ОТЪЕМНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ЕДИНИЦА

Заявляемое техническое решение относится к области металлургии, в частности, может быть использовано в канальных печах для создания вращения жидкого металла в канальной части.
Известна конструкция отъемной индукционной единицы, вращение расплава в канальной части которой реализовано на основе способа вращения электропроводного тела, заключающегося в создании неоднородного переменного электромагнитного поля между ферромагнитными поверхностями или обмотками, представленного в А.С. №1206902, МКИ H02K 17/04 // C30B 13/20, опубл. в БИ №3 от 23.01.86 г. Продольные каналы отъемной индукционной единицы смещены относительно плоскости, проходящей через центр обмотки параллельно продольной оси, на величину 0,25÷0,5 диаметра продольного канала. Для индукционной единицы такой конструкции характерна большая неоднородность магнитного поля рассеивания, как по высоте канала, так и в радиальном направлении. Смещение каналов относительно центра обмотки и перпендикулярно ее продольной оси приводит к нарушению симметрии потоков рассеивания относительно этой оси и, как следствие, к возникновению электромагнитного вращающего момента.
Основным недостатком такой конструкции отъемной индукционной единицы (ОИЕ) является то, что смещение каналов предполагает увеличение габаритов магнитопровода, а это приводит к увеличению потоков рассеивания и, следовательно, потребляемой ОИЕ реактивной мощности.
Также близким к заявленному решению является отъемная индукционная единица, представленная в №665193 SU, МКИ F27D 1/00, опубл. в БИ №20 от 30.12.75 г., содержащая магнитопровод с обмоткой и канальную часть, состоящую из продольных и поперечного футерованных каналов, которые выполнены раздельными блоками.
К недостаткам такой конструкции отъемной индукционной единицы относятся низкая надежность и малый срок службы, обусловленные необходимостью проведения механической чистки каналов от окислов после каждой плавки.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция отъемной индукционной единицы, представленная в патенте №2235446 RU, МКИ 7 H05B 6/34, опубл. от 27.08.2004 г. Известная отъемная индукционная единица содержит продольные и поперечный каналы, магнитопровод, на котором размещается обмотка с неравномерным шагом навивки шины или с дополнительной обмоткой для создания неравномерности распределения магнитного поля относительно оси канала, что приводит к созданию вращающего момента в канале.
Основными недостатками данной конструкции является сниженная энергетическая эффективность за счет низкого коэффициента заполнения обмотки, и как следствие увеличенные массогабаритные показатели.
В основу нового технического решения положена задача создания такой конструкции отъемной индукционной единицы, которая позволила бы создать в канальной части вращательное движение расплава необходимой интенсивности при низких потерях энергии.
Поставленная задача решается тем, что отъемная индукционная единица, содержащая магнитопровод с обмоткой и канальную часть, состоящую из продольных и поперечного футерованных каналов, которые выполнены раздельными блоками согласно новому техническому решению, дополнительно содержит не менее двух блоков переменных конденсаторов, а обмотка выполнена с не менее чем одним дополнительным выводом, при этом один из блоков переменны к конденсаторов подключен параллельно обмотке на полное число витков, шунтируя обмотку в целом, а другой блок подключен последовательно через дополнительный вывод к части обмотки.
На фиг.1 изображена отъемная индукционная единица (вид сверху), обмотка которой имеет дополнительные выводы, которые делят ее на части, на фиг.2 приведена принципиальная электрическая схема отъемной индукционной единицы.
Отъемная индукционная единица (фиг.1) представляет собой электромагнитную систему индуктор-канал, включающую магнитопровод 1, обмотку 2 с дополнительными выводами (с) и канальную часть. Канальная часть содержит продольные (охваченный 3 и неохваченный 4 магнитопроводом 1) и поперечный каналы.
Указанная система также содержит не менее двух блоков 5, 6 переменных конденсаторов, один блок 5 подсоединен параллельно обмотке на полное число витков, а другой блок 6 - через дополнительный вывод только на часть витков. Продольные и поперечный каналы заключены в металлические каркасы и футеровку. Отъемная индукционная единица крепится в ванне печи с помощью болтовых соединений.
вх
вх
ac
cd
ac
cd
Заявляемое устройство работает следующим образом. При подаче переменного напряжения U на обмотку 2 по ней протекает ток I, создающий основной магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу 1, и поток рассеяния, который замыкается по воздуху. Поток рассеяния индуцирует в канальной части замкнутый ток, под действием которого выделяется тепловая энергия, которая передается из канальной части в ванну печи за счет интенсивного теплообмена. При подключении одного блока переменных конденсаторов параллельно полному числу витков обмотки через основные выводы происходит компенсация реактивной мощности, что приводит к снижению потерь рассеяния и росту энергетического коэффициента полезного действия. Второй блок переменных конденсаторов подключается последовательно части витков через дополнительные выводы, что позволяет перераспределить емкость в цепи в режиме резонанса напряжений. За счет достижения полного или частичного резонанса происходит компенсация индуктивного сопротивления емкостный и некоторый рост напряжения в контуре. Это позволяет добиваться повышения значений I при достаточно большом количестве витков, а также регулировать амплитуды и фазы токов I, I. В результате создается магнитный поток рассеивания с большой неоднородностью, который создает электромагнитные усилия в металле, приводя его к одноконтурному вращению в охваченном 3 и неохваченном 4 продольных каналах. Несимметрия потока при этом нелинейно зависит от значений амплитуд токов I, I, а также фазового сдвига между ними.
Создание вращения в канешь ной части и его регулирование с помощью блоков переменных конденсаторов позволяет снизить зарастание канала окислами, обеспечить управление скоростью вращения и уменьшить размывание футеровки.
Предложенная конструкция отъемной индукционной единицы имеет следующие преимущества перед известными:
1. Обмотка имеет высокий коэффициент заполнения, что позволяет снизить массогабаритные показатели установки в целом и увеличить энергетическую эффективность.
2. Для создания одноконтурного вращения в канальной части используется несимметричное магнитное поле рассеяния, созданное обмоткой с дополнительными выводами, к которым последовательно подключен один из блоков переменных конденсаторов для создания резонанса напряжений, а второй блок подключен параллельно на полное число витков для компенсации реактивной мощности и перераспределения емкости в цепи.
3. За счет создания режима резонанса напряжений или близкого к нему происходит некоторый прирост напряжения в контуре, а значит появляется возможность получения необходимых значений токов при ограниченном напряжении источника.
4. Подключение к катушке блоков переменных конденсаторов позволяет получить вращение расплава в канальной части разной интенсивности, что исключает необходимость механической чистки каналов, а, следовательно, приводит к увеличению срока службы футеровки отъемной индукционной единицы.