SK278342B6 - The electromagnetic closing facility - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka elektromagnetického uzatváracieho prostriedku na ovládanie prietoku kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnej fáze v plnenom potrubí, obsahujúceho trubicové teleso z materiálu priepustného pre magnetické pole a najmenej jedno viacfázové indukčné vinutie uložené okolo trubicového telesa na vytváranie posuvného magnetického poľa pozdĺž pozdĺžnej osi uvedeného trubicového telesa.

Doterajší stav techniky

V oblasti metalurgie, napríklad v priemyselnom zariadení na liatie alebo v zariadení na povliekanie oceliarenských výrobkov povlakom kovu alebo kovovej zliatiny, v zariadeniach na pokovovanie za tepla alebo ešte v iných aplikáciách, je často potrebné mať možnosť ovládať prietok kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnej fáze. Na tento účel sú kov alebo kovová zliatina uvedené do roztaveného stavu v dôsledku riadeného zvýšenia ich teploty, alebo sú kov alebo kovová zliatina normálne kvapalné pri teplote miestnosti, ako je to napríklad pri ortuti. Na riadenie toku kvapalného kovu alebo zliatiny je bežné používať elektromechanické alebo hydromechanické systémy, ako sú dýzy s posúvačmi, uzávermi, alebo zátkové tyče a pod. Použitie týchto systémov vedie k značným nárokom na investície a nákladom na údržbu, ktoré sú pomerne veľké vzhľadom na to, že tieto systémy obsahujú pohyblivé mechanické súčiastky.

Preto sa už od istého času navrhovalo používať elektromagnetické uzatváracie prostriedky, neobsahujúce žiadny pohyblivý mechanický prvok na riadenie prietoku kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnej fáze v plnenom potrubí. Elektromagnetické uzatváracie prostriedky tohto typu pracujú na princípe podobnom ako lineárny motor, pričom úlohu indukovanej pohyblivej látky má kov alebo kovová zliatina, ktorej prietok sa má ovládať. V týchto elektromagnetických uzatváracích prostriedkoch je indukčné viacfázové vinutie uložené a pripojené elektricky takým spôsobom, že magnetické pole, ktoré vyvíja, sa šíri proti prúdu vzhľadom na normálny smer prúdenia kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny v potrubí. Inak povedané, magnetomotorická sila vyvolávaná viacfázovým indukčným vinutím a vyvíjaná na kvapalný kov v potrubí pôsobí proti sile vyplývajúcej z hydrostatického tlaku kvapalného kovu v plnenom potrubí. Riadením intenzity prúdu vo viacfázovom indukčnom vinutí je možné regulovať prietok kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny v potrubí. Čím väčšia je intenzita prúdu vo viacfázovom indukčnom vinutí, tým menšie je prietokové množstvo kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny prúdiace v potrubí pri elektromagnetických uzatváracích prostriedkoch. Teoreticky je možné pri použití dostatočne intenzívneho prúdu zastaviť prietok kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny pritekajúcej k uzatváraciemu prostriedku.

Intenzita prúdu potrebná na zastavenie je však relatívne veľká, a tým i elektrická energia potrebná na to, aby udržiavala uzatvárací prostriedok v uzatvorenom stave. V praxi sa tak ukázalo ako obťažné dosiahnuť úplné a spoľahlivé zastavenie prietoku prúdu kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny.

Aby sa dosiahlo úplné zastavenie toku kvapalného kovu alebo zliatiny, bolo navrhnuté uzatvoriť čiastočne výstupný koniec trubicového telesa elektromagnetického uzatváracieho prostriedku priečnou stenou s výstupným otvorom umiestneným mimoosovo alebo excentrický vzhľadom na pozdĺžnu os uvedeného trubicového telesa. I keď takéto usporiadanie skutočne dovoľuje zastaviť prúd kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny, intenzita prúdu, ktorá je na to potrebná, zostáva napriek tomu relatívne značná. Okrem toho, keď je elektromagnetický uzatvárací prostriedok otvorený, vyvoláva priečna stena a jej excentrický otvor poruchy (turbulencie) a straty zaťaženia v prúde kovu alebo kovovej kvapalnej zliatiny, ktoré môžu byť neprijateľné v určitých prípadoch použitia.

Vynález si kladie za úlohu vytvoriť elektromagnetický uzatvárací prostriedok, ktorý by vyžadoval menší elektrický príkon ako doteraz známe elektromagnetické uzatváracie prostriedky používané na ovládanie a zastavovanie prietoku kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny v plnenom potrubí, a ktorý by zavádzal iba malé poruchy do tohto toku, keď je uzatvárací prostriedok otvorený.

Podstata vynálezu

Uvedený cieľ je dosiahnutý elektromagnetickým uzatváracím prostriedkom na ovládanie prietoku kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnej fáze v plnenom potrubí, obsahujúcim trubicové teleso z materiálu priepustného pre magnetické pole a viacfázové indukčné vinutie uložené okolo uvedeného trubicového telesa na vytváranie magnetického poľa posuvného pozdĺž pozdĺžnej osi tohto trubicového telesa, ktorého podstatou je, že ďalej obsahuje jadro, ktoré je uložené axiálne v trubicovom telese a je pevne držané vzhľadom na trubicové teleso, pričom medzi jadrom a vnútornou stenou trubicového telesa je vytvorený v podstate prstencovitý priechod pre kvapalný kov alebo kovovú zliatinu, ktorých prietok má byť ovládaný.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu je jadro tvorené magnetickou tyčou ponorenou do hmoty z materiálu priepustného pre magnetické pole, pričom jadro je pripojené k trubkovému telesu uzatváracieho prostriedku radiálnymi ramenami vytvorenými z rovnakého materiálu.

Pod pojmom materiál priepustný pre magnetické pole sa rozumie magnetický materiál, ktorého permeabilita μ je definovaná podľa známeho vzorca μ = μτ μο, kde μθ je permeabilita vákua (4π.1Ο’⁷ H/m), a μ, je relatívna permeabilita, pričom v prípade vynálezu je pre trubicové teleso a jadro prijateľná hodnota relatívnej permeability od 10 do 1000.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu, k oblasti priľahlej k uloženiu jadra je orientovaný injektor, dovoľujúci riadené vstrekovanie neutrálneho alebo inertného plynu vylučujúceho oxidáciu kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnom stave, zadržiavanej v uzatváracom prostriedku.

Elektromagnetický uzatvárací prostriedok podľa vynálezu výhodne obsahuje dve viacfázové indukčné vinutia uložené vedľa seba okolo trubicového telesa uzatváracieho prostriedku. Viacfázové indukčné vinutia sú účelne pripojené k rozdielnym regulovateľným zdrojom prúdu.

I keď dôvody, prečo elektromagnetický uzatvárací prostriedok podľa vynálezu je účinnejší ako elektromagnetické uzatváracie prostriedky doteraz známe podľa stavu techniky, nie sú plne objasnené, je možné predpokladať, že tieto účinky vyplývajú jednak z toho, že magnetický tok, vyvíjaný indukčným vinutím, je sústreďovaný jadrom umiestneným v trubicovom telese, a jednak z toho, že tok kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny je vymedzený do prstencovitej oblasti ležiacej medzi jadrom a vnútornou stenou trubicového telesa. Ide o oblasť, kde je magnetické pole prirodzene najintenzívnejšie a teda účinnejšie ako uprostred trubicového vedenia, pretože táto prstencovitá oblasť je bližšie k indukčnému vinutiu, ktoré obklopuje toto trubicové teleso.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom opise na príklade uskutočnenia, s odvolaním na pripojený výkres, na ktorom znázorňuje:

obr. 1 schematický axiálny rez elektromagnetickým uzatváracím prostriedkom podľa vynálezu, obr. 2 rez polovicou uzatváracieho prostriedku z obr. 1, vedený rovinou II-II.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Elektromagnetický uzatvárací prostriedok znázornený na obr. 1 a 2 obsahuje, ako je známe, trubicové teleso 1 vytvorené z materiálu, ktorý je priepustný pre magnetické pole (má vyššie definovanú permeabilitu) vytvorené viacfázovým indukčným vinutím 2, ktoré obklopuje trubicové teleso 1 a ktoré môže byť napájané prúdom zo zdroja 3 viacfázového prúdu s premenlivou intenzitou.

V prípade, keď je elektromagnetický uzatvárací prostriedok určený na ovládanie prietoku roztaveného kovu alebo roztavenej kovovej zliatiny, je teleso 1 výhodne vytvorené zo žiaruvzdornej hmoty, nezmáčavej kontaktom s roztaveným kovom alebo zliatinou, napríklad z keramickej hmoty. Okrem toho je v tomto prípade trubicové teleso výhodne tesne obklopené po celej svojej dĺžke vyhrievacím zariadením 4 schopným zahrievať teleso 1 na teplotu dostatočnú na udržiavanie kovu alebo kovovej zliatiny na vopred určenej vyššej teplote vyššej ako je teplota topenia. Vyhrievacie zariadenie 4 môže byť tvorené známym spôsobom, napríklad vyhrievacím zariadením pracujúcimi na elektromagnetickom indukčnom princípe alebo vyhrievacím elektrickými odpormi.

Ak oproti tomu je kov alebo kovová zliatina kvapalná pri nízkej teplote alebo pri teplote miestnosti, teleso 1 nemusí byť zo žiaruvzdornej hmoty a môže byť jednoducho vytvorené z materiálu, ktorý je priepustný pre magnetické pole, dostatočne tuhý na zaistenie mechanickej pevnosti telesa uzatváracieho prostriedku a kompatibilný s kovom alebo kovovou zliatinou prechádzajúcou týmto uzatváracím prostriedkom.

Polyfázové indukčné vinutie 2 je uložené a elektricky pripojené tak, že vytvára magnetické pole posuvné pozdĺž pozdĺžnej osi trubicového telesa 1 v takom smere, že magnetomotorické sily F vyvíjané viacfázovým indukčným vinutím 2 na kov alebo kovovú zliatinu prúdia cu v trubicovom telese 1 pôsobia proti smeru toku tohto kvapalného kovu alebo zliatiny, vyznačeného ako smer G, pôsobením hydrostatického tlaku. Viacfázové indukčné vinutie 2 môže byť napríklad tvorené vinutím typu Madylam, umožňujúcim veľmi intenzívne indukčné pole väčšie alebo rovné 10 000 A/m. Ak je to potrebné, toto indukčné vinutie môže byť chladené známym spôsobom chladiacou tekutinou uvádzanou do obehu v kanáloch vytvorených v tomto vinutí. Prúd potrebný na budenie viacfázového indukčného vinutia 2, poskytovaný zdrojom 3, sa môže napríklad získavať z trojfázovej siete 380 V, 50 Hz so spojením s transformátorom na znižovanie napätia na 17 V, ktorý je sám pripojený k indukčnému vinutiu 2 pomocou regulačného mechanizmu intenzity.

Podľa vynálezu je v trubicovom telese 1 axiálne uložené jadro 5, ktoré je voči nemu pevne držané niekoľkými radiálnymi ramenami 6. Jadro 5 môže mať v podstate rovnakú dĺžku ako trubicové teleso 1 a ramená môžu mať rovnakú dĺžku ako jadro 5 alebo byť umiestnené iba na časti jeho dĺžky. Výhodne sú jadro 5 a ramená 6 profilované takým spôsobom, aby vyvolávali čo najmenšie rušenie toku kvapalného kovu alebo zliatiny v trubicovom telese 1. Z rovnakých dôvodov sú vnútorný priemer trubicového telesa 1 a vonkajší priemer jadra 5 zvolené takým spôsobom, že plocha prstencovitého priechodného prierezu medzi jadrom 5 a telesom 1 je rovnaká ako je kruhový prierez pred a eventuálne i za elektromagnetickým uzatváracím prostriedkom v smere toku. Výhodne je jadro 5 tvorené magnetickou tyčou 7 ponorenou do hmoty 8 priepustnej pre magnetické pole, pričom táto hmota je výhodne rovnaká ako hmota, za ktorou sú vytvorené ramená 6 a trubicové teleso 1, napríklad žiaruvzdorná hmota, nezmáčavá na dotyk s kvapalným kovom alebo kovovou zliatinou. Magnetická tyč 7 dovoľuje zaistiť viazať magnetického poľa do slučky, vyvíjaného viacfázovým indukčným vinutím 2.

Vo vyhotovení znázornenom formou príkladu na obr. 1 môže elektromagnetický uzatvárací prostriedok obsahovať druhé viacfázové indukčné vinutie 9, uložené a elektricky pripojené tak, že môže hrať úlohu podobnú ako viacfázové indukčné vinutie 2. Viacfázové indukčné vinutie 9 môže byť pripojené k zdroju prúdu 3, napríklad pomocou prepínača 10, alebo môže byť pripojené k vlastnému zdroju 11 regulovateľného viacfázového prúdu, ako je znázornené bodkočiarkovane na obr. 1. V prvom prípade zaisťuje viacfázové indukčné vinutie 9 zdvojnásobenie rovnakej funkcie akú má viacfázové indukčné vinutie 2 a môže byť použité ako pomocné vinutie v prípade zlyhania vinutia 2. V druhom prípade je možné eventuálne pripustiť malé únikové prietokové množstvá v úrovni viacfázového indukčného vinutia 2, ktoré potom môže byť ľahko zastavené magnetickým poľom vytvoreným viacfázovým indukčným vinutím 9. Toto druhé usporiadanie má význam v tom, že ešte viac znižuje spotrebu energie na úplné zastavenie prietoku kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny a umožňuje obmedziť dimenzovanie prostriedkov potrebných na napájanie indukčných vinutí 2 a 9 prúdom

Na svojom extrémnom vstupnom konci je trubicové teleso 1 vybavené prírubou alebo iným napájacím prostriedkom 12, ktorým môže byť elektromagnetický uzatvárací prostriedok upevnený na konci prívodného potrubia 13 kovu alebo kvapalnej zliatiny alebo k nádobe obsahujúcej uvedený tekutý kov alebo zliatinu.

Na svojom výstupnom konci rovnako tak môže byť trubicové teleso 1 taktiež vybavené prírubou alebo iným vhodným prípojným prostriedkom 14, ktorým môže byť elektromagnetický uzatvárací prostriedok pripojený v prípade potreby k druhému potrubiu na dopravu kvapalného kovu alebo kovovej zliatiny.

V prípade, keď je elektromagnetický uzatvárací prostriedok určený na riadenie prietoku roztaveného kovu alebo kovovej zliatiny, môže byť trubicové teleso 1 alebo potrubie 15 výhodne vybavené injektorom 16 dovoľujúcim riadené vstrekovanie neutrálneho alebo inertného plynu vylučujúceho oxidáciu kvapalného kovu alebo zliatiny kovu, udržiavaných v elektromagnetickom uzatváracom prostriedku.

Ako príklad je možné uviesť, že elektromagnetickým uzatváracím prostriedkom, ktorého teleso 1 má vnútorný priemer 14 mm a jadro 5 má vonkajší priemer 8 mm a ktorý obsahuje jediné viacfázové indukčné vinutie majúce desať závitov na fáze s priemerom 45 mm, bolo možné úplne zastaviť prietok roztavenej zliatiny zinku, ktorá bola udržiavaná pri teplote 480 °C pri hydrostatickom tlaku na vstupe elektromagnetického uzatváracieho prostriedku s veľkosťou 2,5.10⁴ Pa. Na tento účel bolo viacfázové indukčné vinutie napájané prúdom 2400 A. (Je potrebné poznamenať, že zostava, s ktorou bol vykonaný pokus, nemala regulačný mechanizmus intenzity, a je teda možné očakávať, že intenzita prúdu dostatočného na úplne zastavenie toku roztaveného zinku bude ešte nižšia ako 2 400 A.). Na porovnanie je možné uviesť, že pri použití elektromagnetického uzatváracieho prostriedku bez stredového jadra by bolo potrebné v zásade na úplné zastavenie toku roztavenej zinkovej zliatiny napájať indukčné vinutia viacfázovaným prúdom s intenzitou najmenej štyri až päťkrát väčšou.

Je samozrejmé, že opísané vyhotovenie elektromagnetického uzatváracieho prostriedku bolo poskytnuté iba ako demonštračný príklad bez akéhokoľvek obmedzenia. Odborníkovi budú zrejmé mnohé obmeny, ktoré možno ľahko realizovať bez toho, aby sa opustil rozsah vynálezu.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektromagnetický uzatvárací prostriedok na ovládanie prietoku kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnej fáze v plnenom potrubí, obsahujúci trubicové teleso z materiálu priepustného pre magnetické pole a viacfázové indukčné vinutie uložené okolo uvedeného trubicového telesa na vytváranie magnetického poľa posuvného pozdĺž pozdĺžnej osi tohto trubicového telesa, vyznačujúci sa tým, že obsahuje ďalej jadro (5), ktoré je axiálne uložené v trubicovom telese (1) a je pevne držané vzhľadom na trubicové teleso (1), pričom medzi jadrom (5) a vnútornou stenou trubicového telesa je vytvorený v podstate prstencovitý priechod pre kvapalný kov alebo kovovú zliatinu, ktoiých prietok má byť ovládaný.
2. 2. Elektromagnetický uzatvárací prostriedok podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že jadro (5) je tvorené magnetickou tyčou (7) ponorenou do hmoty (8) z materiálu priepustného pre magnetické pole, pričom jadro (5) je pripojené k trubicovému telesu (1) uzatváracieho prostriedku radiálnymi ramenami (6) vytvorenými z rovnakého materiálu.
3. 3. Elektromagnetický uzatvárací prostriedok podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že k oblasti priľahlej k uloženiu jadra (5) je orientovaný injektor (16), dovoľujúci riadené vstrekovanie neutrálneho alebo inertného plynu vylučujúceho oxidáciu kovu alebo kovovej zliatiny v kvapalnom stave, zadržiavanej v uzatváracom prostriedku.
4. 4. Elektromagnetický uzatvárací prostriedok podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž3, vyznačujúci sa t ý m , že obsahuje dve viacfázové indukčné vinutia (2, 9) uložené vedľa seba okolo trubicového telesa (1) uzatváracieho prostriedku.
5. 5. Elektromagnetický uzatvárací prostriedok podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že viacfázové indukčné vinutia (2, 9) sú pripojené k dvom rozdielnym regulovateľným zdrojom prúdu (3, 11).