RU2610099C2

RU2610099C2 - Furnace mixer

Info

Publication number: RU2610099C2
Application number: RU2015121026A
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Тимофеев; Антон Адреевич Авдулов; Михаил Александрович Еремин; Виктор Васильевич Тараканов; Максим Юрьевич Хацаюк; Петр Алексеевич Хоменков
Original assignee: Виктор Николаевич Тимофеев
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2017-02-07
Also published as: RU2015121026A; WO2016195540A1

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: furnace mixer comprises at least one bath with side walls and a bottom, at least one heater for heating molten and/or solid metal located in the bath, and an electromagnetic mixer inductor with a magnetic conductor and a winding mounted to apply electromagnetic field to the metal in the bath. The bottom is provided with stiffening ribs in the form of longitudinal and transverse beams, and the electromagnetic mixer inducer comprises at least two open-loop magnetic conductors, each of which has at least one inductor winding coil mounted under the bottom ensuring maximum approximation to the bottom of the magnetic conductors end surfaces.

EFFECT: efficient melt mixing in the entire bath volume, increased strength of the furnace mixer hearth, reduced inducer installation costs and increased service life of the furnace mixer.

5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к печам-миксерам с электромагнитными перемешивателями для расплавления и выдерживания расплава металла, в частности алюминия.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to mixer furnaces with electromagnetic stirrers for melting and maintaining a molten metal, in particular aluminum.

В процессе плавления или приготовления металлических сплавов, в частности на основе алюминия, важную роль играет перемешивание расплавленного металла, находящегося в ванне печи-миксера, с целью выравнивания его химического состава и температуры во всем объеме ванны и тем самым повышения производительности печи-миксера и снижения энергопотребления на единицу продукции. Возможности использования механического перемешивания весьма ограничены высокими температурами расплавов и чрезвычайно высокой их химической активностью. Поэтому в последнее время все более широкое распространение получают электромагнитные перемешиватели. Индукторы (источники магнитного поля) устанавливают как у боковых стенок, так и под днищем ванны печи-миксера. 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.In the process of melting or preparing metal alloys, in particular based on aluminum, mixing of molten metal in the bath of the mixer furnace plays an important role in order to equalize its chemical composition and temperature throughout the volume of the bath and thereby increase the productivity of the mixer furnace and reduce energy consumption per unit of output. The possibilities of using mechanical stirring are very limited by the high temperatures of the melts and their extremely high chemical activity. Therefore, in recent years, electromagnetic mixers have become increasingly widespread. Inductors (magnetic field sources) are installed both at the side walls and under the bottom of the bath of the mixer oven. 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.

Перемешивание обеспечивает максимальный градиент температур и концентраций на границе жидкого металла с взаимодействующими с ним жидкими реагентами, атмосферой и вакуумом. Градиент создается благодаря подводу к этой границе все новых порций непрореагировавшего металла и уменьшению толщины ламинарного пограничного слоя, массоперенос в котором определяется коэффициентами диффузии и теплопроводностью, величины которых на несколько порядков меньше, чем соответствующие коэффициенты при конвективном тепломассопереносе. В процессе перемешивания важно также не допустить перегрева у поверхности расплава, чтобы избежать потери массы металла вследствие окисления.Mixing provides the maximum temperature and concentration gradient at the boundary of the liquid metal with the interacting liquid reagents, atmosphere and vacuum. The gradient is created due to the addition of new portions of unreacted metal to this boundary and a decrease in the thickness of the laminar boundary layer, the mass transfer of which is determined by diffusion and thermal conductivity coefficients, which are several orders of magnitude smaller than the corresponding coefficients for convective heat and mass transfer. During the mixing process, it is also important to prevent overheating at the surface of the melt in order to avoid loss of metal mass due to oxidation.

Известны печи-миксеры, в которых индукторы электромагнитных перемешивателей установлены как под днищем, так и с боковой стороны ванны [1].Known furnace mixers in which the inductors of electromagnetic mixers are installed both under the bottom and on the side of the bath [1].

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 разомкнутого магнитопровода (сердечника) и однофазной обмотки, которая определенным образом включается в сеть многофазного напряжения.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. Eddy currents induced by a running 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 an open magnetic circuit (core) and a single-phase winding, which in a certain way is connected to a multiphase voltage network.

Известны печи-миксеры, в которых индуктор электромагнитного перемешивателя установлен с боковой стороны ванны (печи-миксера) и обеспечивает эффективное перемешивание расплава при его небольшой глубине [4].Known furnace mixers, in which the inductor of the electromagnetic stirrer is installed on the side of the bath (furnace mixer) and provides effective mixing of the melt with its shallow depth [4].

Обмотки индукторов электромагнитных перемешивателей подключаются, как правило, к источнику синусоидального многофазного периодического напряжения. Вместе с тем известны установки для перемешивания жидких металлов, обмотки которых подключаются к источнику несинусоидального периодического напряжения [5]. При определенных параметрах обмоток можно получить более высокие эффективность перемешивания и коэффициент мощности по сравнению с питанием обмоток от источника синусоидального напряжения.The windings of the inductors of electromagnetic mixers are connected, as a rule, to a source of sinusoidal multiphase periodic voltage. However, there are known installations for mixing liquid metals, the windings of which are connected to a source of non-sinusoidal periodic voltage [5]. With certain parameters of the windings, it is possible to obtain higher mixing efficiency and power factor compared to supplying the windings from a sinusoidal voltage source.

В известных установках перемешивание расплава осуществляется определенно направленной локальной струей, образованной в расплаве вблизи индуктора. Чтобы привести в движение весь расплав в ванне, эта струя должна обладать большой кинетической энергией. Для обеспечения этого условия индуктор перемешивателя потребляет из сети большую электрическую мощность. Не смотря на это в ванне остаются застойные зоны со слабым перемешиванием. Чтобы выровнять температуру и химический состав во всем объеме, приходится несколько раз реверсировать направление движения бегущего магнитного поля индуктора и соответственно струи расплава. Это ведет к возрастанию времени работы электромагнитных перемешивателей и, следовательно, к увеличению количества потребляемой электрической энергии как электромагнитными перемешивателями, так и самим агрегатом.In known installations, melt mixing is carried out by a definitely directed local jet formed in the melt near the inductor. To set in motion the entire melt in the bath, this jet must have high kinetic energy. To ensure this condition, the inductor of the mixer consumes large electric power from the network. Despite this, stagnant zones with weak mixing remain in the bath. In order to equalize the temperature and chemical composition in the entire volume, it is necessary to reverse the direction of motion of the traveling magnetic field of the inductor and, accordingly, the jet of melt several times. This leads to an increase in the operating time of electromagnetic stirrers and, consequently, to an increase in the amount of consumed electric energy by both electromagnetic stirrers and the unit itself.

Повысить технико-экономические показатели печей-миксеров можно, если организовать эффективное перемешивание расплава во всем объеме ванны, исключая застойные зоны, с минимально потребляемой энергией. Такое перемешивание возникает в жидкости, находящейся в прямоугольной ванне, подогреваемой снизу [6]. В жидкости между верхним и нижним слоями образуется разность температур ΔT. До определенной величины ΔT тепло, поступающее снизу, передается верхним слоям в основном путем теплопроводности. При достижении ΔT некоторого критического значения ΔТ_крит происходит эффект самоорганизации конвективных потоков в четкую структуру из «вращающихся цилиндров», занимающих весь объем ванны. При этом резко увеличивается тепловой поток от нижнего слоя в ванну. Причина неустойчивости теплопередачи теплопроводностью заключается в увеличении «архимедовых сил», действующих на нижние слои, которые в результате нагрева имеют меньшую плотность и стремятся поменяться местами с более тяжелыми верхними слоями. При дальнейшем увеличении разности температур ΔT устойчивость конвективных потоков в виде чередующихся «вращающихся цилиндров» сменяется новой неустойчивостью и в дальнейшем приводит к новому стационарному движению и так далее. Идет развитие турбулентности в конвективных потоках жидкости с увеличением свойства перемешивания. Реализация такого принципа перемешивания требует подогревания ванны снизу, при этом для эффективного перемешивания требуются большие значения ΔT, не всегда достижимые в реальных условиях производства.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. Such mixing occurs in a liquid located in a rectangular bath, heated from below [6]. In a liquid, a temperature difference ΔT is formed between the upper and lower layers. Up to a certain value ΔT, the heat entering from below is transferred to the upper layers mainly by thermal conductivity. When ΔT reaches a certain critical value of ΔТ _crit , the self-organization of convective flows into a clear structure of "rotating cylinders" occupying the entire volume of the bath occurs. In this case, the heat flux from the lower layer to the bath increases sharply. The reason for the instability of heat transfer by thermal conductivity is an increase in the "Archimedean forces" acting on the lower layers, which, as a result of heating, have a lower density and tend to exchange places with heavier upper layers. With a further increase in the temperature difference ΔT, the stability of convective flows in the form of alternating “rotating cylinders” is replaced by a new instability and subsequently leads to a new stationary motion and so on. Turbulence is developing in convective fluid flows with an increase in the mixing property. The implementation of this principle of mixing requires heating the bath from the bottom, while effective mixing requires large ΔT values that are not always achievable in real production conditions.

Наиболее близкими к предлагаемому устройству по технической сущности является печь-миксер [7], содержащая по меньшей мере одну ванну с боковыми стенками и днищем для размещения в ней металла и индуктор электромагнитного перемешивателя, содержащий магнитопровод и как минимум двухфазную обмотку, установленный в районе ванны для приложения электромагнитного поля к находящемуся в ванне металлу, обмотка индуктора состоит из катушек, расположенных относительно друг друга на расстоянииClosest to the proposed device in technical essence is a mixer mixer [7], containing at least one bath with side walls and a bottom for accommodating metal in it and an electromagnetic stirrer inductor containing a magnetic circuit and at least a two-phase winding installed in the area of the bath for application of the electromagnetic field to the metal in the bath, the inductor winding consists of coils located relative to each other at a distance

где l_x - длина наибольшей стороны ванны, м,where l _x is the length of the largest side of the bath, m,

N - количество катушек, определяемое как округленное до ближайшего четного целого числа отношения l_x/h,N is the number of coils, defined as rounded to the nearest even integer of the ratio l _x / h,

h - глубина расплава металла, м.h is the depth of the molten metal, m

В данной установке обеспечивается эффективное перемешивание расплава одновременно во всей ванне печи-миксера, что сокращает время приготовления сплава, а также повышает производительность установки.This installation provides effective mixing of the melt simultaneously in the entire bath of the mixer furnace, which reduces the time of preparation of the alloy, and also increases the productivity of the installation.

Имеется возможность управлять структурой конвективных потоков расплава в зависимости от условий загрузки лигатуры в ванну.It is possible to control the structure of convective melt flows depending on the conditions of loading the ligature into the bath.

Недостатком данной установки является то, что используется индуктор с продольным магнитным потоком, который имеет один магнитопровод и распределенные по его длине обмотки. Установка такого индуктора под подиной печи-миксера требует изменения металлоконструкции подины с целью размещения немагнитного гнезда. Изменения в металлоконструкции приводят к ослаблению ее прочности, уменьшению надежности и срока службы всей печи-миксера.The disadvantage of this installation is that it uses an inductor with a longitudinal magnetic flux, which has one magnetic circuit and the windings distributed along its length. The installation of such an inductor under the hearth of the mixer furnace requires a change in the metal structure of the hearth in order to accommodate a non-magnetic socket. Changes in the metal construction lead to a weakening of its strength, a decrease in the reliability and service life of the entire mixer furnace.

В основу изобретения положена задача создания печи-миксера с электромагнитным перемешивателем, обеспечивающим эффективное перемешивание расплава во всем объеме ванны без ослабления надежности металлоконструкции подины, что увеличивает срок службы печи-миксера.The basis of the invention is the creation of a furnace-mixer with an electromagnetic stirrer, which provides effective mixing of the melt in the entire volume of the bath without weakening the reliability of the metal structure of the hearth, which increases the service life of the furnace-mixer.

Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного перемешивания расплава во всем объеме ванны, повышение прочности подины печи-миксера, снижение затрат на установку индуктора и увеличение срока службы печи-миксера.The technical result of the invention is the provision of effective mixing of the melt in the entire volume of the bath, increasing the strength of the hearth of the mixer, reducing the cost of installing an inductor and increasing the life of the mixer.

Указанная задача и результат достигаются за счет того, что заявлена печь-миксер, содержащая, по меньшей мере, одну ванну с боковыми стенками и днищем, по крайней мере, один нагреватель для нагревания находящегося в ванне расплавленного и/или твердого металла и индуктор электромагнитного перемешивателя с магнитопроводом и обмоткой, установленный в районе ванны для приложения электромагнитного поля находящемуся в ванне металлу, согласно изобретению индуктор электромагнитного перемешивателя содержит, по меньшей мере, два разомкнутых магнитопровода, на каждом из которых расположена, по меньшей мере, одна катушка, причем магнитопроводы размещены таким образом, чтобы их торцевые поверхности были максимально приближены к днищу (подине) печи-миксера.This task and the result are achieved due to the fact that the declared mixer-mixer containing at least one bath with side walls and a bottom, at least one heater for heating the molten and / or solid metal in the bath and an electromagnetic stirrer inductor with a magnetic circuit and a winding installed in the area of the bath for applying an electromagnetic field to the metal in the bath, according to the invention, the electromagnetic stirrer inductor comprises at least two open mag itoprovoda, each of which is arranged at least one coil, wherein the magnetic cores are arranged such that their end surfaces are as close to the bottom (hearth) of the furnace-mixer.

Предпочтительно N разомкнутых магнитопроводов с катушками (электромагнитов) расположить относительно друг друга на расстоянииPreferably N open magnetic circuits with coils (electromagnets) are located relative to each other at a distance

Δx=l_x/h, Δx = l _x / h,

где l_x - длина наибольшей стороны ванны, м;where l _x is the length of the largest side of the bath, m;

h - глубина расплава металла, м;h is the depth of the molten metal, m;

N - количество катушек, определяемое как N=N'-1, где N' - округленное до ближайшего четного целого числа отношения l_x/h.N is the number of coils, defined as N = N'-1, where N 'is the ratio l _x / h rounded to the nearest even integer.

Обмотки электромагнитов могут быть подключены к источнику трехфазного напряжения таким образом, что напряжение на обмотки каждого последующего электромагнита отстает по фазе от напряжения на обмотке предыдущего электромагнита, а кроме того, как минимум половина электромагнитов выполнена с возможностью смены направления чередования фаз на противоположное.The windings of the electromagnets can be connected to a three-phase voltage source so that the voltage on the windings of each subsequent electromagnet lags the phase of the voltage on the winding of the previous electromagnet, and in addition, at least half of the electromagnets are configured to change the direction of the phase rotation to the opposite.

Обмотки электромагнитов могут быть подключены к источнику двухфазного напряжения, таким образом, что обмотки четных электромагнитов, соединенные последовательно или параллельно, образуют одну из фаз, а другая группа обмоток нечетных электромагнитов, соединенных последовательно или параллельно, образуют другую фазу обмотки индуктора.The windings of electromagnets can be connected to a two-phase voltage source, so that the windings of even electromagnets connected in series or in parallel form one of the phases, and the other group of windings of odd electromagnets connected in series or in parallel form another phase of the inductor winding.

Обмотка каждого электромагнита может быть выполнена с индуктивностью (L) и активным сопротивлением (R), отношение которых соответствует выражениюThe winding of each electromagnet can be made with inductance (L) and active resistance (R), the ratio of which corresponds to the expression

L/R≤0,2⋅10^-7γτ²,L / R≤0.2⋅10 ^-7 γτ ² ,

где γ - удельная электропроводность расплава, 1/Ом⋅м;where γ is the conductivity of the melt, 1 / Ohm⋅m;

τ - полюсное деление индуктора, м.τ - pole division of the inductor, m

Обмотка индуктора состоит из катушек, намотанных на разомкнутые магнитопроводы.The inductor winding consists of coils wound around open magnetic cores.

Электромагнитный перемешиватель содержит, по меньшей мере, два разомкнутых магнитопровода, на каждом из которых размещена, по меньшей мере, одна катушка, торцевые поверхности магнитопроводов максимально приближены к нижней поверхности расплава.The electromagnetic stirrer contains at least two open magnetic circuits, each of which has at least one coil, the end surfaces of the magnetic circuits are as close as possible to the lower surface of the melt.

Торцевые поверхности каждого из магнитопроводов индуктора электромагнитного перемешивателя могут быть расположены в перпендикулярных плоскостях.The end surfaces of each of the magnetic circuits of the inductor of the electromagnetic stirrer can be located in perpendicular planes.

Торцевые поверхности каждого из магнитопроводов индуктора электромагнитного перемешивателя могут быть расположены в одной плоскости.The end surfaces of each of the magnetic circuits of the inductor of the electromagnetic stirrer can be located in one plane.

Торцевые поверхности каждого из магнитопроводов индуктора электромагнитного перемешивателя могут быть расположены в параллельных плоскостях.The end surfaces of each of the magnetic circuits of the inductor of the electromagnetic stirrer can be located in parallel planes.

Изобретение поясняется чертежамиThe invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 схематично представлена печь-миксер (продольный и поперечный вертикальные разрезы) с разными вариантами расположения и конструкцией индукторов электромагнитного (МГД) перемешивателя. Ванна печи-миксера состоит из металлоконструкции 1 и футеровки 2. Для обеспечения жесткости конструкции поверх металлоконструкции боковых сторон ванны расположены двутавровые балки 3, а под подиной расположены продольные 4 и поперечные 5 двутавровые балки.In FIG. 1 schematically shows a mixer-mixer (longitudinal and transverse vertical sections) with different layout options and the design of the inductors of the electromagnetic (MHD) mixer. The bath of the mixer furnace consists of metal 1 and lining 2. To ensure structural rigidity, I-beams 3 are located on top of the metal structures on the sides of the bath, and longitudinal 4 and transverse 5 I-beams are located under the bottom.

Приготовляемый сплав 6 в жидком состоянии (расплав) глубиной h находится внутри ванны. Температурный режим в ванне обеспечивается энергией нагревателей 7. Индукторы МГД-перемешивателя могут устанавливаться под подиной 8 или с боковой стороны 9 печи-миксера. Индуктор может иметь сосредоточенную конструкцию (сплошная линия) или распределенную по длине ванны конструкцию (пунктирная линия). На фиг. 2 схематично представлен поперечный вертикальный разрез печи-миксера с индуктором МГД перемешивателя с поперечным магнитным потоком, установленным под подиной ванны. Индуктор состоит из отдельных электромагнитов, каждый из которых имеет разомкнутый магнитопровод 10 и обмотку 11. Конструкция индуктора позволяет установить его под подиной с наличием продольных ребер жесткости 4.The prepared alloy 6 in a liquid state (melt) of depth h is inside the bath. The temperature in the bath is provided by the energy of the heaters 7. The inductors of the MHD-mixer can be installed under the bottom 8 or on the side 9 of the mixer. The inductor may have a concentrated structure (solid line) or a structure distributed along the length of the bath (dashed line). In FIG. 2 schematically shows a transverse vertical section of a mixer oven with an MHD inductor of a stirrer with a transverse magnetic flux mounted under the bottom of the bathtub. The inductor consists of individual electromagnets, each of which has an open magnetic circuit 10 and a winding 11. The design of the inductor allows you to install it under the hearth with the presence of longitudinal stiffeners 4.

На фиг. 3 представлен продольный вертикальный разрез печи-миксера с распределенным по длине ванны (ось 0х) индуктором МГД-перемешивателя. Распределенный индуктор имеет N электромагнитов, расположенных относительно друг друга на расстоянии Δх=l_x/N, где l_x - длина наибольшей (продольной) стороны ванны. Величина N определяется как N=N'-1, где N' - округленное до ближайшего четного целого числа отношения l_x/h, h - глубина расплава металла, м.In FIG. Figure 3 shows a longitudinal vertical section through a mixer furnace with an MHD mixer inductor distributed along the length of the bath (axis 0x). The distributed inductor has N electromagnets located relative to each other at a distance Δx = l _x / N, where l _x is the length of the largest (longitudinal) side of the bath. The value of N is defined as N = N'-1, where N 'is the ratio l _x / h rounded to the nearest even integer, h is the depth of the metal melt, m

На фиг. 4. показаны одноконтурная и двухконтурная циркуляции расплава в ванне под действием бегущих магнитных полей индуктора, а на фиг. 5 представлена многовихревая картина циркуляции расплава под действием вращающихся магнитных полей распределенного индуктора.In FIG. 4. shows single-circuit and double-circuit melt circulation in the bath under the action of traveling magnetic fields of the inductor, and in FIG. Figure 5 presents a multi-vortex picture of melt circulation under the action of rotating magnetic fields of a distributed inductor.

На фиг. 6-8 представлены схемы подключения обмоток индуктора к трехфазной (6, 7) и двухфазной 8 системам переменного напряжения с целью получения одноконтурной или двухконтурной циркуляций расплава (фиг. 4). На фиг. 9 показана схема подключения обмоток индуктора к двухфазной системе напряжения с целью получения многовихревой циркуляции расплава (фиг. 5).In FIG. Figures 6-8 show the connection diagrams of the inductor windings to three-phase (6, 7) and two-phase 8 alternating voltage systems in order to obtain single-circuit or double-circuit melt circulations (Fig. 4). In FIG. Fig. 9 shows a connection diagram of the inductor windings to a two-phase voltage system in order to obtain a multi-vortex melt circulation (Fig. 5).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

При подключении обмотки 11 к источнику переменного напряжения

(фиг. 2) в обмотке появляется переменный электрический ток

(точками обозначены комплексные величины). В разомкнутом магнитопроводе 10 образуется переменный магнитный поток Ф_А, который проходит в поперечном сечении расплава 6 и наводит в расплаве вихревые токи.When connecting the winding 11 to an AC voltage source

(Fig. 2) an alternating electric current appears in the winding

(dots denote complex quantities). In the open magnetic circuit 10, an alternating magnetic flux Ф _{A is formed} , which passes in the cross section of the melt 6 and induces eddy currents in the melt.

Если обмотки всех N электромагнитов индуктора подключить к многофазной системе напряжения так, чтобы напряжение обмотки последующего электромагнита по фазе отставало от предыдущего на 120°, 60° или 90°, соответственного со схемами, представленными на фиг. 6-8, то на поверхности расплава образуется бегущая волна магнитного поля, которая, взаимодействуя с вихревыми токами расплава согласно классической теории асинхронных машин [3] [Вольдек А.И.], создает одноконтурную циркуляцию расплава (фиг. 4).If the windings of all N electromagnets of the inductor are connected to a multiphase voltage system so that the winding voltage of the subsequent electromagnet is phase-ahead 120 °, 60 ° or 90 ° from the previous one, in accordance with the circuits shown in FIG. 6-8, then a traveling wave of a magnetic field is formed on the melt surface, which, interacting with the eddy currents of the melt according to the classical theory of asynchronous machines [3] [Voldek AI], creates a single-circuit circulation of the melt (Fig. 4).

При распределении индуктора по длине ванны таким образом, чтобы выполнялось условие l_x=2pτ (p - число пар полюсов, τ - полюсное деление) и p=2, можно получить двухконтурную циркуляцию расплава (штрихпунктирная линия фиг. 4), для этого необходимо в первой половине ванны (0<x<l_x/2) создать бегущую волну магнитного поля в положительном направлении оси x, а во второй половине ванны изменить направление волны на противоположное (в отрицательном направлении оси x). Для этого достаточно чередование фаз обмоток электромагнитов в первой половине ванны, например, с последовательности ABC сменить на последовательность CBA во второй половине ванны (фиг. 6).When the inductor is distributed along the length of the bath so that the condition l _x = 2pτ (p is the number of pole pairs, τ is pole division) and p = 2 is fulfilled, it is possible to obtain double-circuit circulation of the melt (dash-dot line of Fig. 4), for this it is necessary in the first half of the bath (0 <x <l _x / 2) create a traveling wave of the magnetic field in the positive direction of the x axis, and in the second half of the bath change the direction of the wave to the opposite (in the negative direction of the x axis). For this, the phase rotation of the electromagnet windings in the first half of the bath is sufficient, for example, from the ABC sequence to change to the CBA sequence in the second half of the bath (Fig. 6).

Чтобы получить многовихревую циркуляцию расплава, представленную на фиг. 5, необходимо обмотки электромагнитов подключить к источнику напряжения согласно схеме фиг. 9.In order to obtain the multi-vortex melt circulation shown in FIG. 5, it is necessary to connect the windings of the electromagnets to a voltage source according to the circuit of FIG. 9.

Источники информацииInformation sources

1. Тимофеев В.Н., Христинич P.M., Бояков С.А., Темеров А.А. Опыт работы 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, p. 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 s.

3. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1974, 840 с. с илл.3. Voldek A.I. Electric cars. Textbook for students of higher. tech. training institutions. Ed. 2nd rev. and add. - L .: Energy, 1974, 840 p. with ill.

4. Патент №2543022, F27B 3/20/, Печь миксер, опубл. 27.02.2015, бюл №6.4. Patent No. 2543022, F27B 3/20 /, Mixer oven, publ. 02/27/2015, bull. No. 6.

5. Патент №2524463, F27D /27, B01F /13, опубл. 27.07.2014, бюл. №21.5. Patent No. 2524463, F27D / 27, B01F / 13, publ. 07/27/2014, bull. No. 21.

6. Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход сложным системам: пер. с анг. - М.: Мир, 1991. - 240 с., илл. SE 96/00543 (24.04.1996), RU (11) 2157492, опуб. 10.10.2000.6. Haken G. Information and self-organization: A macroscopic approach to complex systems: Per. with eng. - M.: Mir, 1991 .-- 240 p., Ill. SE 96/00543 (04.24.1996), RU (11) 2157492, publ. 10/10/2000.

7. Патент №2465528, F27B /3, опубл. 27.10.12, бюл №30.7. Patent No. 2465528, F27B / 3, publ. 10/27/12, bull. No. 30.

Claims

1. Mixer furnace containing at least one bath with side walls and a bottom, at least one heater for heating the molten and / or solid metal in the bath and an electromagnetic stirrer inductor with a magnetic circuit and a winding, installed with the possibility of application electromagnetic field to the metal in the bath, characterized in that the bottom is equipped with stiffeners in the form of longitudinal and transverse I-beams, and the inductor of the electromagnetic stirrer contains at least two open magnetic circuit, each of which is arranged at least one inductor coil winding mounted under the bottom of ensuring maximum approximation to the bottom end surfaces of the magnetic cores.

2. The mixer furnace according to claim 1, characterized in that N open magnetic circuits with coils are located relative to each other at a distance

Δx = l _x / N,

where l _x is the length of the largest side of the bath, m;

N is the number of coils, defined as N = N'-1, where N 'is the ratio l _x / h rounded to the nearest even integer, h is the depth of the metal melt, m

3. The mixer furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the inductor winding coils are connected to a multiphase voltage source so that the voltage on the coil located on each subsequent magnetic circuit lags the phase of the voltage on the coil of the previous magnetic circuit, at least half of the coils are arranged to change the direction of phase rotation to the opposite.

4. The mixer furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the inductor winding coils are connected to a multiphase voltage source, so that even magnetic circuit coils connected in series or in parallel form one of the inductor winding phases and the other group of odd coils magnetic circuits connected in series or in parallel form another phase of the inductor winding.

5. The mixer furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the coil of each magnetic circuit is made with inductance (L) and active resistance (R), the ratio of which corresponds to the expression L / R≤0.2⋅10 ^-7 γτ ² , where γ is the conductivity of the melt, 1 / Ohm⋅m; τ - pole division of the inductor, m