Тимофеев В.Н. (ред.) Применение магнитогидродинамических устройств в металлургии
Подождите немного. Документ загружается.
254
К недостаткам конструкции относятся: значительное потребление
экраном электрической энергии, в результате температура экрана
повышается и требуется дополнительное его охлаждение; относительно
низкая величина вращающего момента
Рис. 1.5.9 – Электропроводный экран в виде сектора
1.5.7 Короткозамкнутый виток
Более эффективным и экономичным фазосдвигающим устройством, по
сравнению с электромагнитным экраном, является короткозамкнутый виток,
охватывающий продольный канал и имеющий возможность поворота вокруг
255
оси канала. На рис. 1.5.10. изображена индукционная единица с
короткозамкнутым витком. Виток состоит из двух параллельных продольной
оси канала стержней 6 и двух полуколец 7. Принцип получения
вращающегося магнитного поля в индукционной единице с помощью
короткозамкнутого витка аналогичен принципу с электромагнитным
экраном. Несмотря на то, что короткозамкнутый виток позволил получить,
по сравнению с
экраном, большую скорость вращения расплава, ему
присущи те же недостатки что и экрану.
Как электромагнитный экран, так и короткозамкнутый виток
позволяют создать в области канала только эллиптическое вращающееся
магнитное поле. Поэтому на физических моделях с помощью этих устройств
была достигнута скорость вращения расплава только порядка 10-30 об/мин.
256
Рис. 1.5.10 – Короткозамкнутый виток, охватывающий продольный канал
1.5.8 Дополнительные обмотки с током
С целью получения относительно больших скоростей вращения
жидкого металла в продольных каналах был разработан электромагнитный
вращатель в виде дополнительной катушки, охватывающей продольный
канал и подключенной к внешнему источнику напряжения.
На рис. 1.5.11 изображена индукционная единица, продольный канал
которой охвачен дополнительной катушкой, которая имеет прямолинейные
участки 6, параллельные оси канала и дугообразные лобовые части 7,
охватывающие каркас продольного канала. Ось дополнительной обмотки
составляет с осью обмотки индуктора угол 90°. При подключении
дополнительной обмотки к источнику внешнего напряжения, фаза которого
сдвинута относительно фазы напряжения питающего обмотку
индуктора,
создается магнитный поток
2
Ф (пунктирные линии). Магнитный поток
рассеяния
Ф , создаваемый током обмотки индуктора (сплошные линии)
будет сдвинут, по отношению к потоку
2
Ф по фазе и в пространстве на угол
90 . Наложение этих потоков создает вращающееся магнитное поле,
приводящее во вращение расплав в канале.
Величина вращательного момента, а следовательно, и скорость
вращения расплавленного металла зависят от величины тока в
дополнительной катушке и его фазового сдвига по отношению к току
обмотки индуктора. Регулирование величины тока осуществляется с
помощью регулятора напряжения, а фазы тока - с помощью
фазосдвигающего устройства, например батареи конденсаторов.
Использование седлообразной катушки для вращения металла в
охваченном канале связано с трудностью размещения ее лобовых частей.
Этого недостатка нет у дополнительной катушки другого исполнения. На
рис. 1.5.12 изображена индукционная единица с дополнительной катушкой в
виде двух секций 6. Секции расположены на ярмах магнитопровода и
соединены между собой встречно.
При работе индукционной единицы, токами обмотки индуктора 2
создается магнитный поток рассеяния
2
Ф (сплошные линии). Питание секции
6 дополнительной катушки от источника напряжения, фаза которого
сдвинута по отношению к напряжению сети, обеспечивает появление
257
магнитного потока
2
Ф (пунктирные линии). В области канала магнитные
потоки
Ф и
2
Ф
пересекаются под прямым углом. Наложение сдвинутых в
пространстве и по фазе потоков приводит к появлению вращающегося
магнитного поля.
Дополнительная катушка в виде секций, намотанных на ярмах
магнитопровода, компактна и занимает мало места. Экспериментальные
исследования на физической модели и промышленной печи ИАК-40/3,5
показали высокую эффективность такого устройства. Полученные скорости
вращения металла в охваченном канале достигают 600 об/мин.
Рис. 1.5.11 – Дополнительная катушка, охватывающая продольный канал
258
Рис. 1.5.12 – Дополнительная катушка из двух секций, намотанных на ярмах
магнитопровода и включенных встречно
В первых испытаниях на промышленной печи ИАК-40/3,5 на
индукционные единицы устанавливались два типа дополнительных катушек:
в виде секции на ярмах, для получения вращения в охваченном
259
магнитопроводом канале; в виде седлообразной катушки для получения
вращения в неохваченном магнитопроводом канале.
На рис. 1.5.13 показана дополнительная катушка, также выполненная в
виде двух секций 6, соединенных встречно. Секции находятся на одном
стержне магнитопровода и расположены поверх обмотки индуктора 1.
Размещены секции по разные стороны относительно плоскости, проходящей
через оси каналов.
Рис. 1.5.13 – Дополнительная катушка из двух секций, намотанных на основную
обмотку и включенных встречно
Магнитный поток, создаваемый токами в дополнительной катушке,
пронизывает как охваченный, так и неохваченный каналы. В результате
образуется вращательное движение металла в обоих каналах одним
260
электромагнитным вращателем. При этом скорость вращения металла в
охваченном канале примерно на 15% ÷ 30% больше, чем в неохваченном.
С целью уменьшения зарастания каналов окислами, а также
увеличения интенсивности тепломассообмена между канальной частью и
ванной печи, индукционные единицы печей ИАК-25, ИАК-40 оснащаются
дополнительными катушками в виде двух секций, намотанных поверх
обмотки индуктора. Для некоторых технологических процессов необходимо
раздельное регулирование скорости вращения в охваченном и неохваченном
каналах. В этом случае, целесообразно
использовать все три типа
дополнительных катушек. Так в опытно-промышленной установке для
магнитогидродинамического рафинирования алюминиевых сплавов (рис.
1.5.14) индукционная единица снабжена седлообразной катушкой 6, двумя
дополнительными катушками из двух секций, расположенных на ярмах
магнитопровода 7 и поверх обмотки индуктора 8. Такое сочетание
электромагнитных вращателей позволяет регулировать скорости вращения в
охваченном и неохваченном каналах в
широких диапазонах.
261
Рис. 1.5.14 – Индукционная единица с электромагнитными вращателями
Как известно из гидродинамики, вращение металла приводит к его
движению вдоль оси канальной части. Это явление оказывает благоприятное
влияние на процесс плавки. Перегретый металл канальной части
перемешивается с металлом ванны.
Для усиления транзитного течения металла вдоль оси каналов, была
предложена конструкция индукционной единицы, в которой дополнительная
катушка состоит из двух седлообразных секций, смещенных по длине
262
продольного канала. Схематичное изображение такой индукционной
единицы показана на рис. 1.5.15. Обмотка индуктора 2 и секции
дополнительной катушки а и Ъ питаются переменными токами, фазы
которых сдвинуты относительно друг друга. Пространственное смещение
секции а и b приводит к появлению бегущего магнитного поля вдоль оси
продольного канала. Смещение суммарного магнитного потока секции а и b
по отношению к магнитному потоку рассеяния обмотки индуктора создает
вращающееся магнитное поле.
263
Рис. 1.5.15 – Дополнительная катушка со смещенными секциями по высоте
продольного канала