Электромагнитное перемешивание металла



Установка электромагнитного перемешивания (УЭМП) является необходимым и эффективным технологическим инструментом, применяемым на ДСП вместимостью 25 т и более для управления массо- и теплообменными процессами в ванне.

Электромагнитное перемешивание (ЭМП) влияет на кинетику физико-химиче­ских процессов и способствует интенсификации плавки в ДСП. По данным Н. В. Окорокова, А. И. Пахомова, А. Г. Зубарева и других исследователей, ЭМП увеличивает скорость удаления серы (на 70—100 %) и кислорода, ускоряет растворение леги­рующих добавок, способствует гомогенизации жидкометаллической ванны по хи­мическому составу и температуре. Например, по данным Л. А. Мальцева, перепад температуры по глубине ванны ДСП-25 в восстановительный период снижается с 20—50 К (без ЭМП) до 5—20 К (с ЭМП), т. е. в 4—2,5 раза. Гидродинамическое движение металла при ЭМП ускоряет диффузионное удаление примесей, увеличи­вает «эффективную» поверхность раздела металл—шлак, способствует снижению содержания неметаллических включений. Поэтому возможно сокращение длитель­ности восстановительного периода на 20—30 % без ухудшения качества металла.

Применение ЭМП гарантирует легирование металла по нижнему пределу со­держания легирующего элемента, что дает экономию ферросплавов. УЭМП позво­ляет механизировать такие трудоемкие операции по обслуживанию крупных ДСП, как перемешивание жидкого металла и скачивание шлака (при двушлаковом, про­цессе). Поэтому УЭМП является неотъемлемым элементом АСУ ТП.

В ДСП высокой и сверхвысокой мощности, несмотря на вынос ряда технологи­ческих процессов в специализированные агрегаты внепечной обработки стали, при­менение УЭМП целесообразно для сокращения периода расплавления tэ за счет интенсификации массообмена и процесса растворения твердой металлошихты в жид­ком металле.

Удельный расход электроэнергии на ЭМП составляет 8—10 кВт-ч/т.

УЭМП состоит из статора, уста­навливаемого обычно под корпусом ДСП вдоль горизонтальной про­дольной оси уу, в проеме опорной конструкции между сегментами (см. рис. 45), токоподвода и источ­ника питания, располагаемого в отдельном помещении печной под­станции. Статор УЭМП (рис. 52) имеет магнитопровод 1 и обмотку, состоящую из трех секций (кату­шек), расположенных на середине магнитопровода (средняя2) и на краях (крайние 3).

Работа УЭМП основана- на ЭМГД-воздействии бегущего двух­фазного поля на жидкий металл:

1) переменный ток I*1= Im ехр (wt) одной фазы источника пи­тания создает соответствующее магнитное поле Ф1;

2) попадая в ванну ДСП, это переменное магнитное поле индук­тирует 1 (Индукционное ЭМП на токах промышленной частоты впервые было предло­жено в СССР Л. И. Морозенским (1928 г., статор расположен внутри кожуха, вокруг ванны) и Н. В. Окороковым (1935 г., статор расположен внутри кожуха, под ванной). В 1939 г. шведская фирма ASEA применила УЭМП на пониженной частоте с уста­новкой статора под корпусом ДСП) в данной точке жидкого металла ток, характеризуемый комплексным вектором Jm и отстающий по фазе на p/2 от потока Ф1 (и тока I1);

3) переменный ток I2 = Im ехр (wt — p/2) другой фазы двух­фазного источника питания создает сдвинутый на p/2 магнитный поток Ф2, также пронизывающий жидкий металл и характеризуемый в данной точке комплексным вектором магнитной индукции В;

4) в результате взаимодействия индуктируемых токов с магнит­ным полем, пронизывающим жидкий металл, возникают электро­магнитные объемные силы, создающие турбулентное направленное движение металла в объеме ванны. При этом измеряемая скорость движения по зеркалу ванны достигает 0,4—0,6 м/с;

5) величина и направление объемной (в 1 м3) электромагнитной силы Fv, Н/м3, определяется (в среднем за период изменения элек­тромагнитного поля УЭМП с частотой w = 2лf) половиной веще­ственной части комплекса векторного произведения комплексного вектора плотности индуктируемых токов Jm, А/м2, и сопряженного комплексного вектора магнитной индукцииВ*, Тл:

Fv=0,5Re[J,B*].                                          

Поскольку переменное электромагнитное поле в жидкометаллической ванне затухает по глубине металла, частоту f тока статора УЭМП выбирают в зависимости от глубины ванны hm.

По данным Н. В. Окорокова, рациональные значения частоты составляют для ДСП различной вместимости:

Вместимость m0, т .....        25     50 100     200

Глубина металла Ам, мм ...     700 850 1050 1350

Частота тока f, Гц. .....         0,95  0,65 0,5    0,3

Для снижения возможного эрозионного износа футеровки откосов ванны при ЭМП рациональная форма статора должна быть подобной профилю ванны ДСП. Поворот вектора В вблизи откосов на 45° обеспечивает согласно (115) направление силы Fv и, следовательно, движения жидкого металла вдоль образующей откосов ванны.

При установке статора УЭМП под корпусом ДСП днище изгото­вляют из немагнитной стали для ослабления экранирования элек­тромагнитного поля. Целесообразная форма днища — в виде двой­ного усеченного конуса с углами образующих с горизонталью 15 и 45°, аналогично профилю статора, что уменьшает воздушный зазор. Футеровку подины делают меньшей толщины, что ослабляет рассеяние магнитного поля в зазоре статор — жидкий металл.

При установке необходим тщательный контроль температуры днища в нескольких точках для предупреждения о возможном аварийном прорыве жидкого металла сквозь футеровку подины, особенно при водяном охлаждении обмотки статора УЭМП.

Размещение крайних и средней катушек вдоль оси статора по­зволяет создать пространственный сдвиг магнитных потоков в виде бегущего электромагнитного поля (помимо ранее отмеченного вре­менного сдвига, создаваемого источником питания):

B=Bm × exp[j(wt ± 2ppy/ lc)],                              (116)

где В и Bm — комплексная величина и модуль магнитной индукции бегущего магнитного поля; р — число пар полюсов (обычно р = 1);

lс — длина статора; lc / 2p — полюсное деление статора, равное длине полуволны электромагнитной волны вдоль статора.

Подключение одной фазы источника питания к двум крайним катушкам (расщепленная фаза) и реверсивное включение средней катушки ко второй фазе позволяют создать четыре схемы бегущего магнитного поля (рис. 53), расширяющие технологические возмож­ности УЭМП.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 430; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ