Электромагнитный клапан для управления потоком металла или металлического сплава в жидкой фазе

 

Использование: в арматуростроении, в металлургии для управления потоком металла или металлического сплава в жидкой фазе, в оборудовании горячей гальванизации. Сущность изобретения: трубчатый корпус электромагнитного клапана выполнен из магнитопроницаемого материала. Коаксиально корпусу расположена многофазная индукторная обмотка, соединенная с источником тока. Вдоль продольной оси в корпусе на радиальных ребрах установлен сердечник из магнитного материала. Между сердечником и корпусом образован кольцевой проход для жидкого металла или металлического сплава. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к арматуростроению и может найти применение в области металлургии, например в промышленном оборудовании для разливки или в оборудовании для защиты металлургической продукции металлическим покрытием или покрытием из металлического сплава (такого, как оборудование горячей гальванизации).

Известна конструкция электромагнитного клапана, не имеющего каких-либо подвижных механических элементов для управления потоком металла или металлического сплава в жидкой фазе. Подвижным якорем является металл или металлический сплав, потоком которого и необходимо управлять. В таком электромагнитном клапане многофазная индукторная обмотка размещается и соединяется электрически таким образом, чтобы формируемое ей магнитное поле распространялось бы противотоком по отношению к нормальному направлению потока жидкого металла или металлического сплава. Магнитодвижущая сила, создаваемая многофазной индукторной обмоткой и приложенная к жидкому металлу в канале, противоположна силе, обусловленной гидравлическим давлением жидкого металла. Регулируя ток в многофазном индукторном потоке, можно регулировать расход жидкого металла или металлического сплава. Чем больше ток в многофазной индукторной обмотке, тем меньше расход жидкого металла или металлического сплава, проходящего через электромагнитный клапан.

Используя достаточно большой ток, можно остановить течение жидкого металла или металлического сплава. Однако ток, необходимый для установки потока жидкого металла или металлического сплава, сравнительно велик, а следовательно, велика и электрическая мощность, необходимая для удержания клапана в "закрытом" состоянии, а на практике оказывается затруднительным получение полного и надежного останова течения жидкого металла или металлического сплава.

Целью изобретения является уменьшение потребной мощности для управления и останова потока жидкого металла или металлического сплава при одновременном снижении гидросопротивления и потерь давления в потоке среды.

Это обеспечивается тем, что электромагнитный клапан для управления потоком металла или металлического сплава в жидкой фазе, содержащий трубчатый корпус с присоединительными патрубками, выполненный из магнитопроницаемого материала, и многофазную индукторную обмотку, расположенную коаксиально корпусу, снабжен сердечником, выполненным из магнитного материала и размещенным в корпусе вдоль его продольной оси с образованием между ним и внутренней стенкой корпуса кольцевого прохода для жидкого металла или металлического сплава.

При этом сердечник может быть выполнен в виде магнитного стержня с покрытием и установлен в корпусе на радиальных ребрах, причем покрытие и ребра выполнены из магнитопроницаемого материала.

Кроме того, трубчатый корпус или присоединительные патрубки снабжены инжектором для контролируемого ввода инертного газа.

Клапан может быть снабжен дополнительной многофазной индукторной обмоткой, расположенной последовательно основной обмотке вдоль оси корпуса, при этом каждая из многофазных индукторных обмоток соединена с соответствующим источником тока.

На фиг. 1 изображен электромагнитный клапан, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Электромагнитный клапан содержит трубчатый корпус 1, выполненный из материала, проницаемого для магнитного поля, создаваемого многофазной индукторной обмоткой 2, которая окружает трубчатый корпус 1 и которая может быть записана током источника многофазного тока 3 переменной интенсивности.

В случае, когда электромагнитный клапан предназначен для управления потоком расплавленного металла или металлического сплава, корпус 1 выполняется из жаростойкого материала, например керамического, который не является смачиваемым при контакте с расплавленным металлом или металлическим сплавом.

Кроме того, трубчатый корпус плотно окружен по всей своей длине нагревающим устройством 4, предназначенным для подогрева корпуса 1 до температуры, достаточной для удержания расплавленного металла или металлического сплава при заранее определенной температуре, превышающей температуру плавления. Нагревательное устройство 4 может быть известного типа, например устройством электромагнитного индукционного нагрева или греющими электрическими резисторами.

С другой стороны, если металл или металлический сплав являются жидкими при низкой температуре или температуре окружающей среды, то корпус 1 не требует применения жаропрочных материалов и может быть выполнен из магнитопроницаемого материала, достаточно прочного для обеспечения механической прочности корпуса клапана и совместимого с металлом или металлическим сплавом, проходящим через клапан.

Многофазная индукторная обмотка 2 располагается и соединяется электрически таким образом, чтобы создать поле, скользящее вдоль продольной оси трубчатого корпуса 1, в таком направлении, чтобы магнитодвижущие силы F, воздействующие со стороны многофазной индукторной обмотки 2 на жидкий металл или металлический сплав, проходящий в трубчатом корпусе 1, препятствовали течению жидкого металла или металлического сплава, указанному стрелкой G, под воздействием гидростатического давления.

В случае необходимости этот индуктор можно охлаждать известным способом: охлаждающей жидкостью, подаваемой для циркуляции в каналах, предусмотренных в обмотке. Ток, необходимый для возбуждения в многофазной индукторной обмотке 2, поступающий от источника 3, может быть получен, например, от трехфазной сети 380 В, 50 Гц, соединенной с трансформатором, понижающим напряжение до 17 В, который соединен с индуктором 2 с помощью устройства регулирования тока.

Сердечник 5 располагается вдоль оси в трубчатом корпусе 1 и удерживается в нем несколькими радиальными ребрами 6. Сердечник 5 может иметь ту же длину, что и трубчатый корпус 1, а ребра 6 могут иметь ту же длину, что и сердечник 5, или располагаться лишь на участке его длины. Предпочтительно, чтобы сердечник 5 и ребра 6 были профилированы, чтобы создавать наименьшие возмущения в жидком металле или металлическом сплаве, протекающем в трубчатом корпусе 1. По тем же причинам внутренний диаметр трубчатого корпуса 1 и внешний диаметр сердечника 5 выбираются так, чтобы площадь проходного кольцевого сечения между сердечником 5 и корпусом 1 была равна площади проходного кругового сечения на входе, а в случае необходимости и на выходе из электромагнитного клапана. Предпочтительно, чтобы сердечник 5 был сформирован из магнитного стержня 7 с покрытием 8 из магнитопроницаемого материала, причем этот материал должен быть таким же, как и материал, образующий ребра 6 и трубчатый корпус 1, например жаростойкий материал, не смачиваемый при контакте с жидким металлом или металлическим сплавом. Магнитный стержень 7 позволяет обеспечить замыкание магнитного поля, создаваемого многофазной индукторной обмоткой 2.

В форме исполнения, показанной на фиг. 1, электромагнитный клапан может иметь вторую многофазную индукторную обмотку 9, расположенную и соединенную электрически таким образом, чтобы играть роль, аналогичную многофазной индукторной обмотке 2.

Многофазная индукторная обмотка 9 может быть соединена с источником тока 3, например, с помощью коммутатора 10 или со своим собственным регулируемым многофазным источником тока 11 (показано штрих-пунктирной линией на фиг. 1). В первом случае многофазная индукторная обмотка 9 обеспечивает дублирование тех же функций, что и у многофазной индукторной обмотки 2, и может быть использована как аварийная обмотка в случае неисправности обмотки 2. Во втором случае можно при необходимости обеспечить небольшой расход утечек на уровне многофазной индукторной обмотки 2, причем этот малый расход будет затем легко остановлен магнитным полем, создаваемым многофазной индукторной обмоткой 9. Второй вариант представляет интерес с точки зрения еще большего снижения расхода энергии, необходимой для полной остановки расхода жидкого металла или металлического сплава, и ограничения размеров необходимого оборудования для питания током индукторных обмоток 2 и 9.

На свободном конце трубчатый корпус 1 снабжен фланцем или другим средством соединения 2, с помощью которого электромагнитный клапан может крепиться к концу присоединительного патрубка 13 подвода жидкого металла или металлического сплава или к емкости, содержащей указанный жидкий металл или сплав. Кроме того, на своем выходном конце трубчатый корпус 1 также может иметь фланец или соответствующее другое средство соединения 14, с помощью которого электромагнитный клапан может быть соединен, если это необходимо, с другим патрубком 15 транспортировки жидкого металла или металлического сплава.

В случае, когда электромагнитный клапан предназначен для управления потоком расплавленного металла или металлического сплава, трубчатый корпус 1 или канал 15 могут быть снабжены инжектором 16, обеспечивающим контролируемую инжекцию нейтрального или инертного газа, предотвращающего окисление жидкого металла или металлического сплава, удерживаемого электромагнитным клапаном.

Формула изобретения

1. Электромагнитный клапан для управления потоком металла или металлического сплава в жидкой фазе, содержащий трубчатый корпус с присоединительными патрубками, выполненный из магнитопроницаемого материала, и многофазную индукторную обмотку, расположенную коаксиально корпусу, отличающийся тем, что он снабжен сердечником, выполненным из магнитного материала и размещенным в корпусе вдоль его продольной оси с образованием между ними внутренней стенкой корпуса кольцевого прохода для жидкого металла или металлического сплава.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что сердечник выполнен в виде магнитного стержня с покрытием и установлен в корпусе на радиальных ребрах, причем покрытие и ребра выполнены из магнитопроницаемого материала.

3. Клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что трубчатый корпус или присоединительные патрубки снабжены инжектором для контролируемого ввода инертного газа.

4. Клапан по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной многофазной индукторной обмоткой, расположенной последовательно основной обмотке вдоль оси корпуса.

5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что каждая из многофазных индукторных обмоток соединена с соответствующим источником тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2