RU2228817C1

RU2228817C1 - Apparatus for electromagnetic agitation of liquid core of ingot

Info

Publication number: RU2228817C1
Application number: RU2002131761/02A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Тимофеев (RU); В.Н. Тимофеев; Р.М. Христинич (RU); Р.М. Христинич; ков С.А. Бо (RU); С.А. Бояков; С.П. Тимофеев (RU); С.П. Тимофеев
Original assignee: Красноярский государственный технический университет
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-05-20

Abstract

FIELD: metallurgy, namely processes for continuous casting of metals at electromagnetically acting upon liquid phase of aluminum billet. SUBSTANCE: apparatus includes magnetic circuit with polyphase coil having poles of its windings supplied from different phases and shifted one relative to another along width of magnetic circuit. Two windings arranged at different sides of magnetic circuit symmetrically relative to axial axis of ingot are connected mutually opposite to one phase and two other windings are connected in a ordance with other phase. EFFECT: enhanced manufacturing properties of ingot, accelerated process of ingot solidification due to agitating melt simultaneously in horizontal and vertical planes. 3 dwg

Description

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

Известно устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка (патент РФ № 986587, М. кл. В 22 D 11/12, 1980), содержащее замкнутый магнитопровод с катушками, расположенными вокруг него, при этом магнитопровод имеет прямоугольную форму, состоит из отдельных стержней, а катушки, расположенные на каждом из стержней, состоят из нескольких секций, которые включены или последовательно, или параллельно, или последовательно-параллельно, согласно или встречно между собой.A device for electromagnetic stirring the liquid core of an ingot (RF patent No. 986587, M. class. 22 D 11/12, 1980), containing a closed magnetic circuit with coils located around it, while the magnetic circuit has a rectangular shape, consists of individual rods, and the coils located on each of the rods consist of several sections, which are connected either sequentially, or in parallel, or sequentially-in parallel, in accordance with or counter to each other.

Недостатком такого устройства являются большие магнитные потоки рассеяния, так как катушки расположены вокруг стержней магнитопровода, что снижает коэффициент полезного действия устройства, а такое устройство имеет ограниченное применение из-за создания вращательного движения жидкого металла только в плоскости магнитопровода.The disadvantage of this device is the large magnetic flux scattering, since the coils are located around the rods of the magnetic circuit, which reduces the efficiency of the device, and such a device has limited use due to the creation of rotational motion of the liquid metal only in the plane of the magnetic circuit.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для электромагнитного перемешивания (патент РФ № 2164458, М. кл. В 22 D 11/12, 1999). Статор устройства содержит шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов которой питаются от разных фаз и смещены относительно друг друга по высоте и ширине магнитопровода, причем магнитопровод выполнен разъемным.Closest to the claimed device is a device for electromagnetic stirring (RF patent No. 2164458, M. class. In 22 D 11/12, 1999). The stator of the device contains a charged magnetic circuit with a multiphase winding, the poles of which are powered by different phases and are offset relative to each other in height and width of the magnetic circuit, and the magnetic circuit is made detachable.

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

1. Наличие многосекционного магнитопровода с отверстиями, что затрудняет его изготовление.1. The presence of a multi-section magnetic circuit with holes, which complicates its manufacture.

2. Для создания вращающегося магнитного поля в области статора применяются катушки с обмоткой, расположенные на каждой из внутренних сторон магнитопровода, что увеличивает габариты устройства.2. To create a rotating magnetic field in the stator area, coils with a winding located on each of the inner sides of the magnetic circuit are used, which increases the dimensions of the device.

3. Такой статор может создавать вращательное или вращательно-винтовое электромагнитное поле в горизонтальной плоскости, не обеспечивая интенсивного движения расплава в вертикальной плоскости.3. Such a stator can create a rotational or rotational-helical electromagnetic field in the horizontal plane, without providing intensive movement of the melt in the vertical plane.

В основу изобретения положена задача создания устройства для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка с улучшенными технологическими характеристиками, которое позволило бы перемешивать расплав и в горизонтальной, и в вертикальной плоскостях одновременно.The basis of the invention is the creation of a device for electromagnetic mixing of the liquid core of the ingot with improved technological characteristics, which would allow the melt to be mixed in both horizontal and vertical planes simultaneously.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка, содержащем шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов которой питаются от разных фаз и смещены относительно друг друга по ширине магнитопровода, согласно изобретению на двух противоположных сторонах магнитопровода расположены по две катушки, причем две катушки, расположенные на разных сторонах магнитопровода симметрично относительно аксиальной оси слитка, подключены к одной фазе встречно, а две другие подключены к другой фазе согласно.The problem is solved in that in a device for electromagnetic stirring of a liquid core of an ingot containing a charged magnetic circuit with a multiphase winding, the poles of which are powered by different phases and are offset relative to each other along the width of the magnetic circuit, according to the invention, two coils are located on two opposite sides of the magnetic circuit, moreover, two coils located on opposite sides of the magnetic circuit symmetrically with respect to the axial axis of the ingot are connected to one phase in the opposite direction, and two others Gia connected to a different phase according to.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка с кристаллизатором, вид спереди; на фиг.2 - то же, сечение А-А; на фиг.3 - картина электромагнитного поля.Figure 1 shows the proposed device for electromagnetic mixing of the liquid core of the ingot with the mold, front view; figure 2 is the same, section aa; figure 3 is a picture of an electromagnetic field.

Устройство 1 для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины 2 слитка 3 расположено под кристаллизатором 4 с охлаждающей водой 5 и содержит магнитопровод 6. На двух противоположных сторонах магнитопровода 6 расположены по две катушки 7, 8 и 9, 10. При этом две катушки, расположенные на разных сторонах магнитопровода симметрично относительно аксиальной оси слитка (7 и 10), подключены к одной фазе согласно, а две другие (8 и 9) подключены к другой фазе встречно.The device 1 for electromagnetic stirring of the liquid core 2 of the ingot 3 is located under the mold 4 with cooling water 5 and contains a magnetic circuit 6. On two opposite sides of the magnetic circuit 6 are located two coils 7, 8 and 9, 10. At the same time, two coils located on different sides the magnetic circuit is symmetrical about the axial axis of the ingot (7 and 10), connected to one phase according to, and the other two (8 and 9) are connected to the other phase in the opposite direction.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче двухфазного напряжения, со сдвигом фаз на 90 электрических градусов, в катушках 7 и 10 возникает ток i₁, а в катушках 8 и 9 возникает ток i₂ (фиг.3). Катушки с током i₁ создают магнитный поток

показанный на фиг.3 пунктирными линиями, а катушки с током i₂ создают магнитный поток

показанный на фиг.3 сплошными линиями. В результате наложения магнитных потоков

и

образуются два противоположно вращающихся магнитных поля, ось вращения одного из них находится в верхней части, другого - в нижней части жидкой сердцевины. Под действием вращающихся магнитных полей жидкий металл также приводится во вращательные движения. Разностороннее вращательное движение жидкого металла в жидкой фазе слитка может осуществляться непрерывно или периодически в том же направлении или периодически в прямом и обратном направлениях. Такое движение жидкого металла позволяет эффективно воздействовать на дендритную структуру кристаллизующегося слитка или заготовки и значительно увеличить теплоотдачу от жидкой фазы, что способствует ускорению процесса затвердевания и, как следствие, увеличению скорости отливок слитка.When applying a two-phase voltage, with a phase shift of 90 electrical degrees, a current i ₁ arises in

coils

7 and 10, and a current i ₂ arises in coils 8 and 9 (Fig. 3). Coils with current i ₁ create magnetic flux

shown in Fig. 3 by dashed lines, and coils with current i ₂ create magnetic flux

shown in Fig. 3 in solid lines. As a result of superposition of magnetic fluxes

and

two oppositely rotating magnetic fields are formed, the axis of rotation of one of them is in the upper part, the other in the lower part of the liquid core. Under the action of rotating magnetic fields, the liquid metal is also driven into rotational movements. The versatile rotational motion of the liquid metal in the liquid phase of the ingot can be carried out continuously or periodically in the same direction or periodically in the forward and reverse directions. This movement of the liquid metal allows you to effectively affect the dendritic structure of the crystallizing ingot or billet and significantly increase the heat transfer from the liquid phase, which helps to accelerate the solidification process and, as a consequence, increase the speed of the ingot castings.

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

- простота конструктивного решения устройства при работе в агрессивной среде, которая образуется в зоне охлаждения слитка, обеспечивает его долговечность и высокую ремонтопригодность;- the simplicity of the constructive solution of the device when operating in an aggressive environment, which is formed in the cooling zone of the ingot, ensures its durability and high maintainability;

- перемешивание расплава в горизонтальной и в вертикальной плоскостях одновременно обеспечивает однородность структуры слитка, заготовки по химическому составу и физическим свойствам;- mixing of the melt in horizontal and vertical planes simultaneously ensures uniformity of the structure of the ingot, the workpiece in chemical composition and physical properties;

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

- за счет большей разницы скоростей наружных и внутренних слоев металла происходит более интенсивное разрушение растущих кристаллов и унос их во внутренние слои расплава, вследствие чего температура расплава равномерно понижается, и ускоряется процесс кристаллизации.- due to the greater difference in the speeds of the outer and inner layers of the metal, more intense destruction of the growing crystals and their entrainment into the inner layers of the melt occurs, as a result of which the temperature of the melt decreases uniformly, and the crystallization process is accelerated.

Claims

A device for electromagnetic stirring of a liquid core of an ingot containing a lined magnetic core with a multiphase winding, the poles of which are powered from different phases and offset relative to each other along the width of the magnetic circuit, characterized in that there are two coils on two opposite sides of the magnetic circuit, with two coils located on different sides of the magnetic circuit symmetrically relative to the axial axis of the ingot, are connected to one phase in the opposite direction, and the other two are connected to the other phase according to.