RU45009U1

RU45009U1 - ELECTROMAGNETIC PUMP FOR METAL CASTING

Info

Publication number: RU45009U1
Application number: RU2005100182/22U
Authority: RU
Inventors: А.И. Кулинский; В.В. Агалаков; А.И. Артеев; В.С. Бабин; С.М. Елин
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат"
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2005-04-10

Abstract

Полезная модель относится к цветной металлургии и может быть использовано для разливки жидких металлов, таких как магний, алюминий, цинк, олово, свинец и др. Технический результат заключается в устранении недостатков прототипа, и направлен на стабилизацию выходных характеристик и на повышение срока службы насоса. Технический результат достигается тем, что предложен электромагнитный насос для разливки металла, состоящий из канала, магнитопровода, входного патрубка и двух расположенных по обе стороны магнитопровода выходных патрубков, к которым подведен электрический ток, новым является то, что он дополнительно снабжен трансформатором и металлической шиной, жестко соединенной с трансформатором и с выходными патрубками и образующей совместно с каналом вторичную обмотку трансформатора.The utility model relates to non-ferrous metallurgy and can be used for casting liquid metals, such as magnesium, aluminum, zinc, tin, lead, etc. The technical result is to eliminate the disadvantages of the prototype, and is aimed at stabilizing the output characteristics and increasing the life of the pump. The technical result is achieved by the fact that the proposed electromagnetic pump for casting metal, consisting of a channel, a magnetic circuit, an inlet pipe and two output pipes located on both sides of the magnetic circuit, to which an electric current is supplied, is new that it is additionally equipped with a transformer and a metal bus, rigidly connected to the transformer and with the outlet pipes and forming, together with the channel, the secondary winding of the transformer.

Description

Полезная модель относится к цветной металлургии и может быть использовано для разливки жидких металлов, таких как магний, алюминий, цинк, олово, свинец и др.The utility model relates to non-ferrous metallurgy and can be used for casting liquid metals, such as magnesium, aluminum, zinc, tin, lead, etc.

Известны устройства для литья и транспортировки жидких металлов (кн. Технология электромагнитного транспортирования легких сплавов. - Мищенко В.Д., Микельсон А.Э., Круминь Ю.К. - М. Металлургия (Проблемы цветной металлургии). - 1980, 128 с.), выполненные в видеKnown devices for casting and transportation of liquid metals (the book. Technology of electromagnetic transportation of light alloys. - Mishchenko VD, Mikelson AE, Krumin Yu.K. - M. Metallurgy (Problems of non-ferrous metallurgy). - 1980, 128 p. .) made as

Однако все эти устройства не получили промышленного применения из-за сложности изготовления и ремонта, высокой стоимости и непродолжительного срока службы.However, all these devices have not received industrial use due to the complexity of manufacture and repair, high cost and short life.

Известно устройство - электромагнитный насос (А.С. СССР №189688, опубл. 30.11.66 г., бюл. 24), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий канал, магнитопровод, входной патрубок и два выходных патрубка, расположенных по обе стороны магнитопровода, к которым подведен ток. Насос может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Насос прост в изготовлении и эксплуатации, обладает небольшим весом.A device is known - an electromagnetic pump (AS USSR No. 189688, publ. 11/30/66, bull. 24), the number of common signs adopted for the closest analogue of the prototype and includes a channel, magnetic circuit, input pipe and two output pipes, located on both sides of the magnetic circuit, to which the current is supplied. The pump can operate both on direct and alternating current. The pump is easy to manufacture and operate, has a low weight.

Недостатком работы данного насоса является кратковременный срок его эксплуатации, который в при работе в агрессивной среде не превышает 3 суток. Это обусловлено либо прогоранием канала насоса, либо в резком снижении выходных характеристик - давления и расхода. Анализ причин выхода из строя насоса показал, что The disadvantage of this pump is the short term of its operation, which in operation in an aggressive environment does not exceed 3 days. This is due either to the burning of the pump channel, or to a sharp decrease in the output characteristics - pressure and flow. An analysis of the reasons for the failure of the pump showed that

основной причиной выхода из строя насоса является образование тонкой пленки оксида магния на внутренней поверхности стальных стенок рабочей зоны насоса. Образование пленки происходит уже в момент подачи жидкого магния в рабочую зону насоса, стенки которого всегда покрыты оксидами железа. Причем толщина пленки из оксида магния зависит от исходной толщины слоя оксидов железа на поверхности стали, который в свою очередь зависит от температуры и длительности предварительного прогрева насоса. Пленка из оксида магния обладает почти нулевой проводимостью тока и препятствует проникновению тока в жидкий металл и, соответственно резко снижаются выходные характеристики насоса (давление и расход), т.к. последние зависят от плотности тока в жидком металле, которая в этом случае практически равна нулю. Электрический ток, кондукционно подводимый из внешней цепи к каналу, не попав в жидкий металл, проходит по стальным стенкам канала. Создавая в них недопустимо высокую плотность тока для стали (J≥10 А/мм²). В результате стенки канала прогорают и насос выходит из строя.the main reason for the failure of the pump is the formation of a thin film of magnesium oxide on the inner surface of the steel walls of the pump working zone. The formation of the film occurs already at the time of the supply of liquid magnesium to the working area of the pump, the walls of which are always covered with iron oxides. Moreover, the thickness of the film of magnesium oxide depends on the initial thickness of the layer of iron oxides on the surface of the steel, which in turn depends on the temperature and duration of the preliminary heating of the pump. The film of magnesium oxide has an almost zero current conductivity and prevents the penetration of current into the liquid metal and, accordingly, the output characteristics of the pump (pressure and flow rate) sharply decrease, because the latter depend on the current density in the liquid metal, which in this case is practically zero. An electric current conducted from the external circuit to the channel, without entering the liquid metal, passes through the steel walls of the channel. Creating in them an unacceptably high current density for steel (J≥10 A / mm ² ). As a result, the channel walls burn out and the pump fails.

Технический результат заключается в устранении недостатков прототипа, и направлен на стабилизацию выходных характеристик и на повышение срока службы насоса.The technical result is to eliminate the disadvantages of the prototype, and is aimed at stabilizing the output characteristics and increasing the life of the pump.

Технический результат достигается тем, что предложен электромагнитный насос для разливки металла, состоящий из канала, магнитопровода, входного патрубка и двух расположенных по обе стороны магнитопровода выходных патрубков, к которым подведен электрический ток, новым является то, что он дополнительно снабжен трансформатором и металлической шиной, жестко соединенной с трансформатором и с выходными патрубками и образующей совместно с каналом вторичную обмотку трансформатора.The technical result is achieved by the fact that the proposed electromagnetic pump for casting metal, consisting of a channel, a magnetic circuit, an inlet pipe and two output pipes located on both sides of the magnetic circuit, to which an electric current is supplied, is new that it is additionally equipped with a transformer and a metal bus, rigidly connected to the transformer and with the outlet pipes and forming, together with the channel, the secondary winding of the transformer.

Работа насоса основана на использовании силы Лоренца, возникающей в результате взаимодействия рабочего тока, The pump is based on the use of the Lorentz force resulting from the interaction of the operating current,

протекающего в канале через жидкий металл между выходными патрубками и магнитного поля общего тока (ток в жидком металле и стенках канала), возбуждаемого между полюсами П-образного магнитопровода. Причем, если в насосе по прототипу общий ток подводится к каналу кондукционно и как показано выше, часто может совсем не попасть в жидкий металл (рабочий ток около нуля), то в заявленном насосе ток в замкнутой витке, состоящем из металлической шины и канала, являющимся вторичной обмоткой трансформатора, создается индукционным методом и его величина пропорциональна электропроводимости материала витка. Учитывая, что электропроводимость жидких металлов (алюминия, магния, цинка, олова и др.) в несколько раз выше электропроводности нержавеющей стали, то и рабочий ток в жидком металле будет всегда намного превосходить ток в стенках канала. Следовательно, независимо от толщины оксидной пленки на внутренней поверхности стенок канала, рабочий ток будет сохранять свою величину в процессе работы и, соответственно, будут стабильны показатели работы насоса (давление и расход). Кроме того, плотность тока в стальных стенках канала снизиться в несколько раз (до 1-2 А/мм²), что стабилизирует тепловой режим работы насоса и повышается срок его службы.flowing in the channel through the liquid metal between the outlet pipes and the magnetic field of the total current (current in the liquid metal and the walls of the channel), excited between the poles of the U-shaped magnetic circuit. Moreover, if in the pump according to the prototype the total current is supplied to the channel conductively and, as shown above, it can often not get into the liquid metal at all (working current is about zero), then in the claimed pump the current in a closed loop, consisting of a metal bus and a channel, which is The secondary winding of the transformer is created by the induction method and its value is proportional to the electrical conductivity of the coil material. Considering that the electrical conductivity of liquid metals (aluminum, magnesium, zinc, tin, etc.) is several times higher than the electrical conductivity of stainless steel, the working current in the liquid metal will always far exceed the current in the channel walls. Therefore, regardless of the thickness of the oxide film on the inner surface of the channel walls, the operating current will retain its value during operation and, accordingly, pump performance (pressure and flow) will be stable. In addition, the current density in the steel walls of the channel to decrease several times (up to 1-2 A / mm ² ), which stabilizes the thermal mode of the pump and increases its service life.

На фиг.1 показан электромагнитный насос для разливки металла, состоящий из канала 1, магнитопровода 2, входного патрубка 3 и двух расположенных по обе стороны магнитопровода выходных патрубков 4, к которым подведен электрический ток, трансформатора 5 и металлической шины 6, жестко соединенной с выходными патрубками и образующей совместно с каналом вторичную обмотку 7 трансформатора. Электромагнитный насос работает следующим образом.Figure 1 shows an electromagnetic pump for metal casting, consisting of a channel 1, a magnetic circuit 2, an input pipe 3 and two output pipes 4 located on both sides of the magnetic circuit, to which an electric current is supplied, a transformer 5 and a metal bus 6 rigidly connected to the output pipes and forming, together with the channel, the secondary winding 7 of the transformer. The electromagnetic pump operates as follows.

На первичную обмотку трансформатора 5 подают напряжение и создают во вторичной обмотке 7 ток I величиной ~ 1,5 кА, который, A voltage is applied to the primary winding of the transformer 5 and a current I of ~ 1.5 kA is generated in the secondary winding 7, which,

проходя по стенкам канала 1, прогревает их до температуры 700-750°С. Затем в канале 1 за счет вакуумной системы создают разряжение и через входной патрубок 3 жидкий металл поднимается в канал. При заполнении канала 1 металлом (активной зоны) увеличивают напряжение на первичной обмотке и, соответственно, доводят величину тока I во вторичной обмотке до 3-6 кА (в зависимости от требуемого режима работы (давление, расход). При этом часть токаpassing along the walls of channel 1, heats them to a temperature of 700-750 ° C. Then in the channel 1 due to the vacuum system create a vacuum and through the inlet pipe 3 the liquid metal rises into the channel. When channel 1 is filled with metal (active zone), the voltage on the primary winding is increased and, accordingly, the current value I in the secondary winding is increased to 3-6 kA (depending on the required operating mode (pressure, flow).

пойдет по стальным стенкам канала, а другая его часть по жидкому металлуwill go along the steel walls of the channel, and the other part along the liquid metal

где:Where:

ae_ст, ae_ме - электропроводимость стальных стенок канала и жидкого металла;ae _st , ae _me - electrical conductivity of the steel walls of the channel and liquid metal;

S_ст, S_ме - площадь сечения стальных стенок канала и жидкого металла;S _st , S _me - the cross-sectional area of the steel walls of the channel and liquid metal;

Е - напряженность электрического поля.E is the electric field strength.

Учитывая соотношение электропроводности стальных стенок канала и жидкого металла, а также площадей их сечения, получим, что до 90% общего тока пойдет по жидкому металлу, т.е. будет рабочим током. Оставшиеся 10% общего тока пойдут по стальным стенкам (нержавеющая сталь типа 1Х18Н10Т), поддерживая тепловой режим работы насоса. Общий ток I=I_ст+I_ме. проходя между полюсами П-образного магнитопровода 2, создает магнитное поле В, направленное от одного полюса к другому. В результате взаимодействия магнитного поля В рабочего тока I_ме в металле возникает сила Лоренца F, направленная в сторону "ярма" магнитопровода 2 и пропорциональная произведению данных величин (В I_ме). Под действием этой силы жидкий металл приводится в движение, поступает в металлотракт и подается на разливку.Given the ratio of the electrical conductivity of the steel walls of the channel and the liquid metal, as well as their cross-sectional areas, we find that up to 90% of the total current will go through the liquid metal, i.e. will be the working current. The remaining 10% of the total current will go along the steel walls (stainless steel type 1X18H10T), maintaining the thermal operating mode of the pump. Total current I = I _st + I _me . passing between the poles of the U-shaped magnetic circuit 2, creates a magnetic field B, directed from one pole to another. As a result of the interaction of the magnetic field B of the working current I _me in the metal, the Lorentz force F is directed towards the "yoke" of the magnetic circuit 2 and proportional to the product of these quantities (In I _me ). Under the action of this force, the liquid metal is set in motion, enters the metal path and is fed to the casting.

Опытная установка изготовлена на базе вышедшего из строя существующего насоса (насос не создавал давления). Для этого металлический (медный) шинопровод 6 приварили к выходным патрубкам 4 для кондукционного подвода электрического тока к жидкому металлу, образуя совместно с каналом 1 его вторичную обмотку 7. После этого насос при рабочем сечении канала 50×10 мм, в течение длительного времени показывал стабильный режим работы. Так, при рабочем токе 3000 А расход составлял на магнии 3 тонны в час при давлении 0.2 атм, а при токе 5000 А и том же расходе насос развивал давление 0.54 атм.The pilot plant was made on the basis of a failed existing pump (the pump did not create pressure). For this, a metal (copper) busbar 6 was welded to the outlet pipes 4 for conductive supply of electric current to the liquid metal, forming, together with channel 1, its secondary winding 7. After that, the pump, with a working section of the channel 50 × 10 mm, for a long time showed stable mode of operation. So, at an operating current of 3000 A, the flow rate was 3 tons per hour on magnesium at a pressure of 0.2 atm, and at a current of 5000 A and the same flow rate, the pump developed a pressure of 0.54 atm.

Таким образом, преложенная конструкция электромагнитного насоса для перекачки металла позволяет значительно повысить срок его службы.Thus, the proposed design of the electromagnetic pump for pumping metal can significantly increase its service life.

Claims

An electromagnetic pump for casting metal made of a channel, a magnetic circuit, an inlet pipe and two output pipes located on both sides of the magnetic circuit, to which an electric current is supplied, characterized in that it is additionally equipped with a transformer and a metal bus rigidly connected to the transformer and to the output pipes and forming together with the channel the secondary winding of the transformer.