Синхронный магнитоэлектрический перемешиватель жидкого металла в кристаллизаторе машин непрерывного литья заготовок стали

Abstract

Для машин непрерывного литья заготовок предложен электромагнитный перемешиватель в виде синхронного двигателя с полым ротором. Вращающееся магнитное поле в жидком металле возбуждается магнитной системой ротора на постоянных магнитах совместно с токами обмотки статора. Для произвольной скорости вращения жидкого металла выведены граничные условия для магнитного потенциала на поверхности заготовки и найдено распределение магнитного поля в полости перемешивателя, создаваемого постоянными магнитами ротора и токами обмотки статора. Разработан итерационный численно-аналитический метод для расчета распределения скорости вращения жидкого металла в кристаллизаторе. Установлены функциональные зависимости максимальной скорости металла у фронта кристаллизации на выходе из перемешивателя и его мощности от частоты тока питания. Выведены функциональные зависимости и расчетные формулы для определения энергетических показателей синхронных электромагнитных перемешивателей. Установлены требования для обеспечения устойчивого режима работы синхронного перемешивателя и устранения его возможного выпадения из синхронизма. Сформулированы требования к величине тока статора и величине намагниченности постоянных магнитов системы возбуждения для обеспечения в жидком металле магнитной индукции заданной величины. Показано, что при одинаковых исполнениях магнитной системы возбуждения большую индукцию в жидком металле можно создать в режиме недовозбуждения. Управление режимами работы перемешивателя и величиной магнитной индукции в жидком металле осуществляется изменением величины напряжения обмотки статора.

Для машин безперервного лиття заготовок запропоновано електромагнітний перемішувач у вигляді сихронного двигуна з порожнистим ротором. Обертове магнітне поле в рідкому металі збуджується магнітною системою ротора на постійних магнітах спільно з струмами обмотки статора. При довільній швидкості обертання рідкого металу виведені граничні умови для магнітного потенціалу на поверхні заготовки і знайдено розподіл магнітного поля в порожнині перемішувача, створюваного постійними магнітами ротора і струмами обмотки статора. Розроблено ітераційний чисельно-аналітичний метод для розрахунку розподілу швидкості обертання рідкого металу в кристалізаторі. Встановлено функціональні залежності максимальної швидкості металу на фронті кристалізації на виході з перемішувача і його потужності від частоти струму живлення. Виведено функціональні залежності та розрахункові формули для визначення енергетичних показників синхронних електромагнітних перемішувачів. Встановлено вимоги для забезпечення сталого режиму роботи синхронного перемішувача та усунення його можливого випадання з синхронізму. Сформульовано вимоги до величини струму статора і величини намагніченості постійних магнітів системи збудження для забезпечення в рідкому металі магнітної індукції заданої величини. Показано, що при однакових виконаннях магнітної системи збудження більшу індукцію в рідкому металі можна створити в режимі недозбудження. Управління режимами роботи перемішувача і величиною магнітної індукції в рідкому металі здійснюється зміною величини напруги обмотки статора.

For continuous casting machines proposed electromagnetic stirrer in the form of a synchronous motor with a hollow rotor. The rotating magnetic field in the liquid metal magnetic system is excited by a permanent magnet rotor with the stator winding currents. For an arbitrary rotation speed of the liquid metal boundary conditions are derived for the magnetic potential on the surface of the blanks, and found the magnetic field distribution in the cavity stirrer produced by a permanent magnet rotor and currents of the stator winding. Developed an iterative numerical-analytical method for calculating the distribution of the rotational speed of the liquid metal in the mold with synchronous electromagnetic a stirrer. The functional dependence of the maximum velocity of the metal near the crystallization front at the exit of the stirrer and him the power on the frequency a supply current is set. We derive the functional dependence, and formulas for calculating the energy performance of synchronous electromagnetic stirrer in the continuous casting molds. Formulated the requirements for the sustainable operation of synchronous electromagnetic stirrer and eliminate its possible falling out of synchronism. Formulated the requirements to the magnitude of the stator current and the magnitude of the magnetization of permanent magnet excitation system for excitation the magnetic induction given value in a liquid metal. It is shown that for identical versions of magnet excitation system greater a magnitude the magnetic induction in the liquid metal can be created in the mode under excitation. Control modes of the stirrer and the magnitude of the magnetic induction in the liquid metal is achieved varying the voltage of the stator winding.