用于调节熔液流的流速和使其减速的调节装置的示意图，其具有带有不变的极性的磁场；
图2示出借助如图1的调节装置产生的磁场的磁通密度在磁场的对熔液流的作用部分的长度上的分布的曲线图；
图3示出根据本发明的调节装置的第一实施形式的立体图；
图4示出借助如图3的调节装置产生的两个磁场的磁通密度的分布的曲线图，以及设置在该调节装置的下游的结构相同的另一个调节装置的两个磁场的磁通密度的分布的曲线图；
图5示出调节装置的另一个实施形式的立体图；
图6示出位于高炉的出口通道的出口前的调节装置的构造；以及
图7示出电感应线圈的磁通感应作用的双重利用的示意图。
具体实施方式
如图1的调节装置1，其优选在高炉出炉时用于通过具有不变极性的电磁场3调节熔液流2的流速并且使其减速，所述调节装置具有由铁磁材料制成的芯4，所述芯构成为具有两极6、7的磁轭5，所述两极形成间隙8，所述间隙用于容纳具有用于输送熔液流2的管10形式的封闭的导流元件9。在磁轭5上设置有两个感应线圈11、12，所述感应线圈与在两极16、17之间的极性不变的磁场3一起用于产生闭合的磁路13，所述磁场通过场线14表示。
熔液流2在区域15内进入磁场3，并且在区域16内再次离开该磁场。在熔液流2进入磁场3时，在熔液流内且在垂直于磁场线14的平面内，通过感应引起电压17，通过所述电压，根据楞次(Lenz)定律在熔液流2中产生轴向涡流18。由于磁场3和涡流18的共同作用，在熔液流2内产生所谓的洛伦兹力19，所述洛伦兹力反向于熔液流2的流动方向a，并且所述洛伦兹力因此在熔液流2上施加减速作用，通过所述减速作用，熔液流的流速下降。
在离开磁场3的出口区域16时，在熔液流2内形成涡流20，所述涡流由于与磁场3的共同作用，再次产生洛伦兹力21，所述洛伦兹力反向于熔液流2的流动方向a，并且因此引起除了在入口区域15内的洛伦兹力19的减速作用之外的附加的减速作用。
为了更清楚，在图1中示出，感应的电压17和涡流18、20从水平平面旋转90°至竖直平面。
根据图2的曲线图示出借助如图1的调节装置1产生的磁场3的以特斯拉为单位的磁通密度在磁场3的对熔液流2的作用部分的长度L上的分布。由于在铁中的磁性饱和，只是以不再在经济上合理的耗费才可能达到超过2特斯拉的磁通密度。磁场3在两极6和7之间的间隙8内的通过扩展的磁场线14表明的扩展导致磁通密度浅且宽地朝极6、7之间的间隙8的两个边缘运动。在磁场3的内部，依据强度和极性在熔液流2内通过感应引起相应的电压17，所述电压用作涡流18、20的驱动力，使得涡流只有在磁场3外才能够闭合电路。磁通密度的较小的下降梯度导致具有长的电流通路的扩展的涡流场18、20。相应地，这个相对长的路径长度引起相对高的电阻，并且因此获得相应地减小的涡流强度。
此外，由涡流和磁场的共同作用产生的力与涡流的强度有关，所述涡流的强度又与电流通路的长度有关。电流通路越短，电阻越小，并且在其它给定的条件下的相应的涡流越大。因为电流通路通常只是能够在磁场外闭合，所以对于该目的而言，在边缘尽可能急剧地降至零的磁场是理想的。但是在真实情况下，磁场较宽地扩展，如可从图2中看出。
此外，在形成的电流通路上的涡流通常仅与磁场交互作用一次，并且仅产生力一次。
因此，如果现在将具有相反的极性的两个磁场紧密地并排布置，使得磁场线与熔液流横向交叉，那么获得如下优点：
1.磁场朝着边缘朝反向的第二磁场的方向具有最陡的可能的梯度，并且因此产生最短的可能的电流通路，如图4所示。
2.由于相邻的磁场具有相反的极性，所以在相同的涡流环上同方向地且增强地/双倍地作用。为此，在参见在下面还将详细阐述的图4。
如图3所示的尤其是在高炉出炉时用于调节在高炉的出口通道内的熔液流2的流速和使其减速的新的调节装置配备有芯23，该芯23通过两个磁轭24、25形成且由铁磁材料制成，并且所述芯具有一个接着一个设置成排的分别带有两极28、29；30、31的两个极对26、27。两个极对26、27形成一个接着一个设置的两个间隙32、33，所述间隙用于容纳用于输送熔液流2的导流元件9，所述导流元件构成为管10或通道。在芯23的两个磁轭24、25的四个极靴34至37上设置有四个感应线圈38至41，所述感应线圈用于产生两个磁场42、43，所述两个磁场在两个极对26、27的极28、29；30、31之间的闭合磁路44内，沿熔液流2的流动方向a一个接着一个地设置成排，其中两个磁场42、43具有不变的相反的极性。由于磁场42、43，在熔液流2内通过感应引起反向的电压45、16，通过所述反向的电压在熔液流2内产生三个在轴向上一个接着一个设置的涡流场47至49，从而获得对在两个外部的涡流场47、49之间的中央的涡流场48的电流强度的相互增强的作用。由于磁场和涡流的共同作用，在熔液流内产生力，通过所述力能够降低熔液流的流速。
调节装置能够根据用于提高作用在熔液流上的减速力的需要，在磁场的在熔液流上的作用部分的长度L上扩充偶数数量的极对。
根据图4的曲线图表明借助在图3中示出的调节装置22在闭合磁路44内产生的两个磁场42、43的以特斯拉为单位的磁通密度在磁场的对熔液流的作用部分的长度L上的分布，该分布以实线示出，以及以虚线表明连接在第一调节装置22上的另一个结构相同的调节装置的两个磁场的磁通密度。
在图4中的虚线的曲线分布表明，在如图3的调节装置22中，磁通量在闭合磁路44内双倍地且以相互不同的磁性被利用。因此达到的磁通密度的增加导致涡流强度的相应的提高。在闭合磁路中的双重利用反向地进行，也就是说，磁通量沿正流向和负流向起作用。因此，可用于涡流形成的磁通密度在相同的磁路中从大致2特斯拉增加到4特斯拉，此外，磁通密度在从图4中可看出的区域50内的下降梯度在两个磁场42、43之间特别地大。因此，涡流的路径长度变小，并且因此电阻变小，这导致电流强度的相应的提高。
在图4中的实线和虚线示出磁通密度在磁场的在熔液流上的作用部分的长度上的曲线分布，所述磁场由一个接着一个设置的两个根据图3的调节装置产生，所述调节装置具有两个分别具有磁通量的双重利用的连续的闭合磁路。图4表明，在具有闭合的磁路的调节装置中，在两个平坦的曲线分布之间出现磁通量的陡的曲线分布，并且在两个一个接着一个设置的且具有两个闭合磁路和磁通量在每个磁路中的双重利用的调节装置中，在磁通密度的两个平坦的曲线分布之间出现三个陡的曲线分布。因此，作用效果明显不成比例地上升。
在如图3的调节装置22中，在极28、29以及30、31之间的间隙32、33和在间隙32、33内作用的磁场42、43紧密地并排布置。磁场42、43在区域50内尽管磁通密度大，但是仍紧密地聚束，在所述区域内磁场相互碰撞。由于涡流的相应变短的电流通路和涡流的双重作用，对熔液流的电磁影响的效果多于两倍。
在图5中示出调节装置的另一个实施形式51，其具有两个串联的根据图1的调节装置1。
调节装置51配备有一个接着一个设置的且由铁磁材料制成的两个芯4、4，所述两个芯具有带有两极6、7的磁轭5，所述两极形成间隙8，其中用于熔液流2的导流元件9，尤其是高炉的出口通道，穿过一个接着一个设置成排的两个间隙8、8。此外，调节装置51具有分别设置在两个磁轭5、5的极靴上的两个感应线圈11、12，所述感应线圈用于产生在两个分开的、闭合的反向磁路13、13a中一个接着一个地设置的具有不变的相反的极性的两个磁场42、43，其中磁场42、43在熔液流2中引起用于产生作用在熔液流2上的减速力的轴向涡流。
与根据图3的借助闭合磁路的磁通量的双重利用工作的调节装置相反，如图5的调节装置51借助一个接着一个设置的两个闭合磁路的磁通量的单一的利用，具有较差的效率，但是与如图1的具有带有磁通量的单一利用的闭合磁路的调节装置相比，借助该调节装置显著地增强在熔液流内的涡流。
在具有多个磁路的磁通量的单一利用的调节装置中，可能的是，借助偶数数量和奇数数量的极对工作，而在具有磁路的磁通量的多重利用的最大实施形式的调节装置中，只可能借助偶数数量的极对工作。这可能允许可更好地适应有限的空间情况。
不同的调节装置22、51能够作为在高炉的出料口的出口前或熔炉的排出通道的出口前的附加装置，设置在出口通道或排出通道周围。
从图6中可看出一个接着一个设置的两个根据图3的调节装置22在高炉的出口通道的出口前的构造。在壳体52的内部，设置有具有用于每个磁路的磁通量的双重利用的四个间隙8的两个闭合磁路44。由高炉的出口通道流出熔液流2流过管10，所述管穿过四个极对26、27；26、27之间的四个间隙8，其中两个磁路44的磁场在长度L上作用在溶液流2上。
在图7中示出在具有铁心的感应线圈的多重构造中的三个具有铁心的感应线圈53至55，其用于产生具有磁通量的双重利用的闭合磁路，以用于在流过管10的熔液流2内构成涡流。线圈53至55必须借助交替相对的极性工作，在图中可看出相应的右侧和左侧的线圈半的电流方向和由此获得的磁通量56的方向。在中间的上面的芯57和其磁通量方面，不只属于它的线圈54起作用，此外在该平面内，左侧的芯58的线圈53的右侧的线圈半和右侧的芯59的线圈55的左侧的线圈半也起作用。因此在该示例中，右侧的芯59的线圈55的左侧的线圈半在右侧的芯59和中间的芯57上起到磁通驱动的作用。相应地，这对于在多重构造中的所有线圈半都有效，使得在图平面中，除了最外面的左侧和右侧的线圈半外，达到所有线圈半的或在其中流动的电流的双重利用。因此实现效果的进一步不成比例地增加。
Claims (11)
1.一种用于在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过磁场调节非铁磁的熔液流的流速和使其减速的方法，其特征在于，所述熔液流在封闭的导流元件内通过沿熔液的流动方向一个接着一个设置成排的至少两个具有不变的反向极性的磁场引导，使得磁场线横穿过所述熔液流的整个横截面，并且由所述磁场在所述熔液流中通过感应引起反向的电压，通过所述反向的电压，在所述熔液流中产生至少三个一个接着一个的轴向的涡流场，并且由于磁场和涡流的共同作用，产生能够依据磁场强度降低所述熔液流的流速的力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，闭合磁路的磁通量通过分别在两极之间的两个反向的磁场，在所述熔液流中通过感应引起彼此相反的双重的电压，使得获得对中央的涡流场的电流强度的相互增强的作用。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述闭合磁路的磁通量的双重利用，在所述磁路的铁芯内的磁阻大约减半，并且因此所述磁路的内部损失也大约减半。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过由一个接着一个设置的两个闭合磁路的磁通量，横过分别在两极之间的两个反向的磁场，在所述熔液流中通过感应引起电压，使得获得对中央的轴向涡流场的电流强度的相互增强的作用。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过对在磁路的所述两极之间的间隙内的所述熔液流产生影响的所述磁场紧密地一个接着一个地设置，达到所述磁通量朝侧面的间隙边缘的下降梯度尽可能地大，并且通过间隙的紧密的并排布置，在所述熔液流中产生的所述涡流场中的涡流路径长度变短，并且电阻下降。
6.一种用于在如高炉或熔炉的冶金容器出炉时根据如权利要求1至3和5所述的方法调节非铁磁性的溶液流的流速和使其减速的装置，其特征在于，所述调节装置具有通过两个磁轭(24、25)形成的且由铁磁材料制成的至少一个芯(23)，所述芯(23)具有一个接着一个设置成排的分别带有两极(28、29；30、31)的两个极对(26、27)，所述两个极对(26、27)形成一个接着一个设置的两个间隙(32、33)，所述间隙(32、33)用于容纳用于所述熔液流(2)的导流元件(9)，所述调节装置具有设置在所述芯(23)的所述两个磁轭(24、25)的极靴(34至37)上的四个感应线圈(38至41)，所述感应线圈(38至41)用于产生在闭合磁路内一个接着一个地设置成排的两个磁场(42、43)，所述两个磁场(42、43)作用在所述导流元件(9)内的所述熔液流(2)上，所述导流元件(9)穿过在所述两个极对(27、28)的极(28、29；30、31)之间的所述间隙(32、33)。
7.一种用于在如高炉或熔炉的冶金容器出炉时根据如权利要求1、4和5所述的方法调节非铁磁性的溶液流的流速和使其减速的装置，其特征在于，所述调节装置具有一个接着一个设置成排的且由铁磁材料制成的两个芯(4、4)，所述两个芯(4、4)分别具有带有两极(6、7)的磁轭(5)，所述两极(6、7)形成间隙(8)，其中用于熔液流(2)的导流元件(9)，穿过一个接着一个设置成排的所述两个间隙(8、8)，调节装置具有分别设置在所述两个磁轭(5、5)的所述极靴上的两个感应线圈(11、12)，所述感应线圈(11、12)用于产生在两个分开的、闭合的反向磁路(13、13a)中一个接着一个地设置的具有不变的相反的极性的两个磁场(42、43)，其中所述磁场在所述熔液流(2)中引起用于产生作用在所述熔液流上的减速力的轴向涡流。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述装置以偶数极对扩展的可能性。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述装置以偶数和奇数极对扩展的可能性。
10.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置作为附加装置设置在高炉的出口通道的出口前或熔炉的排出通道的出口前。
11.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置设置在高炉的所述出口通道或熔炉的所述排出通道周围。
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