ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС ДЛЯ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к цветной металлургии и может быть использовано для разливки жидких металлов, таких как магний, алюминий, цинк, олово, свинец и др.
Известны устройства для литья и транспортировки жидких металлов (кн. Технология электромагнитного транспортирования легких сплавов. - Мищенко В.Д., Микельсон А.Э., Круминь Ю.К. - М. Металлургия (Проблемы цветной металлургии). - 1980, 128 с.), выполненные в виде
Однако все эти устройства не получили промышленного применения из-за сложности изготовления и ремонта, высокой стоимости и непродолжительного срока службы.
Известно устройство - электромагнитный насос (А.С. СССР №189688, опубл. 30.11.66 г., бюл. 24), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий канал, магнитопровод, входной патрубок и два выходных патрубка, расположенных по обе стороны магнитопровода, к которым подведен ток. Насос может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Насос прост в изготовлении и эксплуатации, обладает небольшим весом.
Недостатком работы данного насоса является кратковременный срок его эксплуатации, который в при работе в агрессивной среде не превышает 3 суток. Это обусловлено либо прогоранием канала насоса, либо в резком снижении выходных характеристик - давления и расхода. Анализ причин выхода из строя насоса показал, что
2
основной причиной выхода из строя насоса является образование тонкой пленки оксида магния на внутренней поверхности стальных стенок рабочей зоны насоса. Образование пленки происходит уже в момент подачи жидкого магния в рабочую зону насоса, стенки которого всегда покрыты оксидами железа. Причем толщина пленки из оксида магния зависит от исходной толщины слоя оксидов железа на поверхности стали, который в свою очередь зависит от температуры и длительности предварительного прогрева насоса. Пленка из оксида магния обладает почти нулевой проводимостью тока и препятствует проникновению тока в жидкий металл и, соответственно резко снижаются выходные характеристики насоса (давление и расход), т.к. последние зависят от плотности тока в жидком металле, которая в этом случае практически равна нулю. Электрический ток, кондукционно подводимый из внешней цепи к каналу, не попав в жидкий металл, проходит по стальным стенкам канала. Создавая в них недопустимо высокую плотность тока для стали (J≥10 А/мм). В результате стенки канала прогорают и насос выходит из строя.
Технический результат заключается в устранении недостатков прототипа, и направлен на стабилизацию выходных характеристик и на повышение срока службы насоса.
Технический результат достигается тем, что предложен электромагнитный насос для разливки металла, состоящий из канала, магнитопровода, входного патрубка и двух расположенных по обе стороны магнитопровода выходных патрубков, к которым подведен электрический ток, новым является то, что он дополнительно снабжен трансформатором и металлической шиной, жестко соединенной с трансформатором и с выходными патрубками и образующей совместно с каналом вторичную обмотку трансформатора.
Работа насоса основана на использовании силы Лоренца, возникающей в результате взаимодействия рабочего тока,
2
протекающего в канале через жидкий металл между выходными патрубками и магнитного поля общего тока (ток в жидком металле и стенках канала), возбуждаемого между полюсами П-образного магнитопровода. Причем, если в насосе по прототипу общий ток подводится к каналу кондукционно и как показано выше, часто может совсем не попасть в жидкий металл (рабочий ток около нуля), то в заявленном насосе ток в замкнутой витке, состоящем из металлической шины и канала, являющимся вторичной обмоткой трансформатора, создается индукционным методом и его величина пропорциональна электропроводимости материала витка. Учитывая, что электропроводимость жидких металлов (алюминия, магния, цинка, олова и др.) в несколько раз выше электропроводности нержавеющей стали, то и рабочий ток в жидком металле будет всегда намного превосходить ток в стенках канала. Следовательно, независимо от толщины оксидной пленки на внутренней поверхности стенок канала, рабочий ток будет сохранять свою величину в процессе работы и, соответственно, будут стабильны показатели работы насоса (давление и расход). Кроме того, плотность тока в стальных стенках канала снизиться в несколько раз (до 1-2 А/мм), что стабилизирует тепловой режим работы насоса и повышается срок его службы.
На фиг.1 показан электромагнитный насос для разливки металла, состоящий из канала 1, магнитопровода 2, входного патрубка 3 и двух расположенных по обе стороны магнитопровода выходных патрубков 4, к которым подведен электрический ток, трансформатора 5 и металлической шины 6, жестко соединенной с выходными патрубками и образующей совместно с каналом вторичную обмотку 7 трансформатора. Электромагнитный насос работает следующим образом.
На первичную обмотку трансформатора 5 подают напряжение и создают во вторичной обмотке 7 ток I величиной ~ 1,5 кА, который,
проходя по стенкам канала 1, прогревает их до температуры 700-750°С. Затем в канале 1 за счет вакуумной системы создают разряжение и через входной патрубок 3 жидкий металл поднимается в канал. При заполнении канала 1 металлом (активной зоны) увеличивают напряжение на первичной обмотке и, соответственно, доводят величину тока I во вторичной обмотке до 3-6 кА (в зависимости от требуемого режима работы (давление, расход). При этом часть тока
пойдет по стальным стенкам канала, а другая его часть по жидкому металлу
где:
ст
ме
ae, ae - электропроводимость стальных стенок канала и жидкого металла;
ст
ме
S, S - площадь сечения стальных стенок канала и жидкого металла;
Е - напряженность электрического поля.
ст
ме
ме
ме
Учитывая соотношение электропроводности стальных стенок канала и жидкого металла, а также площадей их сечения, получим, что до 90% общего тока пойдет по жидкому металлу, т.е. будет рабочим током. Оставшиеся 10% общего тока пойдут по стальным стенкам (нержавеющая сталь типа 1Х18Н10Т), поддерживая тепловой режим работы насоса. Общий ток I=I+I. проходя между полюсами П-образного магнитопровода 2, создает магнитное поле В, направленное от одного полюса к другому. В результате взаимодействия магнитного поля В рабочего тока I в металле возникает сила Лоренца F, направленная в сторону "ярма" магнитопровода 2 и пропорциональная произведению данных величин (В I). Под действием этой силы жидкий металл приводится в движение, поступает в металлотракт и подается на разливку.
Опытная установка изготовлена на базе вышедшего из строя существующего насоса (насос не создавал давления). Для этого металлический (медный) шинопровод 6 приварили к выходным патрубкам 4 для кондукционного подвода электрического тока к жидкому металлу, образуя совместно с каналом 1 его вторичную обмотку 7. После этого насос при рабочем сечении канала 50×10 мм, в течение длительного времени показывал стабильный режим работы. Так, при рабочем токе 3000 А расход составлял на магнии 3 тонны в час при давлении 0.2 атм, а при токе 5000 А и том же расходе насос развивал давление 0.54 атм.
Таким образом, преложенная конструкция электромагнитного насоса для перекачки металла позволяет значительно повысить срок его службы.