Устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла при непрерывной разливке

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА ПРИ НЕПРЕРЬЮНОЙ РАЗЛИВКЕ, содержащее источник многофазного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, размещенный под кристаллизатором параллельно технол огической оси машины непрерьгеного литья, отличающееся тем, что, с целью повьаиения однородности непрерывнолитого слитка по структуре и химическому составу и расширения марочного сортамента непрерывно-литой стали, индуктор выполнен с переменным полюсным делением, которое на выходе индуктора в 2-6 раз больше, чем на входе.

союз совятсних социалистичесних

Республин (!9) 01) 4(51) В 12 0 11/10

ГосудАРстбенный номитет сссР по дклАм изои чтений и отнРытьй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3636373/22-02 (22) 03.06,83 (46) 15.06.85. Бюл. Ф 22 (72) Б.В.Чудовский, Л.Н.Ламыкин и А.Г.Зубарев (71) .Научно-производственное объединение "Тулачермет" (53) 621.746.27 (088.8) . (56) 1.Заявка Великобритании

У 2019273, кл, В 22 D 11/10, 1963.

2.Патент США Ф 3995678, кл. В 22 D 27/02, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИАГ"

НИТНОГО ПЕРЕИЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ, содержащее источник многофаэного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, размещенный под кристаллизатором параллельно технологической оси машины непрерывного литья, о т л и ч а в щ е е с я тем, что, с целью повьипения однородности непрерывно. литого слитка по структуре и химическому составу и расширения марочногосортамента непрерывно-литой стали, индуктор выполнен с переменным полюсиым делением, которое на выходе индуктора в 2-6 раз больше, чем на входе.

1161232

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непрерывной разливке металлов.

Известно устройство для электромагнитного перемешивания лунки жидкого 5 металла при непрерывной разливке в зоне под кристаллизатором, которое осуществляет перемешивание бегущим электромагнитным полем, направленным вдоль технологической оси машины не- 10 прерывного литья. Использование этого устройства позволяет ускорить снятие температуры перегрева жидкого металла, улучшить структуру непрерывнолитого слитка за счет расширения зо- 15 ны равноосных кристаллов, уменьшения осевых усадочных раковин и снижения осевой ликвации {„3g .

Недостатком устройства является, то, что интенсивность электромагнит- 20 ного поля в нем резко уменьшается на входе и выходе.индуктора устройства, в силу чего на этих участках возникают большие перепады сксрости потока жидкого металла, вызывающие 25 образование в слитке специфических неоднородностей в виде зон с отрицательной ликвацией, так называемых

"белых полос". Это ухудшает качество непрерывно-литого металла, делая 30 его в некоторых случаях вообще непригодным для использования, Характерным примером в этом отношении является подшипниковая сталь, для которой наличие "белых полос" в структуре слитка является прямым браковочным признаком.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату является уст- 40 ройство, содержащее источник многофазного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, который размещен под кристаллизатором параллельно технологичес- 45 кой оси машины непрерывного JIHTbHe

В этом устройстве для ослабления интенсивности бегущего электромагнитного поля обмотка индуктора выполнена с возрастающим межвитковым 50 шагом, либо с возрастающим диаметром витков, либо,,при многослойной обмотке, с уменьшающимся числом слоев витков в направлении во всех случаях от середины индуктора к 55 его концам, Указанные технические решения обеспечивают ослабление интенсивности бегущего электромагнитного поля в направлении от середины индуктора к его концам, в результате чего достигается соответствующее уменьшение переиешивающегося усилия (2f.

Недостатком устройства является то, что в нем, при изменении интенсивности бегущего электромагнитного поля, скорость последнего сохраняется постоянной по всей длине индуктора и резко изменяется на входе и выходе 0FQ> что не позволяет исключить образование белых полос" в структуре непрерывного слитка и, следовательно, не обеспечивает возможности непрерывной разливки таких сталей как подшипниковая, рельсовая и других. Кроме того, устройство сложно в изготовлении и имеет низкий

КПД из-за больших полей рассеяния.

Цель изобретения — повышение однородности непрерывно-литого слитка по структуре и химическому составу и расширение марочного сортамента непрерывно-литой стали.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для электромагнитного перемешивания жидкого металла при непрерывной разливке, содержащем источник многофазного электрического тока и индуктор бегущего электромагнитного поля, размещенный под кристаллизатором параллельно технологи" ческой оси машины непрерывного литья, индуктор выполнен с переменным полюсным делением, которое на выходе индуктора в 2-6 раз больше, чем на входе.

Изобретение позволяет изменить скорость бегущего электромагнитного поля по длине индуктора, а вместе с ней и скорость потока жидкого металла в зоне электромагнитного перемешивания, от меньшей величины на входе индуктора до большей на выходе его. Указанное обеспечивает получение более мягкого режима перемешивания с последовательным нарастанием скорости потока жидкого металла во всей зоне перемешивания, что необходимо для получения более однородного по структуре и химическому составу непрерывно-литого слитка. При этом наличие диапазона изменений полюсного деления в индукторе в пределах 2-6 раз обьясняется. различием физико-химических свойств

1161 жидкого металла различных марок и особенностями его затвердевания.

Характер изменения полюсного деления по длине зоны перемешивания определяется распределением полюсного деления по длине индуктора, которое характеризуется следующим: минимальное полюсное деление имеет входная часть (вход) индуктора (Ъ длиною 2 Ь ця (это полюсное деление 10 является входным полюсным делением индуктора, т.е. - „ц„= Ьвх ); каждое последующее к выходу индуктора полюсное деление имеет величину не меньшую, чем предыдущее; изменение полюсного деления но длине индуктора производится ступенчато; величина любой ступени изменения полюсного деления кратна целому числу от до 6 минимальных значений полюсного

/Ъ деления на входе пндуктора (т.е. 5 ь=

= n ° Гяоц, где n — целое число от

1 до 6, (ь — текущее значение IIoлюсного деления; степень увеличения полюсного деления по длине индуктора д составляет величину от 2 до 6 согласно изобретению.

Указанное выражается зависимостью

30 ь

2 1- мин ью где „цн — минимальное значение полюсного деления на

35 входе и ндукт ор а;

L — длина индуктора;

P — число пар полюсов с пои

Г" люсным делением п (, „„;

40 п — натуральный ряд чисел от 1 до 6 (1,2,3,4,5,6).

Отсюда можно выразить значение выходного полюсного деления, которое записывается

1 щ = (2-6) н он = (2-6)tsx э

1 .

Пределы 2-6 изменения увеличения полюсного деления по длине индуктора о обосновываются следующим образом.

При перемешивании в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ жидкой фазы металла бегущим электромагнитным полем, направленным вдоль оси заготовки,, вход индуктора с полюсным делением %

Гвх бя„н располагается на участке заготовки, выходящей из кристаллиза232 4, тора и имеющей тонкую корку толщиной

15-25 мм. При этом величина полюсно-. го деления на входе индуктора определяется иэ условий, исключающих обоснование "белой полосы" в структуре слитка. Эти условия выражены в форме ограничения скорости перемещения жидкого металла на входе индук.тора величиной 0,23-0,5 и/с. Эти условия легко пересчитываются в необходимую величину полюсного деления по формуле „1 = 2 1.ВХ где V> — скорость перемещения жидкого металла под действием поля; частота электрического то++ У полюсное деление индуктора на входе;

S — скольжение.

Выход индуктора размещен на участке заготовки с толстой коркой затвердевшего металла, толщина которой стремится к нолутолщине заготовки.

Очевидно, что перемешивание за толстой коркой требует больших амплитуд и глубины проникновения магнитного поля, составляющей 0,5-0,75 ширины непрерывнолитой заготовки. Это дости-. гается использованием больших полюсных делений индуктора в рабочем диа- пазоне частот 5-50(60) Гц.

Условие Гвь,„ (2 Та„ означает, что (, т вых = ех = ц„„° следовательно при этом условйй перемешивания металла за толстой коркой не соблюдается, так как глубина проникновения поля недостаточна.

При условии ь „ = 2 .вх оптимальные условия перемешивания за толстой коркой уже выполняются, хотя лишь для мелких сечений при разливке сорговых заготовок. Для блюмов, имеющих большее сечение, полюсное деление должно быть еще большим, но нри Г <

ЭЫх

67>„ дальнейшее его увеличение становится нецелесообразным, так как даже прй низких частотах 5-8 Гц зависимость глубины проникновения магнитного поля от полюсного деления достигает насыщения и его дальнейшее увеличение не приводит к существенному приросту глубины проникновения магнитного поля. При этом конструктивная сложность нндуктора про-, 1161232 должает возрастать, а его энергетические параметры ухудшаются.

Указанное в рабочем диапазоне частот 5-50(60)Гц подтвержается зависимостью Ъ

h о .=

SO где h о — глубина проникновения

15 магнитного поля; ф о — магнитная проницаемость металла; З вЂ” электропроводность металла

И вЂ” угловая рабочая частота.

Таким образом величина выходного

Ъ Г полюсного деления I. „„(2 я я . не обеспечивает необходимой глубины проникновения магнитного поля, а величина выходного полюсного деления

) 6 L „,, „нецелесообразна, так

ВЬЮ как не приводит к соответствующему приросту глубины проникновения магнитного поля, вызывая в то же время усложнение конструкции и ухудшения энергетических параметров инцуктора.

Следовательно, оптимальное изменение увеличения полюсного деления индуктора находится в пределах 2-6, Конкретное значение увеличения 3S полюсного деления индуктора в пределах указанного диапазона 2-6 уточняется экспериментально для данной марки металла и ограничивается его минимальным значением, необходимым 40 для устранения "белых полос" в структуре слитка. Дальнейшее увеличение нецелесообразно, так как приводит к неоправданному усложнению конструкции нндуктора устройства. 45

На фиг. 1 представлено устройство для электромагнитного перемешивания лунки жидкого металла-при непрерывной разливке, разрез; на фиг. 2— схема трехфазной однослойной обмотки индуктора устройства.

Предлагаемое устройство содержит источник 1 многофаэного.электрического тока, кабельную линию .2, индуктор 3 бегущего электромагнитного SS поля с обмоткой 4 и магнитопроводом

5. Индуктор 3 защищен кожухом 6 иразмещен под кристаллизатором 7 параллельно технологической оси MBIHHHbl непрерывного литья.

Обмотка 4 индуктора 3 размещена на магнитопроводе 5 с переменным полюсным делением, которое на выходе индуктора 3 в 2-6 раз больше, чем на входе. Обмотка 4 индуктора 3 может быть петлевой, кольцевой, волновой и т.п., однако во всех случаях общим требованием остается наличие переменного полюсного деления, которое возрастает по длине индуктора в

2-6 раэ. Размещение фазовых зон А)(, Щ, „ обмотки 4 на магнитопроводе

5 и полюсные деления 7,1 и С для конкретного варианта индуктора с

2.

*22„показаны на фиг. 1 и 2.

Представленное на фиг. 1 и 2 соединение фаз обмотки 4. "звездой" не исключает воэможности их соединения и "треугольников.", в зависимости от конкретныс условий эксплуатации.

Устройство работает следующим образом.

От источника 1 многофазного электрического тока по кабельной линии 2 подается питание на индуктор 3, в котором посредством обмотки 4 и магнитопровода 5 создается бегущее электромагнитное поле, скорость которого изменяется по длине индуктора 3 в соответствие с изменением величины полюсного деления, т.е. возрастает в

2-6 раэ на- участке от входа до выхода ,индуктора 3. 3 процессе непрерывной разливки металл поступает из кристаллизатора 7.в зону перемешивания к индуктору 3 в виде частично затвердевшего слитка 8 с лункой жидкого . металла 9. В зоне перемешивания бегущее электромагнитное поле индуктора 3 взаимодействует с металлом слитка 8 и создает в нем пондеромоторные объемные силы. Под действием укаэанных сил жидкий металл в лунке 9 приходит s движение, образуя внутри объема лунки 9 замкнутые циркуляционные потоки. При этом скорость потоков жидкого металла соответствует .скорости бегущего электромагнитного поля с учетом гидродинамических условий внутри слитка 8 и, следовательно, непрерывно возрастает на протяжении всего участка перемешивания по длине индуктора 3.

Таким образом, с помощью предложенного устройства обеспечивается получение непрерывного слитка 8 с

1161232 достаточной однородностью по структуре и химическому составу, в т.ч. для марок стали, которые ранее не могли разливаться непрерывным способом. Зкономический эффект от внедрения изобретения составит 490 тысяч рублей в год на одну машину непрерывного литья. При этом обеспечивается воэможность расширения марочного сортамента сталей, разливае—

5 мых на машине непрерывного литья.

1161232

Составитель А.Попов

Редактор М.Товтин Техред С.Легеза Корректор С.Шекмар

Заказ 3888/15 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4