RU2543022C1

RU2543022C1 - Holding furnace

Info

Publication number: RU2543022C1
Application number: RU2013150238/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Тимофеев; Антон Андреевич Авдулов; Юлия Сергеевна Авдулова; Сергей Александрович Бояков; Петр Алексеевич Хоменков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр магнитной гидродинамики"
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-02-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: holding furnace includes an inductor coil of an electromagnetic mixer of the holding furnace, which has at least two open magnetic conductors, which are located so that their end surfaces are located as close as possible to upper and lower surfaces of molten metal. End surfaces of each magnetic conductor of the inductor coil of the electromagnetic mixer are located in perpendicular planes, either in one plane, or in parallel planes.

EFFECT: improving energy efficiency of operation of a holding furnace, which has a large surface of a bath in comparison to its depth at low level of melt in the bath, and reducing metal melting time due to improvement of efficiency of side mixing of the melt in the holding furnace bath.

4 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к печам-миксерам с принудительным перемешиванием жидких металлов (расплавов).The invention relates to the field of metallurgy, in particular to mixer furnaces with forced mixing of liquid metals (melts).

Печь-миксер предназначена для плавки цветных металлов и приготовления сплавов. Перемешивание позволяет в процессе работы печи-миксера выравнивать химический состав и температуру расплава во всем объеме ванны. Особенно важно не допустить перегрев металла на поверхности ванны, так как это приводит к потерям массы металла, вследствие окисления и образования шлака, и к уменьшению коэффициента использования энергии, подводимой для осуществления процесса плавления. Печь-миксер состоит из футерованной емкости с системой нагрева и перемешивателя. В последнее время все более широкое распространение получают электромагнитные перемешиватели, которые бесконтактным способом воздействуют на расплав и позволяют полностью автоматизировать процесс перемешивания.The mixer furnace is designed for the smelting of non-ferrous metals and the preparation of alloys. Mixing allows you to align the chemical composition and temperature of the melt in the entire volume of the bath during the operation of the mixer. It is especially important to prevent overheating of the metal on the surface of the bath, as this leads to loss of mass of the metal due to oxidation and the formation of slag, and to a decrease in the utilization of energy supplied to the melting process. The mixer oven consists of a lined tank with a heating system and a stirrer. Recently, electromagnetic mixers have become increasingly widespread, which act in a non-contact manner on the melt and allow fully automating the mixing process.

Известны печи-миксеры, в которых индукторы электромагнитных перемешивателей установлены как под днищем, так и с боковой стороны ванны [1]. Установка индуктора под днищем печи позволяет эффективно перемешивать расплав, как при полной, так и при небольшой глубине расплава. Под полной глубиной расплава понимают максимальную глубину расплава, используемую в нормальном режиме работы печи-миксера. Обычно полная глубина ванны в печах-миксерах для плавления и/или выдерживания алюминия не превышает 1 м. Наиболее часто для таких печей максимальная глубина ванны лежит в пределах от 0.3 до 0.9 м. В ряде случаев установка индукторов под днищем печи-миксера связана с экономическими и конструктивными трудностями. Это имеет место, когда необходимо оснастить электромагнитными перемешивателями уже действующие стационарные печи-миксеры. В таких печах-миксерах по экономическим соображениям целесообразно использовать электромагнитные перемешиватели с установкой индукторов перемешивателей у боковых стенок ванны.Known furnace mixers in which the inductors of electromagnetic mixers are installed both under the bottom and on the side of the bath [1]. Installing an inductor under the bottom of the furnace allows you to effectively mix the melt, both at full and at a shallow depth of the melt. The full melt depth is understood to mean the maximum melt depth used in the normal operation of the mixer furnace. Typically, the total bath depth in mixer furnaces for melting and / or maintaining aluminum does not exceed 1 m. Most often, for such furnaces, the maximum bath depth ranges from 0.3 to 0.9 m. In some cases, the installation of inductors under the bottom of the mixer furnace is associated with economic and constructive difficulties. This is the case when it is necessary to equip already existing stationary mixing ovens with electromagnetic mixers. In such mixer ovens, for economic reasons, it is advisable to use electromagnetic stirrers with the installation of stirring inductors at the side walls of the bath.

Электромагнитный перемешиватель состоит из источника питания, индуктора, систем автоматизации, управления и охлаждения. Индукторы электромагнитных перемешивателей представляют собой линейные индукционные машины, которые можно разделить на машины с продольным и поперечным магнитным потоком [2]. В обоих типах линейных индукционных машин индукторы создают бегущую магнитную волну. У машин с продольным бегущим магнитным полем магнитный поток, идущий от одного полюса к другому, замыкается в направлении, в котором распространяется бегущая волна магнитного поля, созданная многофазным электрическим током индуктора. У машин с поперечным бегущим магнитным полем магнитный поток замыкается в плоскости, перпендикулярной распространению бегущей волны магнитного поля. Вихревые токи, наведенные бегущим магнитным полем в жидком металле для обоих типов линейных индукционных машин замыкаются в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой замыкается магнитный поток. При этом линейные индукционные машины с поперечным бегущим магнитным полем имеют существенные конструктивные отличия от линейных машин с продольным магнитным потоком. В машинах с продольным бегущим магнитным полем магнитопровод делается сплошным и собирается из ферромагнитных пластин, параллельных направлению распространения волны магнитного поля. Обмотка таких машин обычно укладывается в пазы или наматывается на ярмо магнитопровода (обмотка Грамма) [3]. Характерной особенностью конструкции машин с поперечным бегущим магнитным полем является то, что индуктор состоит из отдельных электромагнитов (элементов). Каждый электромагнит состоит из магнитопровода (сердечника) и однофазной обмотки, которая определенным образом включается в сеть многофазного напряжения.The electromagnetic stirrer consists of a power source, inductor, automation, control and cooling systems. Inductors of electromagnetic mixers are linear induction machines, which can be divided into machines with longitudinal and transverse magnetic flux [2]. In both types of linear induction machines, inductors create a traveling magnetic wave. In machines with a longitudinal traveling magnetic field, the magnetic flux from one pole to another closes in the direction in which the traveling wave of the magnetic field created by the multiphase electric current of the inductor propagates. In machines with a transverse traveling magnetic field, the magnetic flux closes in a plane perpendicular to the propagation of the traveling wave of the magnetic field. The eddy currents induced by a traveling magnetic field in a liquid metal for both types of linear induction machines are closed in a plane perpendicular to the plane in which the magnetic flux is closed. Moreover, linear induction machines with a transverse traveling magnetic field have significant structural differences from linear machines with a longitudinal magnetic flux. In machines with a longitudinal traveling magnetic field, the magnetic circuit is solid and assembled from ferromagnetic plates parallel to the direction of propagation of the magnetic field wave. The winding of such machines is usually laid in grooves or wound around the yoke of the magnetic circuit (Gram winding) [3]. A characteristic feature of the design of machines with a transverse traveling magnetic field is that the inductor consists of individual electromagnets (elements). Each electromagnet consists of a magnetic circuit (core) and a single-phase winding, which in a certain way is connected to a multiphase voltage network.

Повысить технико-экономические показатели печей-миксеров можно, если организовать эффективное перемешивание расплава во всем объеме ванны, исключая застойные зоны, с минимально потребляемой энергией.It is possible to increase the technical and economic indicators of mixer ovens if you organize effective mixing of the melt in the entire volume of the bath, excluding stagnant zones, with minimal energy consumption.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является печная установка (далее печь-миксер) [4] содержащая, по меньшей мере, одну ванну для расплавленного и твердого металла, имеющую боковые стенки и днище, по меньшей мере, один нагреватель для нагревания находящегося в ванне расплавленного и/или твердого металла посредством излучения и конвекции, по меньшей мере, один двухфазный или многофазный индуктор электромагнитного перемешивателя, установленный с боковой стороны ванны печи-миксера. Электромагнитный перемешиватель содержит, по меньшей мере, две фазные обмотки, расположенные вблизи магнитопровода. Магнитопровод имеет вертикальную протяженность, по существу перекрывающую массу расплавленного металла (зону от днища до верхней поверхности расплавленного металла при максимальной глубине ванны печной установки). Кроме того, магнитопровод имеет полюсный шаг, превышающий в два раза расстояние от магнитопровода до расплавленного металла. Для улучшения процесса перемешивания в процессе работы печи-миксера электромагнитный перемешиватель имеет возможность изменять направление приложения бегущего магнитного поля.Closest to the proposed invention in technical essence is a furnace installation (hereinafter referred to as an oven-mixer) [4] containing at least one bath for molten and solid metal, having side walls and a bottom, at least one heater for heating located in bath of molten and / or solid metal by radiation and convection, at least one two-phase or multiphase electromagnetic stirrer inductor mounted on the side of the bath of the mixer furnace. The electromagnetic stirrer contains at least two phase windings located near the magnetic circuit. The magnetic core has a vertical length essentially overlapping the mass of molten metal (the area from the bottom to the upper surface of the molten metal at the maximum depth of the furnace bathtub). In addition, the magnetic circuit has a pole pitch twice as large as the distance from the magnetic circuit to the molten metal. To improve the mixing process during the operation of the mixer furnace, the electromagnetic mixer has the ability to change the direction of application of the traveling magnetic field.

Недостатком известной печи-миксера является то, что в ней не обеспечивается эффективное перемешивание расплава в ванне, имеющей большую поверхность по сравнению с ее глубиной, при уровнях металла в ванне менее 0.4 м, что приводит к увеличению времени плавки и, соответственно, росту энергозатрат. Данный недостаток вытекает из того, что большинство печей-миксеров работают на твердом сырье, поставляемом в виде чушки и слитков, которые плавятся внутри печи-миксера, при этом первоначальный уровень металла в печи составляет не более 15% от номинальной емкости. Для сокращения времени плавки чушки и слитков рационально увеличить коэффициент теплоотдачи между жидкой и твердой фазами путем создания принудительной циркуляции жидкого металла в ванне. Причина неэффективности работы известной печи-миксера [4] вызвана тем, что в ней используется электромагнитный перемешиватель, оснащенный индуктором с продольным магнитным потоком. Это подтверждается тем, что индуктор содержит, по меньшей мере, две фазные обмотки, расположенные вблизи одного магнитопровода. Электромагнитная сила, приводящая расплав в движение по направлению бегущего магнитного поля, вызвана в основном взаимодействием нормальной к поверхности индуктора составляющей вектора магнитной индукции и составляющей вектора плотности наведенного в расплаве электрического тока, направленной по высоте расплава. Поскольку высота расплава мала, то и электромагнитная сила, действующая на расплав, имеет малые значения.A disadvantage of the known mixer furnace is that it does not provide effective mixing of the melt in the bath having a larger surface compared to its depth at metal levels in the bath of less than 0.4 m, which leads to an increase in melting time and, consequently, an increase in energy consumption. This disadvantage stems from the fact that most mixer furnaces operate on solid raw materials supplied in the form of ingots and ingots, which are melted inside the mixer furnace, while the initial metal level in the furnace is no more than 15% of the nominal capacity. To reduce the melting time of ingots and ingots, it is rational to increase the heat transfer coefficient between the liquid and solid phases by creating a forced circulation of liquid metal in the bath. The reason for the inefficiency of the known mixer furnace [4] is due to the fact that it uses an electromagnetic stirrer equipped with an inductor with a longitudinal magnetic flux. This is confirmed by the fact that the inductor contains at least two phase windings located near one magnetic circuit. The electromagnetic force driving the melt in the direction of the traveling magnetic field is caused mainly by the interaction of the component of the magnetic induction vector normal to the inductor surface and the component of the density vector of the electric current induced in the melt directed along the height of the melt. Since the height of the melt is small, the electromagnetic force acting on the melt has small values.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения энергоэффективности работы печи-миксера за счет сокращения времени плавки металла путем повышения эффективности бокового перемешивания расплава в ванне печи-миксера, имеющей большую поверхность ванны по сравнению с ее глубиной при малом уровне расплава в ванне.The present invention is based on the task of increasing the energy efficiency of the mixer furnace by reducing the time of metal smelting by increasing the efficiency of lateral mixing of the melt in the bath of the mixer furnace having a larger bath surface compared to its depth with a low level of melt in the bath.

Поставленная задача решается тем, что в печи-миксере для плавления и/или выдерживания расплавленного металла, содержащей, по меньшей мере, одну ванну для расплава, имеющую боковые стенки и днище, по меньшей мере, один нагреватель, и по меньшей мере, один электромагнитный перемешиватель, согласно изобретению, индуктор электромагнитного перемешивателя содержит, по меньшей мере, два разомкнутых магнитопровода, на каждом из которых размещена, по меньшей мере, одна катушка, расположенные таким образом, чтобы их торцевые поверхности были максимально приближены к верхней и нижней поверхностям расплава. Торцевые поверхности каждого из магнитопроводов индуктора электромагнитного перемешивателя могут быть расположены в перпендикулярных плоскостях. Торцевые поверхности каждого из магнитопроводов индуктора электромагнитного перемешивателя могут быть расположены в одной плоскости. Торцевые поверхности каждого из магнитопроводов индуктора электромагнитного перемешивателя могут быть расположены в параллельных плоскостях.The problem is solved in that in a furnace mixer for melting and / or maintaining molten metal containing at least one bath for the melt, having side walls and a bottom, at least one heater, and at least one electromagnetic the mixer according to the invention, the inductor of the electromagnetic mixer contains at least two open magnetic cores, each of which has at least one coil located so that their end surfaces are maximized are close to the upper and lower surfaces of the melt. The end surfaces of each of the magnetic circuits of the inductor of the electromagnetic stirrer can be located in perpendicular planes. The end surfaces of each of the magnetic circuits of the inductor of the electromagnetic stirrer can be located in one plane. The end surfaces of each of the magnetic circuits of the inductor of the electromagnetic stirrer can be located in parallel planes.

На фиг.1 схематично представлена предлагаемая печь-миксер. На фиг.2 представлены варианты конструкций элементов индуктора с размещенными на разомкнутом магнитопроводе одной (фиг.2а), двумя (фиг.2б) и тремя (фиг.2в) катушками. На фиг.3 представлены варианты печи-миксера, у которой индуктор имеет угол сведения Θ, равный 180 (фиг.3а) и 0 (фиг.3б) градусов. На фиг.4а представлена печь-миксер с одним индуктором электромагнитного перемешивателя, на фиг.4б представлена печь-миксер с одним индуктором электромагнитного перемешивателя, установленным на ванну круглого сечения, на фиг.4в представлена печь-миксер с двумя индукторами электромагнитного перемешивателя, установленными с разных сторон (стенок) ванны, на фиг.4г представлена печь-миксер с одним индуктором электромагнитного перемешивателя, установленным в угловой зоне ванны. На фиг.5 представлены распределения линий магнитной индукции и вихревых токов в расплаве металла при воздействии на него бегущим продольным (фиг.5а) и поперечным (фиг.5б) магнитным полем. На фиг.6 представлены результаты математического моделирования в виде зависимостей суммарных (фиг.6а) и тангенциальных (тянущих) (фиг.6б) сил, создаваемых в расплаве электромагнитными перемешивателями с продольным и поперечным бегущими магнитными полями при разных уровнях расплава в ванне.Figure 1 schematically shows the proposed mixer oven. Figure 2 presents the design options of the inductor elements with one (Fig.2a), two (Fig.2b) and three (Fig.2c) coils located on the open magnetic circuit. Figure 3 presents the options of the furnace mixer, in which the inductor has an angle of information Θ equal to 180 (figa) and 0 (figb) degrees. Fig. 4a shows a mixer oven with one inductor of an electromagnetic stirrer, Fig. 4b shows a mixer oven with one inductor of an electromagnetic stirrer mounted on a round bathtub; Fig. 4c shows a mixer oven with two inductors of an electromagnetic stirrer installed with 4g of the sides (walls) of the bathtub; FIG. 4g shows a mixer oven with one inductor of an electromagnetic stirrer installed in the corner zone of the bathtub. Figure 5 presents the distribution of the lines of magnetic induction and eddy currents in the molten metal when exposed to a running longitudinal (figa) and transverse (fig.5b) magnetic field. Figure 6 presents the results of mathematical modeling in the form of dependences of the total (Fig.6a) and tangential (pulling) (Fig.6b) forces created in the melt by electromagnetic mixers with longitudinal and transverse traveling magnetic fields at different levels of the melt in the bath.

Печь-миксер включает металлокаркас 1, в котором находится ванна (футерованная емкость), состоящая из днища 2, стенок и свода 3. В футеровке установлен, по меньшей мере, один нагреватель 4 для нагревания находящегося в ванне расплавленного 5 и/или твердого 6 металла посредством излучения и конвекции. С боковой стороны печи-миксера установлен, по меньшей мере, один многофазный индуктор электромагнитного перемешивателя, предназначенного для перемешивания расплавленного металла посредством воздействия на него бегущим магнитным полем. Индуктор электромагнитного перемешивателя содержит два (или более) разомкнутых магнитопровода 7, на каждом из которых расположена, по меньшей мере, одна катушка 8. Магнитопроводы индуктора (по возможности) должны быть расположены таким образом, чтобы их торцевые поверхности были максимально приближены к верхней и нижней поверхностям расплава. В зависимости от конструктивных особенностей печей-миксеров угол сведения Θ, определяемый как угол между торцевыми поверхностями каждого магнитопровода, может иметь значения от 0 (фиг.3б) до 180 (фиг.3а) градусов (предпочтительно 0 градусов). Торцы разомкнутых магнитопроводов расположены относительно расплавленного металла на расстоянии, соответственно, Δ1 и Δ2 (величина Δ1 и Δ2 должна быть минимально возможной).The mixer furnace includes a metal frame 1, in which there is a bath (lined container), consisting of a bottom 2, walls and a roof 3. At least one heater 4 is installed in the lining to heat molten 5 and / or solid 6 metal in the bath through radiation and convection. At least one multiphase inductor of an electromagnetic stirrer for stirring molten metal by exposing it to a traveling magnetic field is mounted on the side of the mixer oven. The inductor of the electromagnetic stirrer contains two (or more) open magnetic circuits 7, each of which has at least one coil 8. The magnetic circuits of the inductor (if possible) should be located so that their end surfaces are as close as possible to the upper and lower melt surfaces. Depending on the design features of the mixer ovens, the angle of information Θ, defined as the angle between the end surfaces of each magnetic circuit, can range from 0 (Fig.3b) to 180 (Fig.3a) degrees (preferably 0 degrees). The ends of the open magnetic circuits are located relative to the molten metal at a distance of Δ1 and Δ2, respectively (Δ1 and Δ2 should be as small as possible).

Печь-миксер работает следующим образом. В ванне находится металл в жидком (расплавленном) и/или твердом состоянии, где впоследствии при помощи нагревателя 4 осуществляется его нагрев с последующим плавлением. При этом работа нагревательной системы приводит к локальному перегреву поверхностного слоя металла. При включении соединенных определенным образом катушек элементов индуктора в сеть многофазного низкочастотного напряжения по обмоткам индуктора начинают протекать переменные токи, которые создают бегущее магнитное поле. По закону электромагнитной индукции бегущее магнитное поле наводит вихревые токи в жидком металле, которые, взаимодействуя с магнитным полем индуктора, образуют силы Лоренца. Силы Лоренца, воздействуя на жидкий металл, приводят его в движение. Бегущее магнитное поле позволяет создавать в жидком металле две компоненты сил Лоренца: нормальную, «отталкивающую» металл от индуктора, и тангенциальную, направленную вдоль движения магнитного поля. Тем самым достигается возможность создания циркуляции жидкого металла в печи-миксере, что позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи на границе раздела твердой и жидкой фаз металла, находящегося в ванне печи-миксера, тем самым обеспечивается ускорение процесса плавки и снижение энергозатрат. Также перемешивание позволяет выравнивать температуру и химический состав расплава в печи-миксере.The mixer oven operates as follows. In the bath there is metal in a liquid (molten) and / or solid state, where it is subsequently heated by means of a heater 4, followed by melting. In this case, the operation of the heating system leads to local overheating of the surface metal layer. When you turn on the coils of the inductor elements connected in a certain way in the multiphase low-frequency voltage network, alternating currents begin to flow through the inductor windings, which create a traveling magnetic field. According to the law of electromagnetic induction, a traveling magnetic field induces eddy currents in a liquid metal, which, interacting with the magnetic field of the inductor, form Lorentz forces. The forces of Lorentz, acting on the liquid metal, set it in motion. A traveling magnetic field makes it possible to create two components of the Lorentz forces in a liquid metal: a normal, “repulsive” metal from the inductor, and a tangential one directed along the movement of the magnetic field. This makes it possible to create circulation of liquid metal in the mixer furnace, which allows increasing the heat transfer coefficient at the interface between the solid and liquid phases of the metal in the mixer furnace, thereby accelerating the smelting process and reducing energy costs. Also, mixing allows you to equalize the temperature and chemical composition of the melt in the mixer furnace.

В печах-миксерах с электромагнитными перемешивателями с продольным бегущим магнитным полем магнитный поток, идущий от одного полюса к другому, замыкается в плоскости XZ, в которой также распространяется бегущая волна магнитного поля (фиг.5а), созданная многофазным электрическим током индуктора, а вихревые токи замыкаются в перпендикулярной плоскости XY (фиг.5а). При снижении уровня металла в таких печах-миксерах произойдет существенное уменьшение величины магнитного потока, пронизывающего расплав, и увеличится сопротивление контуров, в которых замыкается вихревой ток, что приведет к снижению величины электромагнитных сил, действующих на расплав. В печах-миксерах с электромагнитными перемешивателями с поперечным бегущим магнитным полем магнитный поток замыкается в плоскости YZ (фиг.5б), перпендикулярной распространению бегущей волны магнитного поля. При этом вихревые токи также замыкаются в перпендикулярной магнитному потоку плоскости, но в данном случае это плоскость XZ (фиг.5б). При снижении уровня металла в таких печах-миксерах величина магнитного потока, пронизывающего жидкий металл, значительно не уменьшится, а сопротивление контуров, в которых замыкается вихревой ток, на единицу высоты расплава не изменится, что позволит поддерживать высокие удельные значения электромагнитных сил, воздействующих на расплав. Таким образом, уменьшение уровня металла в предлагаемой печи-миксере не приводит к существенному снижению эффективности процесса перемешивания при малых уровнях металла. Кроме этого, в электромагнитных перемешивателях с продольным бегущим магнитным полем, имеющих большое значение полюсного деления, увеличивается сечение ярма магнитопровода, что приводит к увеличению веса индуктора. Электромагнитные перемешиватели с поперечным бегущим магнитным полем в этом отношении имеют преимущества, так как у них магнитный поток замыкается по элементам магнитопроводов и не зависит от полюсного деления. Для улучшения процесса перемешивания в процессе работы печи-миксера, электромагнитный перемешиватель имеет возможность изменять направление бегущего магнитного поля.In mixer furnaces with electromagnetic stirrers with a longitudinal traveling magnetic field, the magnetic flux from one pole to another is closed in the XZ plane, in which the traveling wave of the magnetic field (Fig. 5a), created by the multiphase electric current of the inductor, and eddy currents also propagate close in the perpendicular plane XY (figa). With a decrease in the metal level in such mixer furnaces, there will be a significant decrease in the magnitude of the magnetic flux penetrating the melt, and the resistance of the circuits in which the eddy current closes will increase, which will lead to a decrease in the magnitude of the electromagnetic forces acting on the melt. In mixer ovens with electromagnetic stirrers with a transverse traveling magnetic field, the magnetic flux is closed in the YZ plane (Fig. 5b) perpendicular to the propagation of the traveling wave of the magnetic field. In this case, the eddy currents also close in a plane perpendicular to the magnetic flux, but in this case it is the XZ plane (Fig.5b). With a decrease in the metal level in such mixer furnaces, the magnitude of the magnetic flux penetrating the liquid metal will not decrease significantly, and the resistance of the circuits in which the eddy current is closed per unit height of the melt will not change, which will allow maintaining high specific values of the electromagnetic forces acting on the melt . Thus, a decrease in the level of metal in the proposed mixer furnace does not lead to a significant decrease in the efficiency of the mixing process at low metal levels. In addition, in electromagnetic stirrers with a longitudinal traveling magnetic field, which are of great importance for pole division, the cross section of the yoke of the magnetic circuit increases, which leads to an increase in the weight of the inductor. In this regard, electromagnetic stirrers with a transverse traveling magnetic field have advantages, since their magnetic flux is closed along the elements of the magnetic circuits and is independent of pole division. To improve the mixing process during the operation of the mixer oven, the electromagnetic mixer has the ability to change the direction of the traveling magnetic field.

Печь-миксер может иметь выступ в футерованной ванне на уровне расплава, что обеспечивает возможность установки индуктора электромагнитного перемешивателя с углом сведения торцов магнитопроводов Θ, равным 0 градусов. Для создания различных конфигураций течения жидкого металла возможно использование печей-миксеров с несколькими электромагнитными перемешивателями, установленными на одной или разных сторонах печи-миксера или в угловой зоне прямоугольной ванны. За счет того, что индуктор электромагнитного перемешивателя состоит из нескольких отдельных элементов (магнитопроводов и обмоток), его можно конфигурировать. Таким образом, обеспечивается равная величина немагнитного зазора между расплавом и каждым элементом при установке индуктора и с боковой стороны печи-миксера, имеющей неплоскую боковую стенку. Повышение эффективности перемешивания в печи-миксере можно добиться и путем установки индуктора электромагнитного перемешивателя с боковой стороны ванны в немагнитное гнездо, что позволит уменьшить толщину футеровки в месте установки индуктора.The mixer furnace may have a protrusion in the lined bath at the level of the melt, which makes it possible to install an electromagnetic stirrer inductor with an angle of reduction of the ends of the magnetic circuits Θ of 0 degrees. To create various configurations of the flow of liquid metal, it is possible to use mixer furnaces with several electromagnetic mixers installed on one or different sides of the mixer furnace or in the corner zone of a rectangular bath. Due to the fact that the inductor of the electromagnetic stirrer consists of several separate elements (magnetic circuits and windings), it can be configured. Thus, an equal value of the non-magnetic gap between the melt and each element is ensured when the inductor is installed and on the side of the mixer furnace having a non-planar side wall. An increase in the mixing efficiency in the mixer furnace can also be achieved by installing an electromagnetic stirrer inductor from the side of the bathtub in a non-magnetic socket, which will reduce the thickness of the lining in the place of installation of the inductor.

Эффективность работы предлагаемой печи-миксера подтверждена результатами математического моделирования. Проводилось сравнение печей-миксеров одинаковой емкости, оснащенных электромагнитными перемешивателями с продольным и поперечным бегущими магнитными полями, установленными с боковой стороны ванны. При этом массогабаритные и энергетические показатели этих перемешивателей брались одинаковыми.The efficiency of the proposed mixer furnace is confirmed by the results of mathematical modeling. A comparison was made of mixer ovens of the same capacity equipped with electromagnetic stirrers with longitudinal and transverse traveling magnetic fields mounted on the side of the bath. At the same time, the weight and size and energy indicators of these mixers were taken the same.

На зависимостях, приведенных на фиг.6, по оси Х в процентах отложен уровень металла ванне: 100% - ванна полностью заполнена, 0% - в ванне отсутствует металл. По оси Y в процентах отложены суммарная (фиг.6а) и тангенциальная (фиг.6б) силы, действующие на жидкий металл, за 100% принята величина усилия, создаваемого электромагнитным перемешивателем с продольным бегущим магнитным полем при полном заполнении ванны печи-миксера. Как видно из зависимостей (фиг.6), несмотря на меньшее суммарное усилие, создаваемое электромагнитным перемешивателем с поперечным бегущим магнитным полем при полностью заполненной печи-миксере, по сравнению с электромагнитным перемешивателем с продольным бегущим магнитным полем, уже начиная с 80%-го и меньшего заполнения печи-миксера, электромагнитный перемешиватель с поперечным бегущим магнитным полем более эффективен. При уровнях металла 25% и менее от номинала электромагнитный перемешиватель с поперечным бегущим магнитным полем имеет на порядок большую эффективность работы.In the dependences shown in Fig.6, the X-axis shows the percentage of the metal level in the bathtub: 100% - the bathtub is completely filled, 0% - there is no metal in the bathtub. On the Y axis, the percent (Fig.6a) and tangential (Fig.6b) forces acting on the molten metal are plotted as the force created by the electromagnetic stirrer with a longitudinal traveling magnetic field when the bathtub of the mixer is completely filled. As can be seen from the dependences (Fig.6), despite the lower total force created by the electromagnetic mixer with a transverse traveling magnetic field with a fully-filled mixer furnace, compared with an electromagnetic mixer with a longitudinal traveling magnetic field, starting from 80% and smaller filling of the mixer furnace, the electromagnetic stirrer with a transverse traveling magnetic field is more efficient. At metal levels of 25% or less of nominal, an electromagnetic stirrer with a transverse traveling magnetic field has an order of magnitude greater work efficiency.

В результате расчетов было определено, что наиболее эффективно работает печь-миксер с электромагнитным перемешивателем, у которого расстояние между внутренними кромками торцов каждого магнитопровода (Н) имеет значение, определяемое по формулеAs a result of the calculations, it was determined that the mixer-mixer with the electromagnetic stirrer works most effectively, the distance between the inner edges of the ends of each magnetic circuit (N) has a value determined by the formula

H=Кп*h, гдеH = Kn * h, where

h - максимально возможный уровень расплава в ванне,h is the maximum possible melt level in the bath,

Кп=1.1÷1.5 - безразмерный коэффициент, полученный в результате расчетов.Kp = 1.1 ÷ 1.5 - dimensionless coefficient obtained as a result of calculations.

Обмотка индуктора электромагнитного перемешивателя может иметь водяное или воздушное охлаждение и состоять из одной или нескольких секций. Магнитопровод собирается из ферромагнитных пластин. При этом, благодаря особенностям конструкции индуктора с поперечным бегущим магнитным полем, работа воздушного охлаждения обмотки более эффективна по сравнению с индуктором с продольным бегущим магнитным полем.The coil of the inductor of the electromagnetic stirrer may be water or air cooled and consist of one or more sections. The magnetic circuit is assembled from ferromagnetic plates. Moreover, due to the design features of an inductor with a transverse traveling magnetic field, the air cooling of the winding is more efficient than an inductor with a longitudinal traveling magnetic field.

Таким образом, решена задача повышения энергоэффективности работы печи-миксера за счет сокращения времени плавки металла путем повышения эффективности бокового перемешивания расплава в ванне печи-миксера, имеющей большую поверхность ванны по сравнению с ее глубиной, при малом уровне расплава в ванне. При этом для заявляемого технического решения можно также указать ряд преимуществ перед известным решением, а именно:Thus, the problem of increasing the energy efficiency of the mixer furnace was solved by reducing the time of metal melting by increasing the efficiency of lateral mixing of the melt in the bath of the mixer furnace, which has a larger bath surface compared to its depth, with a low level of melt in the bath. Moreover, for the proposed technical solution, you can also specify a number of advantages over the known solution, namely:

- более высокая производительность печи-миксера;- higher productivity of the mixer oven;

- меньшее количество металла, уходящего в окислы и шлак, при работе печи-миксера;- less metal that goes into oxides and slag during the operation of the mixer furnace;

- возможность оперативной замены отдельных элементов индуктора электромагнитного перемешивателя печи-миксера, поврежденных или вышедших из строя в ходе эксплуатации;- the ability to quickly replace individual elements of the inductor of the electromagnetic stirrer of the mixing furnace, damaged or malfunctioning during operation;

- меньшие массогабаритные показатели индуктора электромагнитного перемешивателя печи-миксера при больших значениях полюсного деления.- smaller overall dimensions of the inductor of the electromagnetic stirrer of the mixing furnace with large values of the pole division.

Источники информацииInformation sources

1. Тимофеев В.Н., Христинич P.M., Бояков С.А., Темеров А.А. Опыт работ в области новых технологий и оборудования для цветной металлургии и литейного производства. Алюминиум. Русское издание. Международный журнал для алюминиевой индустрии, 2009, №1, с.16-20.1. Timofeev V.N., Khristinich P.M., Boyakov S.A., Temerov A.A. Work experience in the field of new technologies and equipment for non-ferrous metallurgy and foundry. Aluminum. Russian edition. International Journal for the Aluminum Industry, 2009, No. 1, pp. 16-20.

2. Калнинь Т.К. Линейные индукционные машины с поперечным магнитным потоком. - Рига: ЗИНАТНЕ, 1980. - 170 с.2. Kalnin T.K. Linear induction machines with transverse magnetic flux. - Riga: ZINATNE, 1980 .-- 170 p.

3. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. - Ленинград, «Энергия», 1970. - 272 с.3. Voldek A.I. Magnetohydrodynamic induction machines with a liquid metal working fluid. - Leningrad, "Energy", 1970. - 272 p.

4. SE96/00543 (24.04.1996), RU(II) 2157492, опубл. 10.10.2000. Печная установка.4. SE96 / 00543 (04.24.1996), RU (II) 2157492, publ. 10/10/2000. Stove installation.

Claims

1. Mixer furnace containing at least one bath for molten metal, having side walls and a bottom, at least one heater, at least one electromagnetic stirrer, characterized in that the inductor of the electromagnetic stirrer contains at least at least two open magnetic cores arranged in such a way that their end surfaces are as close as possible to the upper and lower surfaces of the molten metal, with at least one carcass inductance.

2. The mixer furnace according to claim 1, characterized in that the end surfaces of each magnetic circuit of the inductor of the electromagnetic stirrer are located in perpendicular planes.

3. The mixer furnace according to claim 1, characterized in that the end surfaces of each magnetic circuit of the inductor of the electromagnetic stirrer are located in the same plane.

4. The mixer furnace according to claim 1, characterized in that the end surfaces of each magnetic circuit of the inductor of the electromagnetic stirrer are located in parallel planes.