RU2221672C2

RU2221672C2 - Device for electromagnetic teeming of metal

Info

Publication number: RU2221672C2
Application number: RU2001134959/02A
Authority: RU
Inventors: С.А. Денисов; В.М. Долгих; С.Ю. Хрипченко; А.И. Кулинский; В.В. Агалаков
Original assignee: Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2004-01-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: proposed device has reservoir for metal with two disk chambers inside it. Each said chamber has one central and two diametrically opposite side holes. One side hole is connected with metal duct and other hole is connected with side hole of adjacent chamber. Disk chambers are embraced by U-shaped magnetic circuits in areas between central and side holes. Thus, pair of electromagnetic forces is created in metal tangentially in opposite directions. Torque arising in each chamber sets metal in disk chamber in rotation. Pressure differential is formed between central and side holes, thus ensuring simultaneous delivery of metal to metal ducts through both side holes. EFFECT: increased consumption of metal and increased productivity. 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для разливки жидких металлов и сплавов. The invention relates to metallurgy and can be used for casting liquid metals and alloys.

Известно устройство по а. с. СССР 48265, МПК B 22 D 39/00, предназначенное для дозированного разлива металла, состоящее из емкости для металла, металлопровода и рабочей ячейки, работающей по принципу магнитогидродинамического насоса и установленной под емкостью для металла. A device is known according to a. from. USSR 48265, IPC B 22 D 39/00, designed for dosed metal spill, consisting of a tank for metal, a metal wire and a working cell, operating on the principle of a magnetohydrodynamic pump and installed under a tank for metal.

Недостатком конструкции является низкая производительность насоса вследствие повышенного гидросопротивления, возникающего в результате вихревого движения металла в зоне над рабочей ячейкой, которое обусловлено взаимодействием электрического тока в металле, протекающего между электродом и центральным отверстием рабочей ячейки, и магнитного поля, проникающего в эту зону (в а.с. 418264 источник магнитного поля на чертеже не показан). The design drawback is the low pump capacity due to increased hydroresistance resulting from the vortex movement of the metal in the zone above the working cell, which is caused by the interaction of the electric current in the metal flowing between the electrode and the central hole of the working cell, and the magnetic field penetrating into this zone (in a .s. 418264 the source of the magnetic field is not shown in the drawing).

Известно устройство для электромагнитной разливки металла по а.с. СССР 1405963, МПК B 22 D 39/00, содержащее емкость для разливки металла, в которой свободно установлена в зоне внешнего поперечного магнитного поля дисковая камера с центральным и боковым отверстиями. Источник поперечного магнитного поля установлен под дисковой камерой вне емкости. Соосно центральному отверстию установлен заборный патрубок, а к боковому отверстию подсоединен металлопровод. Токоподвод осуществляется через металлопровод и электрод, погруженный в металл. A device for electromagnetic casting of metal by AS USSR 1405963, IPC B 22 D 39/00, containing a container for casting metal, in which a disk chamber with a central and side openings is freely installed in the area of the external transverse magnetic field. A transverse magnetic field source is installed under the disk chamber outside the tank. An intake pipe is installed coaxially to the central hole, and a metal wire is connected to the side hole. Current supply is carried out through a metal wire and an electrode immersed in metal.

Недостатками конструкции являются:
1. Низкая производительность насоса вследствие невозможности создания в дисковой камере индукции магнитного поля более 0,1 Тл, так как имеет место разомкнутая магнитная система с большим немагнитным зазором;
2. Перемешивание металла в емкости в результате взаимодействия магнитного поля за пределами дисковой камеры и рабочего тока приводит вновь к засорению чистого металла примесями, которые были сконцентрированы в поверхностной и донной части емкости в процессе отстоя;
3. Для использования в качестве источника магнитного поля электромагнита требуется дополнительный расход электроэнергии.The disadvantages of the design are:
1. Low pump capacity due to the impossibility of creating a magnetic field in the disk chamber of more than 0.1 T, since there is an open magnetic system with a large non-magnetic gap;
2. The mixing of the metal in the tank as a result of the interaction of the magnetic field outside the disk chamber and the operating current again leads to clogging of the pure metal with impurities that were concentrated in the surface and bottom of the tank during sludge;
3. To use an electromagnet as a source of magnetic field, an additional energy consumption is required.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому техническому результату и выбранным за прототип является устройство для электромагнитной разливки металла (патент РФ 2160653, МПК B 22 D 39/00 от 20.12.00), содержащее емкость для металла и расположенную в емкости дисковую камеру с центральным отверстием и боковым отверстием, соединенным с металлопроводом, снабженное П-образным магнитопроводом, охватывающим дисковую камеру в области между центральным и боковым отверстиями. The closest in design and technical result achieved and selected for the prototype is a device for electromagnetic metal casting (RF patent 2160653, IPC B 22 D 39/00 of 20.12.00), containing a metal container and a disk chamber located in the container with a central hole and a side hole connected to the metal wire, provided with a U-shaped magnetic core that encloses the disk chamber in the region between the central and side holes.

Недостатками конструкции является невысокая производительность устройства. The disadvantages of the design is the low productivity of the device.

Целью изобретения является увеличение производительности устройства. The aim of the invention is to increase the productivity of the device.

Указанная цель достигается тем, что устройство для электромагнитной разливки металла, содержащее емкость для металла, имеет две расположенные в емкости дисковые камеры, каждая камера имеет центральное и два диаметрально противоположных боковых отверстия, одно из которых соединено с металлопроводом, а другое - с боковым отверстием соседней камеры, и устройство снабжено П-образными магнитопроводами, охватывающими дисковые камеры в областях между центральным и боковыми отверстиями. This goal is achieved by the fact that the device for electromagnetic casting of metal, containing a container for metal, has two disk chambers located in the container, each chamber has a central and two diametrically opposite side holes, one of which is connected to the metal wire, and the other to the side hole of the adjacent cameras, and the device is equipped with U-shaped magnetic circuits covering the disk chambers in the areas between the central and side holes.

Разливка металла основана на использовании электромагнитной силы, возникающей в жидком металле в результате взаимодействия рабочего тока, протекающего в дисковых камерах между боковыми отверстиями, и магнитного поля рабочего тока, возбуждаемого между полюсами П-образных магнитопроводов. Metal casting is based on the use of electromagnetic force arising in liquid metal as a result of the interaction of the working current flowing in the disk chambers between the side openings and the magnetic field of the working current excited between the poles of the U-shaped magnetic circuits.

На фиг.1 показано устройство для электромагнитной разливки металла в разрезе. На фиг.2 показан вид дисковых камер сверху. Figure 1 shows a device for electromagnetic casting of metal in section. Figure 2 shows a top view of disk cameras.

Устройство для электромагнитной разливки металла содержит емкость 1, внутри которой установлены две дисковые камеры 2 с магнитопроводами 3 и металлопроводами 4. Дисковые камеры имеют центральные (заборные) отверстия 5 и по два боковых отверстия 6 и 7, расположенные в каждой камере 2 диаметрально противоположно друг другу. В области жидкого металла металлопроводы 4 имеют электроизоляцию (на фиг.1 не показано). Для подвода рабочего тока к дисковым камерам 2 использованы металлопроводы 4. Магнитопроводы 3 охватывают дисковые камеры 2 в областях между центральными и боковыми отверстиями. A device for electromagnetic metal casting contains a container 1, inside of which two disk chambers 2 with magnetic circuits 3 and metal wires 4 are installed. Disk chambers have central (intake) openings 5 and two side openings 6 and 7 located in each chamber 2 diametrically opposite to each other . In the area of liquid metal, metal wires 4 are electrically insulated (not shown in FIG. 1). To supply the working current to the disk chambers 2, metal wires 4 were used. Magnetic cores 3 cover the disk chambers 2 in the areas between the central and side openings.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Рабочий ток I, подведенный к металлопроводам 4, протекает в дисковых камерах 2 между боковыми отверстиями 6 через боковые отверстия 7 и возбуждает между полюсами П-образных магнитопроводов 3 аксиальное магнитное поле B. В результате взаимодействия рабочего тока I и аксиального магнитного поля B в металле возникает направленная по касательной электромагнитная сила F, величина которой пропорциональна произведению плотности тока и величины индукции магнитного поля. Магнитопроводы 3 охватывают дисковые камеры 2 между центральными 5 и боковыми 6 и 7 отверстиями таким образом, что сила F, возникающая в жидком металле между полюсами магнитопроводов 3 в областях дисковых камер 2, расположенных между центральными отверстиями 5, имеет одно направление, в остальных областях - противоположное. Пара противоположно направленных сил F создает в металле в каждой камере 2 вращающий момент относительно центрального отверстия 5, приводящий к вращению металла в дисковой камере 2, и центробежные силы, возникающие при этом, создают перепад давления между центральными 5 и боковыми отверстиями 6, 7. Металл одновременно через оба боковых отверстия 6 поступает в металлопроводы 4. The working current I, supplied to the metal wires 4, flows in the disk chambers 2 between the side holes 6 through the side holes 7 and excites an axial magnetic field B between the poles of the U-shaped magnetic circuits 3. As a result of the interaction of the working current I and the axial magnetic field B in the metal the tangential electromagnetic force F, the magnitude of which is proportional to the product of the current density and the magnitude of the magnetic field induction. The magnetic circuits 3 enclose the disk chambers 2 between the central 5 and side 6 and 7 openings in such a way that the force F arising in the liquid metal between the poles of the magnetic circuits 3 in the regions of the disk chambers 2 located between the central openings 5 has one direction, in the remaining areas - the opposite. A pair of oppositely directed forces F creates a torque in the metal in each chamber 2 relative to the central hole 5, which leads to the rotation of the metal in the disk chamber 2, and the centrifugal forces resulting from this create a pressure differential between the central 5 and side holes 6, 7. Metal simultaneously through both side openings 6 enters the metal wires 4.

Диаметральное течение электрического тока в камерах (в прототипе используется радиальное течение, т.е. от центра к боковому отверстию) вызывает больший вращающий электромагнитный момент в каждой камере, приводящий к созданию большего перепада давления и росту производительности каждой камеры в отдельности, а следовательно, и росту производительности всего устройства. The diametrical flow of electric current in the chambers (the prototype uses a radial flow, i.e. from the center to the side hole) causes a greater electromagnetic torque in each chamber, which leads to a greater pressure drop and an increase in the productivity of each chamber separately, and therefore performance growth of the entire device.

Установка может длительно разливать металл с температурой до 900^oС, что достаточно для разливки таких цветных металлов как алюминий, магний, цинк, олово, свинец и др. Верхняя тепловая граница определяется точкой Кюри материала магнитопроводов; так сплавы 49К2Ф и 65К имеют точку Кюри 980^oС, 18КХ - 930^oС, 27КХ - 940^oС. При выполнении магнитопроводов из кобальта эта температура может быть поднята до 1000-1100^oС. Разливка металла с большей температурой возможна при использовании принудительного охлаждения магнитопровода.The installation can pour metal for a long time up to a temperature of 900 ^o C, which is sufficient for casting non-ferrous metals such as aluminum, magnesium, zinc, tin, lead, etc. The upper thermal boundary is determined by the Curie point of the material of the magnetic cores; for example, alloys 49K2F and 65K have a Curie point of 980 ^° C, 18KX - 930 ^° C, 27KX - 940 ^° C. When magnetic coils are made from cobalt, this temperature can be raised to 1000-1100 ^° C. Metal casting with a higher temperature is possible using forced cooling the magnetic circuit.

Опытную лабораторную установку испытывали при разливке сплава галлия. Внутренний диаметр дисковой камеры был 110 мм. При рабочем токе 1800 А установка развивала в стопорном режиме давление 32527 Па (0,321 атм), а при давлении 13809 Па (0,136 атм) расход сплава составил 0,89 кг/с. An experimental laboratory setup was tested when casting a gallium alloy. The inner diameter of the disk chamber was 110 mm. At a working current of 1800 A, the installation developed in a stop mode a pressure of 32527 Pa (0.321 atm), and at a pressure of 13809 Pa (0.136 atm), the alloy flow rate was 0.89 kg / s.

Claims

A device for electromagnetic casting of metal, containing a container for metal, a disk chamber located in the vessel with a central hole and a side hole connected to the metal wire, and a U-shaped magnetic circuit covering the disk chamber in the region located between the central and side holes, characterized in that it is equipped with an additional disk chamber with a U-shaped magnetic circuit and an additional U-shaped magnetic circuit, while in the disk chambers it is diametrically opposite to the first lateral Verstov performed additional lateral openings, circular chamber hydraulically connected to the additional side openings, and the additional U-shaped magnetic core covers the disc chamber in a region located between their central holes.