Электромагнитное ограничивающее устройство для двухвалковой машины литья полосы и способ литья протяженной полосы с использованием этого устройства - RU2132251C1
Код документа: RU2132251C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится в общем к электромагнитным ограничивающим устройствам и, в частности, к электромагнитному ограничивающему устройству для применения в литейной машине для литья протяженной полосы.
Литейная машина для литья протяженной полосы применяется для непрерывного отливания расплавленного металла в твердую полосу, например стальную. Машина для литья протяженной полосы обычно содержит пару расположенных горизонтально и вращающихся в противоположных друг другу направлениях литейных валков, между которыми имеется вертикальное пространство, куда принимается и в котором заключается масса расплавленного металла. Это пространство, ограничиваемое валками, дугообразно сужается в направлении вниз, к зазору между валками. Литейные валки охлаждаются и, в свою очередь, охлаждают расплавленный металл по мере того, как расплавленный металл опускается сквозь указанное пространство, выходя ниже зазора между валками в виде твердой металлической полосы.
Пространство между валками имеет открытый конец возле каждого торца валка. Расплавленный металл не ограничивается валками на каждом открытом конце этого пространства. С целью предотвращения вытекания расплавленного металла наружу через открытый конец этого пространства применяются электромагнитные ограничивающие устройства. В одном из типов электромагнитных ограничивающих устройств используется проводник магнитного потока, связанный с электропроводящей катушкой и имеющий пару разнесенных друг от друга магнитных полюсов или торцевых поверхностей, обращенных в направлении массы расплавленного металла и расположенных возле нее. Электромагнит действует за счет протекания через катушку изменяющегося во времени тока (например, переменного тока) и создает изменяющееся во времени (переменное) магнитное поле, которое проходит через открытый конец пространства между полюсами или разнесенными поверхностями проводника магнитного потока. Магнитное поле оказывает магнитное ограничивающее давление на массу расплавленного металла на открытом конце пространства между валками. Примеры электромагнитных ограничивающих устройств, которые создают горизонтальное поле, описаны в патенте США N 4.936.374, автор Pareg и в патенте США N 5.251.685, автор Praeg. Примеры электромагнитных ограничивающих устройств, которые создают вертикальное магнитное поле, описаны в патенте США N 4.974.661, авторы Lari и др.
Другим средством магнитного ограничения расплавленного металла на открытом конце пространства между литейными валками является размещение возле открытого конца этого пространства расположенной вертикально ограничивающей катушки, фронтальная поверхность которой обращена к открытому концу этого пространства и расположена возле него. Изменяющийся во времени электрический ток протекает через ограничивающую катушку, непосредственно генерируя горизонтальное магнитное поле, которое проходит от фронтальной поверхности ограничивающей катушки через открытый конец пространства между литейными валками и оказывает ограничивающее магнитное давление на открытый конец этого пространства. Значительную часть ограничивающей катушки, за исключением ее фронтальной части, охватывает элемент, выполненный из магнитного материала. Этот магнитный элемент существенно уменьшает переменный во времени электрический ток, который протекает по другим поверхностям ограничивающей катушки, кроме ее фронтальной поверхности, вследствие чего ток концентрируется на фронтальной поверхности катушки; кроме того, магнитный элемент образует проводник магнитного потока, который обеспечивает для магнитного поля возвратный путь с низким магнитным сопротивлением. Экран, выполненный из немагнитного электропроводящего материала (например, меди), охватывает проводник магнитного потока и ограничивает ту часть магнитного поля, которая находится вне возвратного пути с низким магнитным сопротивлением, на открытом конце пространства между литейными валками. Варианты осуществления магнитного ограничивающего устройства катушечного типа описаны в патенте США N 5.197.534, авторы Gerber и др., патенте США N 5.279.350, автор Gerber, и патенте США N 5.487.421, автор Gerber. Описания изобретений всех указанных выше патентов включены в данный документ путем отсылки.
Открытый конец пространства между двумя литейными валками и масса расплавленного металла в этом месте имеют ширину, дугообразно уменьшающуюся книзу. Эта ширина имеет наибольшую величину на верху массы расплавленного металла и наименьшую - в зазоре между двумя литейными валками.
Проводник магнитного потока имеет разнесенные друг от друга поверхности, расположенные возле открытого конца пространства между литейными валками, причем эти поверхности обращены к массе расплавленного металла. Воздушный зазор, образуемый этими разнесенными поверхностями, дугообразно сужается книзу, соответствуя сужению на открытом конце пространства между литейными валками. Ширина этого воздушного зазора имеет наибольшую величину на верху массы расплавленного металла и наименьшую - в зазоре между двумя литейными валками.
Магнитное давление, оказываемое на данном вертикальном уровне электромагнитного ограничивающего устройства,
зависит от магнитного поля (В) в этом месте, которое, в свою очередь, зависит от факторов, отражаемых следующим уравнением
B=kNI/lg,
где В - магнитное поле;
k - константа;
N - число витков катушки электромагнита;
I - ток, текущий через катушку;
lg- ширина воздушного зазора между разнесенными поверхностями проводника магнитного потока.
Из приведенного уравнения очевидно, что для данного тока (I) магнитное поле (В) и создаваемое магнитное давление уменьшаются с увеличением ширины воздушного зазора (lg). Для данной катушки с данным числом витков (N) и при данной ширине воздушного зазора (lg) магнитное поле (В) можно увеличивать, увеличивая ток (I).
Верхняя часть массы расплавленного металла, находящаяся ниже верхней поверхности этой массы, но вблизи нее, имеет относительно большую ширину. Такую же относительную ширину имеет воздушный зазор (lg), образованный разнесенными поверхностями проводника магнитного потока возле верхней части массы расплавленного металла. Соответственно, в этой верхней части, чтобы создать магнитное поле (В), которое обеспечит необходимое магнитное давление, должен быть относительно большой ток (I), протекающий через описанную выше ограничивающую катушку, в соответствии с уравнением NI = lg B/k. Максимальный ток требуется примерно на 25% ниже по высоте верхней поверхности расплавленного металла.
Значительно ниже по вертикали, в месте, соответствующем зазору между двумя литейными валками, масса расплавленного металла имеет сравнительно малую ширину. Ферростатическое давление расплавленного металла (например, стали) имеет максимальную величину в зазоре между валками. Соответственно, магнитное давление здесь тоже должно быть максимальным. Однако ширина воздушного зазора (lg), образованного разнесенными поверхностями проводника магнитного потока, вблизи зазора очень мала. Следовательно, необходимое магнитное давление здесь обычно может развиваться при меньшем токе (I), чем требуется для создания необходимого давления выше по вертикали, в областях, где воздушный зазор много шире. Другими словами, (а) ток, требующийся для создания необходимого магнитного давления в некоторых областях ниже верхней поверхности расплавленного металла, но вблизи нее, больше, чем (b) ток, требующийся в расположенных ниже областях, вблизи зазора между литейными валками. В таких случаях применяются другие средства ограничения расплавленного металла в верхних областях.
В одном из таких средств используется комбинация электромагнитного и механического устройства для ограничения верхней части расплавленного металла. В такой системе большой воздушный промежуток между разнесенными поверхностями проводника магнитного потока частично перекрыт элементом, выполненным из магнитного материала и расположенным между разнесенными поверхностями проводника, но ближе к расплавленному металлу, чем эти поверхности. Эта частичная перемычка имеет две противоположные торцевые поверхности, каждая из которых вместе с соответственной поверхностью проводника магнитного потока образует сравнительно узкий воздушный зазор. Эти два узких воздушных зазора имеют суммарную ширину, меньшую ширины воздушного зазора между разнесенными поверхностями проводника магнитного потока. Магнитное поле, создаваемое в каждом из этих двух относительно узких воздушных зазоров, достаточно для того, чтобы удерживать части расплавленного металла, расположенные напротив этих узких воздушных зазоров. Остальная часть расплавленного металла напротив частичной перемычки ограничивается механическим элементом, выполненным из охлаждаемой жидкостью меди, покрытой тугоплавким материалом и расположенной между частичной перемычкой и расплавленным металлом. Механический ограничивающий элемент выдается в пространство между литейными валками через открытый конец этого пространства, причем имеется зазор между механическим элементом и каждым валком.
Однако система ограничения расплавленного металла, описанная в предыдущем абзаце, имеет ряд недостатков. Например, расплавленный металл может затвердевать на тугоплавком покрытии механического элемента с жидкостным охлаждением, и затвердевший металл с механического элемента может нарастать, закрывая зазор между ним и вращающимся литейным валком. В этом случае при вращении литейного валка затвердевший металл может обдирать тугоплавкое покрытие с механического элемента, что нежелательно; кроме того, при работе системы могут возникать и другие неполадки, например электрическое короткое замыкание.
Указанные выше недостатки устраняются при использовании электромагнитного ограничивающего устройства, соответствующего настоящему изобретению. Это электромагнитное ограничивающее устройство содержит три проводника магнитного потока. Первый проводник магнитного потока имеет относительно широкую верхнюю часть, расположенную напротив верхней части расплавленного металла, когда последний находится на максимальной высоте, и образует относительно широкий воздушный зазор. Имеется второй проводник магнитного потока, расположенный ниже первого проводника магнитного потока. Второй проводник магнитного потока имеет относительно узкую часть, расположенную напротив нижней части расплавленного металла в зазоре между литейными валками, и образует относительно узкий воздушный зазор. Третий проводник магнитного потока расположен в относительно широком воздушном зазоре, образуемом первым проводником магнитного потока.
Первый и второй проводники магнитного потока имеют по паре разнесенных поверхностей, расположенных возле массы расплавленного металла и обращенных к ней. Третий проводник магнитного потока имеет пару разнесенных поверхностей, расположенных между разнесенными поверхностями первого проводника магнитного потока; разнесенные поверхности третьего проводника магнитного потока расположены возле верхней части массы расплавленного металла и обращены к ней.
Каждому из проводников магнитного потока придана катушка или часть катушки. Через катушку, приданную второму проводнику магнитного потока, протекает переменный во времени электрический ток. При этом в относительно узком воздушном зазоре образуется горизонтальное магнитное поле, достаточное для электромагнитного удержания массы расплавленного металла в зазоре между литейными валками, когда эта масса находится на своей максимальной высоте.
Переменный во времени электрический ток протекает также через катушку или катушки, приданные первому и третьему проводникам магнитного потока. Протекание переменного во времени тока через катушку, приданную первому проводнику магнитного потока, создает в относительно широком воздушном зазоре горизонтальное магнитное поле, содержащее магнитный поток. Протекание переменного во времени тока через катушку, приданную третьему проводнику магнитного потока, создает в относительно широком воздушном зазоре дополнительный магнитный поток, который усиливает по меньшей мере часть магнитного потока, создаваемого первым проводником магнитного потока и приданной ему катушкой. Первый и третий проводники магнитного потока с приданной каждому из них катушкой взаимодействуют, создавая в относительно широком воздушном зазоре магнитное поле для ограничения верхней части массы расплавленного металла, когда расплавленный металл находится на максимальной высоте.
Второй проводник магнитного потока обеспечивает возвратный путь с низким магнитным сопротивлением для горизонтального магнитного поля, создаваемого в узком воздушном зазоре. Первый и третий проводники магнитного потока обеспечивают возвратные пути с низким магнитным сопротивлением для горизонтального магнитного поля, создаваемого в широком воздушном зазоре. Каждый из трех проводников магнитного потока заключен в немагнитный электропроводящий материал, за исключением разнесенных поверхностей на проводниках магнитного потока, которые обращены в направлении массы расплавленного металла. Немагнитный электропроводящий материал ограничивает ту часть магнитного поля, которая находится вне своего возвратного пути с низким магнитным сопротивлением, пределами воздушного зазора, в котором образуется поле.
Вся масса расплавленного металла, сверху донизу, ограничивается только магнитным ограничивающим устройством. Машина для литья протяженной полосы металла не имеет какого-либо функционального механического средства для ограничения массы расплавленного металла на открытом конце пространства между литейными валками.
В некоторых вариантах осуществления изобретения катушки, приданные проводникам магнитного потока, могут быть отдалены от массы расплавленного металла. В других вариантах катушка, приданная проводникам магнитного потока, содержит по крайней мере одну часть, имеющую переднюю поверхность, которая: (а) обращена к открытому концу пространства между литейными валками и (b) расположена достаточно близко к открытому концу этого пространства, чтобы возможно было непосредственное генерирование горизонтального магнитного поля, проходящего через этот открытый конец к массе расплавленного металла.
Второй проводник магнитного потока может быть выполнен как единое целое с первым проводником магнитного потока в виде его продолжения, направленного вниз. Во всех вариантах осуществления изобретения третий проводник магнитного потока заканчивается внизу выше, чем заканчивается второй проводник магнитного потока.
В некоторых вариантах осуществления изобретения может иметься лишь одна катушка, связанная со всеми тремя проводниками магнитного потока, или могут иметься две или более катушек, связанных с одним или несколькими проводникам магнитного потока.
Другие особенности и преимущества, присущие заявляемой и описываемой конструкции, будут понятны специалистам из следующего ниже подробного описания в совокупности с прилагаемыми схематическими чертежами.
Фиг. 1 - вид с торца машины для литья протяженной полосы, имеющей электромагнитное ограничивающее устройство, соответствующее настоящему изобретению; фиг. 2 - увеличенный местный вид с торца части машины для литья протяженной полосы, показанной на фиг. 1, фиг. 3 - местный вид сверху машины для литья протяженной полосы, показанной на фиг. 1, фиг. 4 - увеличенный вид с торца одного из вариантов электромагнитного ограничивающего устройства, соответствующего настоящему изобретению, фиг. 5 - вид в плане варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 4, со снятой верхней крышкой; видна пара катушек, относительно отдаленных от массы расплавленного металла, фиг. 5а - местный вид сверху, иллюстрирующий модификацию варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 4 - 5, фиг. 6 - вид сверху, аналогичный фиг. 5, иллюстрирующий модификацию варианта, показанного на фиг. 5, где применяется одна катушка, фиг. 7 - вид сверху другого варианта электромагнитного ограничивающего устройства со снятой верхней крышкой, где видна единственная катушка, относительно отдаленная от массы расплавленного металла, фиг. 8 - вид сверху, аналогичный фиг. 6, иллюстрирующий другой способ использования единственной катушки, фиг. 9 - вид в перспективе еще одного варианта электромагнитного ограничивающего устройства, соответствующего настоящему изобретению, со снятой верхней крышкой, где имеется часть катушки, расположенная относительно близко к массе расплавленного металла, фиг. 10 - вид сверху варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 9, фиг. 11 - местный вид сбоку, частично в разрезе и частично со снятыми деталями, варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 9 - 10, фиг. 12 - вид сверху еще одного варианта электромагнитного ограничивающего устройства, соответствующего настоящему изобретению, со снятой верхней крышкой, имеющий часть катушки, расположенную в относительной близости от массы расплавленного металла, фиг. 13 - перспектива варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 12, фиг. 14 - местный вид в разрезе по линии 14-14 на фиг. 13, где подробно видна конструкция верхней крышки для электромагнитного ограничивающего устройства, фиг. 15 - местный вид в разрезе по линии 15-15 на фиг. 13, где подробно видна конструкция верхней крышки для электромагнитного ограничивающего устройства, фиг. 16 - электрическая схема варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 12-15, фиг. 17 - вид сверху одного из вариантов электромагнитного ограничивающего устройства со снятой верхней крышкой, где видны три катушки, относительно отдаленные от массы расплавленного металла, фиг. 18 - вид с торца варианта, показанного на фиг. 17, фиг. 19 - вид в разрезе по линии 19-19 на фиг. 17, фиг. 20 - график, где показано NI (число витков катушки • ток), выраженное как процент от NI, требующегося на глубине 25% от поверхности расплавленного металла, в зависимости от глубины расплавленного металла, фиг. 21 - электрическая схема, применяемая с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 4 - 5, фиг. 22 - другая электрическая схема, применяемая с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 4 - 5.
На фиг. 1 - 3 показана обозначенная в целом поз. 30 машина для литья протяженной полосы, содержащая пару расположенных на некотором горизонтальном расстоянии друг от друга и вращающихся в противоположных направлениях литейных валков 31, 32, имеющих соответственно валы 33, 34. Между валками 31, 32 имеется вертикальное пространство 35, где находится расплавленный металл 38, обычно сталь. Обращенные друг к другу поверхности литейных валков 31, 32 сходятся книзу, к зазору 37 между валками. Конструкция литейных валков позволяет вмещать между ними массу расплавленного металла 38 заданной максимальной высоты, имеющую верхнюю и нижнюю части 41, 42 соответственно (фиг. 2). Оба литейных валка 31, 32 имеют одинаковый радиус и заданная максимальная высота (глубина) массы расплавленного металла 38 обычно составляет большую часть (например, больше половины) радиуса валков 31, 32. Валки вращаются соответственно в направлениях, показанных стрелками 49, 50 на фиг. 1. Валки охлаждаются обычным способом (не показан) и, в свою очередь, охлаждают расплавленный металл, который затвердевает при прохождении через зазор 37 между валками 31, 32 и выходит из зазора 37 в виде твердой металлической полосы.
Пространство 35 между валками 31, 32 имеет открытый конец 36 (фиг. 3), возле которого располагается электромагнитное ограничивающее устройство 40, предупреждающее вытекание расплавленного металла через открытый конец 36 пространства 35.
Имеется ряд вариантов осуществления магнитного ограничивающего устройства 40, соответствующего настоящему изобретению. Один из таких вариантов, обозначенный в целом поз. 50 на фиг. 4 - 5, описывается ниже. Магнитное ограничивающее устройство 50 содержит первый проводник магнитного потока 51, имеющий относительно широкую верхнюю часть 52, расположенную напротив верхней части 41 массы расплавленного металла 38 (фиг. 2), когда последняя находится на своей максимальной высоте. Широкая верхняя часть 52 первого проводника магнитного потока 51 образует относительно широкий воздушный зазор 53. Второй проводник магнитного потока 55 расположен ниже первого проводника магнитного потока 51 и образует направленное вниз продолжение последнего. Второй проводник магнитного потока 55 имеет относительно узкую часть 56, расположенную возле нижней части 42 массы расплавленного металла 38 в зазоре 37, и образует относительно узкий воздушный зазор 57.
В относительно широком воздушном зазоре 53, образованном широкой верхней частью 52 первого проводника магнитного потока, расположен третий проводник магнитного потока 59.
Первый проводник магнитного потока 51 содержит соединительную часть 65, от которой вниз отходит пара разнесенных выступающих частей 61, 62, каждая из которых заканчивается соответственной поверхностью из пары разнесенных поверхностей 63, 64.
Второй проводник магнитного потока 55 содержит пару разнесенных выступающих частей 66, 67 (фиг. 4), соединенных соединительной частью (не показана), каждая из которых заканчивается соответственной поверхностью из пары разнесенных поверхностей 68, 69 (фиг. 4). Выступающие части и соединительная часть второго проводника магнитного потока составляют одно целое соответственно с выступающими частями и соединительной частью первого проводника магнитного потока 51 и представляют собой направленные вниз их продолжения.
Третий проводник магнитного потока 59 содержит пару разнесенных выступающих частей 71, 72, соединенных соединительной частью 75 и заканчивающихся соответственной из пары разнесенных поверхностей 73, 74, расположенных вблизи и обращенных к верхней части 41 массы расплавленного металла 38. Соединительная часть 75 и выступающие части 71, 72 третьего проводника магнитного потока 59 отделены от соединительной части и выступающих частей первого и второго проводников магнитного потока 51, 55 соответственно. Выступающие части и соединительная часть третьего проводника магнитного потока 59 заканчиваются внизу выше того уровня, где заканчиваются выступающие части и соединительная часть второго проводника магнитного потока 55 (фиг. 4).
Разнесенные поверхности 73, 74 третьего проводника магнитного потока 59 расположены в широком воздушном зазоре 53, образованном между разнесенными поверхностями 63, 64 первого проводника магнитного потока 51, и, как отмечалось выше, разнесенные поверхности третьего проводника магнитного потока расположены вблизи и обращены к верхней части 41 массы расплавленного металла 38.
Разнесенные поверхности трех проводников магнитного потока образуют наконечники магнитных полюсов. Наконечники магнитных полюсов 63, 64 и 68, 69 первого и второго проводников магнитного потока расположены непосредственно напротив соответственных частей 44 и 43 внешних окружностей литейных валков 32 и 31 и обращены к ним (фиг. 2).
Как отмечалось выше, магнитное давление является функцией магнитного поля (В), а ток, требующийся для создания достаточного магнитного давления, чтобы ограничивать массу расплавленного металла, изменяется с глубиной массы расплавленного металла и шириной воздушного зазора (lg) в соответствии с уравнением В = kNI/lg. Это графически отображено на фиг. 20, где построен график NI (числа витков катушки • ток), выраженного в процентах от NI, требующегося на глубине 25% от поверхности расплавленного металла, в зависимости от глубины расплавленного металла. Для данной катушки, имеющей данное число витков (N), ток (I), требующийся для создания магнитного давления, достаточного для удержания расплавленного металла, максимален на глубине около 25% глубины расплавленного металла ниже его поверхности, в месте, где воздушный зазор относительно широк. На больших глубинах воздушный зазор сужается, тем самым уменьшая ток, требующийся для создания достаточного магнитного давления, чтобы удерживать расплавленный металл. На меньших глубинах воздушный зазор несколько шире, но ферромагнитное давление резко падает. В соответствии с настоящим изобретением, в варианте его осуществления, показанном на фиг. 4 - 5, создается требуемое магнитное давление на различных глубинах массы расплавленного металла, как это будет описано ниже.
Катушка 80 намотана вокруг общей соединительной части 65 первого и второго проводников магнитного потока 51, 55 (фиг. 5). Катушка 80 обеспечивает изменяющийся во времени электрический ток (переменный ток) в электромагнитной связи со вторым проводником магнитного потока 55. При этом в области более низко расположенного и более узкого воздушного зазора 57 (фиг. 4) создается горизонтальное магнитное поле, достаточное для электромагнитного ограничения нижней части 42 массы расплавленного металла 38 в зазоре 37 между валками и выше (фиг. 2), когда расплавленный металл 38 имеет максимальную высоту.
Катушка 80 обеспечивает также переменный во времени электрический ток в электромагнитной связи с первым проводником магнитного потока 51. Этот переменный во времени электрический ток создает в области относительно широкого воздушного зазора 53 горизонтальное магнитное поле, содержащее магнитный поток.
Катушка 81 намотана вокруг соединительной части 75 третьего проводника магнитного потока 59 (фиг. 5). Катушка 81 обеспечивает переменный во времени электрический ток в электромагнитной связи с третьим проводником магнитного потока 59 и при этом в области относительно широкого воздушного зазора 53 создается дополнительный магнитный поток, который усиливает по крайней мере часть магнитного потока, создаваемого первым проводником магнитного потока 51 и связанной с ним катушкой 80.
Ток в катушках 80, 81 течет в направлении стрелок на катушках. Магнитные силовые линии, создаваемые первым и третьим проводниками магнитного потока 51 и 59, показаны на фиг. 5 поз. 76 и 77 соответственно.
Поток 76 течет снаружи от поверхности 73 на третьем проводнике магнитного потока 59 к поверхности 74 на нем, а затем внутри через третий проводник магнитного потока обратно к поверхности 73. Поток 76 также течет снаружи от поверхности 73 к поверхности 63 на первом проводнике магнитного потока 51, затем внутри через первый проводник магнитного потока к поверхности 64 на нем, затем снаружи к поверхности 74 на третьем проводнике магнитного потока 59 и затем внутри через третий проводник магнитного потока к поверхности 73 на нем.
Поток 77 течет снаружи от поверхности 63 на первом проводнике магнитного потока 51 к поверхности 64 на нем, а затем внутри через первый проводник магнитного потока обратно к поверхности 63 на нем. Поток 77 течет также снаружи от поверхности 63 к поверхности 73 на третьем проводнике магнитного потока 59, затем внутри через третий проводник магнитного потока к поверхности 74 на нем, затем снаружи к поверхности 64 на первом проводнике магнитного потока 51 и затем внутри через первый проводник магнитного потока обратно к поверхности 63 на нем.
Первый и третий проводники магнитного потока 51 и 59 и связанные с ними катушки 80 и 81, взаимодействуя, образуют в области относительно широкого воздушного зазора 53 горизонтальное магнитное поле, ограничивающее массу расплавленного металла в его верхней части 41 (например, на глубине примерно 25% от верхней поверхности расплавленного металла), когда расплавленный металл имеет максимальную высоту.
При функционировании устройства переменный во времени ток, протекающий через катушку 80, регулируется таким образом, чтобы добиться ограничения нижней части 42 массы расплавленного металла, а переменный во времени ток, протекающий через катушку 81, регулируется таким образом, чтобы добиться ограничения верхней части 41 массы расплавленного металла. Ток, протекающий через катушки 80, 81 можно далее отрегулировать (тонко настроить) таким образом, чтобы оптимизировать ограничивающее поле, создаваемое в области относительно широкого воздушного зазора 53 возле верхней части 41 массы расплавленного металла.
В некоторых вариантах электромагнитного ограничивающего устройства 50 токи, протекающие через катушки 80, 81 могут совпадать по фазе; в других вариантах ток, протекающий через одну из этих катушек (например, катушку 80) может быть сдвинут по фазе относительно тока, протекающего через другую катушку (например, катушку 81).
Примеры электрических схем для получения синфазного режима и режима со сдвигом фаз показаны на фиг. 21 и 22 соответственно. Направление тока на фиг. 21 и 22 показано стрелками. На фиг. 21 и 22 катушки 80 и 81 присоединены последовательно к источнику питания звуковой частоты 101, а конденсаторный блок 102 подключен параллельно последовательности катушек 80, 81. В схеме на фиг. 21 ток в катушке 80 совпадает по фазе с током в катушке 81. На фиг. 22 параллельно катушке 81 подключен резистор 103 и ток в катушке 80 сдвинут по фазе относительно тока в катушке 81. Сдвиг фаз можно регулировать, меняя сопротивление резистора 103.
В вариантах электромагнитного ограничивающего устройства 50, имеющих электрические схемы, показанные на фиг. 21 и 22, катушки 80 и 81 питаются от одного и того же источника 101. В других вариантах электромагнитного устройства 50 катушки 80, 81 могут получать питание каждая от своего источника.
Регулировку тока и фазового сдвига можно использовать для изменения топографии магнитного поля. Топография магнитного поля, о которой идет здесь речь, - это распределение интенсивности магнитного поля (В) между электромагнитным ограничивающим устройством (например, 50) и массой расплавленного металла 38, в направлении по ширине массы расплавленного металла 38.
Третий проводник магнитного потока и приданная ему катушка (или часть катушки) помогают формировать топографию магнитного поля в верхней части 41 массы расплавленного металла (т.е. в области широкого воздушного зазора 53).
Ограничение расплавленного металла с помощью электромагнитного ограничивающего устройства 50 достигается без применения каких-либо функциональных механических средств для ограничения массы расплавленного металла 38 на открытом конце 36 пространства между литейными валками 31, 32.
Второй проводник магнитного потока обеспечивает возвратный путь с низким магнитным сопротивлением для горизонтального магнитного поля, создаваемого в области узкого воздушного зазора 57. Первый и третий проводники магнитного потока 51, 59 обеспечивают возвратные пути с низким магнитным сопротивлением для горизонтального магнитного поля, создаваемого в области широкого воздушного зазора 53.
За исключением поверхностей, обращенных к массе расплавленного металла, каждый из проводников магнитного потока 51, 55 и 59 окружен немагнитным электропроводящим материалом. В частности, как показано на фиг. 4 - 5, третий проводник магнитного потока 59 окружен на его внутренних и внешних поверхностях немагнитным электропроводящим материалом (или экраном) 93, отделенным от поверхностей третьего проводника магнитного потока 59 тонкими пленками электроизолирующего материала (не показаны). Первый и второй проводники магнитного потока 51 и 55 аналогичным образом окружены немагнитным электропроводящим экраном 94, отделенным от поверхностей проводников магнитного потока тонкими пленками электрической изоляции (не показаны). Как будет более подробно обсуждаться ниже, между каждым экраном 93, 94 и соответственным проводником (проводниками) магнитного потока имеется по крайней мере один воздушный зазор, не позволяющий экрану действовать как закороченный виток для потока в проводнике.
Между выступающими частями 71, 72 третьего проводника магнитного потока 59 расположен немагнитный электропроводящий элемент 84. Между выступающими частями 61, 62 первого проводника магнитного потока 51 и выступающими частями 71, 72 третьего проводника магнитного потока 59 расположена раздвоенная верхняя часть 91 немагнитного электропроводящего элемента 85, нижняя часть которого расположена между выступающими частями 66, 67 второго проводника магнитного потока 55 (фиг. 4). Проводящий элемент 84 имеет прямоугольное горизонтальное поперечное сечение; он имеет сужающуюся книзу фронтальную поверхность 79 и расположен между выступающими частями 66, 67 второго проводника магнитного потока 55 (фиг. 4). Проводящий элемент 84 имеет прямоугольное горизонтальное поперечное сечение; он имеет сужающуюся книзу поверхность 79, обращенную к массе расплавленного металла 38 (фиг. 4), и расположен между выступающими частями 71, 72 третьего проводника магнитного потока 79. Каждая выступающая часть раздвоенной верхней части 91 проводящего элемента 85 имеет прямоугольное горизонтальное поперечное сечение. Нижняя часть 92 проводящего элемента 85 имеет прямоугольное горизонтальное поперечное сечение и дугообразно сужающуюся книзу фронтальную поверхность 90, обращенную к нижней части 42 массы расплавленного металла 38. Проводящие элементы 84 и 85 полые и могут иметь жидкостное охлаждение обычного типа.
За исключением поверхностей, обращенных к массе расплавленного металла 38, а также обозначенных иным образом, практически все внутренние и внешние поверхности проводников магнитного потока 51, 55 и 59 прилегают к поверхности немагнитных электропроводящих экранов 93 или 94; между ними проложена лишь тонкая пленка электрической изоляции (не показана).
Как показано на фиг. 5, между проводящим элементом 84 и соединительной частью 75 третьего проводника магнитного потока 59 имеется воздушное пространство 98 прямоугольного горизонтального поперечного сечения. Между третьим проводником магнитного потока 59 и первым проводником магнитного потока 51, позади верхней части 91 проводящего элемента 85, имеется воздушное пространство U-образного горизонтального поперечного сечения. Между нижней частью 90 проводящего элемента 85 и вторым проводником магнитного потока 55 имеется воздушное пространство (не показано) прямоугольного горизонтального поперечного сечения.
Как показано на фиг. 4, экран 93 имеет верхнюю часть 87, расположенную поверх и накрывающую выступающие части 71, 72 и соединительную часть 75 третьего проводника магнитного потока 59. Между верхней частью 87 и верхней поверхностью третьего проводника магнитного потока 51 имеется воздушный зазор 104. Экран 94 имеет верхнюю часть 88, расположенную на некотором расстоянии выше выступающих частей 61, 62 и соединительной части 65 первого проводника магнитного потока 51 и накрывающую их. Между верхней частью 88 и верхней поверхностью первого проводника магнитного потока 51 имеется воздушный зазор 105. Экран 94 имеет также нижнюю часть 89, лежащую под выступающими частями 66, 67 и соединительной частью второго проводника магнитного потока 55. Между нижней частью 89 и нижней поверхностью второго проводника магнитного потока 55 может иметься воздушный зазор (не показан). Далее экран 94 содержит передние пластинки 86 (фиг.4), расположенные слева и справа соответственно (на фиг. 4) от разнесенных поверхностей 63/68 и 64/69 на первом и втором проводниках магнитного потока 51, 55. Там, где требуется, проложены соответствующие изолирующие пленки (не показаны), предупреждающие электрические замыкания между проводниками магнитного потока и частями экрана 93, 94, описанными выше в этом абзаце.
Как отмечалось выше, первый, второй и третий проводники магнитного потока обеспечивают возвратные пути с низким магнитным сопротивлением для горизонтальных магнитных полей, создаваемых электромагнитным ограничивающим устройством 50. Немагнитные электропроводящие экраны 93, 94 и элементы 84 и 85 ограничивают ту часть магнитного поля, которая находится вне возвратного пути с низким магнитным сопротивлением, пределами воздушного зазора, в котором создается поле.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5, разнесенные поверхности 73, 74 на третьем проводнике магнитного потока 59, фронтальная поверхность 79 на проводящем элементе 84 и разнесенные поверхности 63, 64 на первом проводнике магнитного потока 51 лежат в одной вертикальной плоскости. В модификации этого варианта, показанной на фиг. 5a, третий проводник магнитного потока 59 имеет сходящиеся в направлении назад разнесенные поверхности 73a, 74a, а проводящий элемент 84 имеет вдвинутую назад переднюю поверхность 79a.
Во всех вариантах осуществления настоящего изобретения проводники магнитного потока выполнены из материала, который обычно используется для таких целей (например, ламинаты кремнистой электротехнической стали с составом, который обычно применяется в электромагнитной технике, или высокотемпературный феррит).
В варианте, показанном на фиг. 4 - 5, первый и второй проводники магнитного потока 51, 55 физически связаны с одной катушкой 80, а третий проводник магнитного потока 59 физически связан с другой катушкой 81. Возможен и альтернативный вариант: можно использовать единственную катушку 82 (фиг. 6), намотанную как вокруг соединительной части 75 третьего проводника магнитного потока 59, так и вокруг соединительной части 65 первого и второго проводников магнитного потока 51, 55. В остальных отношениях вариант, показанный на фиг. 6, идентичен по конструкции варианту, показанному на фиг. 4-5. В процессе работы ток, идущий через катушку 82, регулируют таким образом, чтобы добиться ограничения расплавленного металла 38 в его верхней и нижней частях 81, 82. Поскольку здесь имеется только одна катушка, регулировка фазового сдвига и другие виды регулировки, возможные в двухкатушечной конструкции, показанной на фиг. 4 - 5, невозможны в конструкции с одной катушкой, показанной на фиг. 6.
Магнитные силовые линии, создаваемые первым и третьим проводниками магнитного потока в варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 6, показаны поз. 76, 77 соответственно.
Магнитный поток 76 течет снаружи от поверхности 73 на третьем проводнике магнитного потока 59 к поверхности 74 на нем и затем внутри через третий проводник магнитного потока обратно к поверхности 73. Поток 76 течет также снаружи от поверхности 73 к поверхности 63 на первом проводнике магнитного потока 51, затем внутри через первый проводник магнитного потока к поверхности 64 на нем, затем снаружи к поверхности 74 на третьем проводнике магнитного потока 59, а затем внутри через третий проводник магнитного потока к поверхности 73 на нем.
Магнитный поток 77 течет снаружи от поверхности 63 на первом проводнике магнитного потока 51 к поверхности 64 на нем, а затем внутри через первый проводник магнитного потока обратно к поверхности 63 на нем. Поток 77 течет также снаружи от поверхности 63 к поверхности 73 на третьем проводнике магнитного потока 59, затем внутри через третий проводник магнитного потока к поверхности 74 на нем, затем снаружи к поверхности 64 на первом проводнике магнитного потока 51, а затем внутри через первый проводник магнитного потока обратно к поверхности 63 на нем.
На фиг. 8 показана модификация однокатушечной конструкции, представленной на фиг. 6. Катушка 82 на фиг. 8 имеет пару внешних частей 82a, 82b, связанных только с первым и вторым проводниками магнитного потока 51, 55, и среднюю часть 82c, связанную с третьим проводником магнитного потока 59. За исключением различий в катушке 82, варианты, представленные на фиг. 6 и 8, идентичны по конструкции и действие их одинаково.
Еще один вариант электромагнитного ограничивающего устройства показан на фиг. 7, где он обозначен в целом 150. В этом варианте соединительная часть третьего проводника магнитного потока 159 составляет одно целое с соединительной частью 65 первого проводника магнитного потока, имеющего пару выступающих частей 61, 62, отходящих от соединительной части 65 и заканчивающихся разнесенными поверхностями 63, 64 соответственно. Между выступающими частями 61, 62 расположена пара выступающих частей 71, 72 третьего проводника магнитного потока. Выступающие части 71, 72 отходят от соединительной части 65 и заканчиваются разнесенными поверхностями 73, 74.
Второй проводник магнитного потока в устройстве 150 имеет пару разнесенных выступающих частей и соединительную часть, которые представляют собой направленные вниз продолжения выступающих частей 61, 62 и соединительной части 65 первого проводника магнитного потока 151. Как и в вариантах, показанных на фиг. 4 - 6 и 8, выступающие части 71, 72 на третьем проводнике магнитного потока заканчиваются внизу выше нижних концов выступающих частей второго проводника магнитного потока. Между выступающими частями 71, 72 третьего проводника магнитного потока 159 находится немагнитный электропроводящий элемент 84.
Между выступающими частями 61, 62 первого проводника магнитного потока 151 и выступающими частями 71, 72 третьего проводника магнитного потока 159 находится раздвоенная верхняя часть 91 немагнитного электропроводящего элемента 85, нижняя часть которого расположена между выступающими частями 66, 67 второго проводника магнитного потока 55. В варианте, показанном на фиг. 7, проводящий элемент 85 идентичен по конструкции проводящему элементу 85 в вариантах, показанных на фиг. 4 - 6 и 8.
Внутренние и внешние поверхности соединительной части 65, выступающих частей 61, 62 и выступающих частей 71, 72 проводников магнитного потока устройства 150 окружены немагнитными электропроводящими экранами 193, 194, отделенными от проводников магнитного потока тонкими пленками электрической изоляции (не показаны). Электропроводящие элементы 84, 85 и экраны 193, 194 в устройстве 150 на фиг. 7 выполняют те же функции, что и проводящие элементы 84, 85 и экраны 93, 94 в устройстве 50 на фиг. 4 - 6 и 8. Между экранами 193, 194 и проводниками магнитного потока имеются воздушные зазоры. Эти воздушные зазоры аналогичны по конструкции и функции воздушным зазорам между экранами 93, 94 и соответствующим проводником магнитного потока в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4 -6 и 8 и обсуждавшемся выше.
Все поверхности трех проводников магнитного потока в устройстве 150 окружены немагнитным электропроводящим материалом, за исключением разнесенных поверхностей 63, 64 на первом и втором проводниках магнитного потока 151, 155 и разнесенных, обращенных к расплавленному металлу поверхностей 73, 74 на третьем проводнике магнитного потока 159.
В устройстве 150 применяется одна катушка 83, связанная со всеми тремя проводниками магнитного потока устройства 150. Катушка 83 имеет центральную обмотку 95 и пару внешних обмоток 96, 97, каждая из которых окружает соединительную часть 65 проводников магнитного потока.
Магнитные силовые линии, создаваемые обмотками 95, 96, 97, показаны на фиг. 7 поз. 195, 196 и 197 соответственно. Магнитный поток в устройстве 150 является как внешним, между поверхностями проводников магнитного потока 151/155, так и внутренним, через выступающие части 61, 62, 71, 72 и соединительную часть 65 проводников магнитного потока 151/155. Поток 196 течет снаружи от поверхности 63 к каждой из поверхностей 73, 74 и 64, а затем течет внутри обратно к поверхности 63; поток 195 течет снаружи от поверхностей 63 и 64 к каждой из поверхностей 74 и 64, а затем внутри к поверхностям 63 и 73; поток 197 течет снаружи от каждой из поверхностей 63, 73, 74 к поверхности 64, а затем внутри к поверхностям 63, 73, 74.
На фиг. 17 - 19 показано электромагнитное ограничивающее устройство 310, в некоторых отношениях аналогичное устройству 150, представленному на фиг. 7, но отличающемуся от него главным образом тем, что в нем применяются три катушки вместо одной, применяемой в устройстве 150. Здесь имеются две внешние катушки 311, 313, физически связанные с первым и вторым проводниками магнитного потока 351, 355, и средняя катушка 312, физически связанная с третьим проводником магнитного потока 359. Первый проводник магнитного потока 351 содержит пару выступающих частей 361, 362, отходящих от соединительной части 365 и заканчивающихся разнесенными поверхностями 363, 364 соответственно. Второй проводник магнитного потока имеет пару выступающих частей и соединительную часть, которые являются направленными вниз продолжениями выступающих частей 361, 362 и соединительной части 365 первого проводника магнитного потока 351. Внешняя катушка 311 намотана вокруг выступающей части 361, а внешняя катушка 313 намотана вокруг выступающей части 362.
Третий проводник магнитного потока 355 имеет пару выступающих частей 371, 372, отходящих от верхней части 370 соединительной части 365 и заканчивающихся разнесенными поверхностями 373, 374, обращенными к массе расплавленного металла 38. Средняя катушка 312 обернута вокруг верхней части 370 и проходит через паз 378 в соединительной части 365 (фиг. 19). Немагнитные проводящие элементы 385, 384, 386 располагаются между выступающими частями 361, 371, 372, 362 проводников магнитного потока (фиг. 17). Немагнитные металлические экраны 393, 394 окружают поверхности выступающих частей и соединительной части проводников магнитного потока, как и в других вариантах устройства, обсуждавшихся выше. Тонкие изолирующие пленки (не показаны) проложены между экранами и прилегающими к ним поверхностями проводников магнитного потока во избежание электрического замыкания.
На фиг. 18 показана немагнитная металлическая пластина 391 (например, медная), которая покрывает спереди электромагнитное устройство 310, за исключением разнесенных поверхностей 363, 364 и 373, 374 на выступающих частях проводника магнитного потока. Пластина 391 заходит выше и ниже проводников магнитного потока и помогает формировать магнитное поле. От верха пластины 391 сделаны пазы 399, которые препятствуют протеканию в пластине 391 вихревых токов, вызываемых магнитным потоком в третьем проводнике магнитного потока 359.
Магнитные силовые линии, создаваемые устройством 310, показаны пунктирами и стрелками на фиг. 17. Магнитный поток течет снаружи от поверхности 363 к поверхностям 373, 374 и 364; магнитный поток течет также снаружи от поверхности 373 к поверхностям 374 и 364 и от поверхности 374 к поверхности 364. Магнитный поток течет внутри от поверхности 364 к поверхностям 363, 373 и 374; магнитный поток также течет внутри от поверхности 374 к поверхностям 363 и 373 и от поверхности 373 к поверхности 363.
На фиг. 12-16 показан вариант электромагнитного ограничивающего устройства 110, в котором применяется катушка, расположенная в относительной близости от массы расплавленного металла. В этом варианте одна часть катушки имеет фронтальную поверхность, которая: (а) обращена к открытому концу 36 пространства 35 между литейными валками 31, 32 (фиг. 3), и (b) расположена достаточно близко к открытому концу 36, чтобы было возможно непосредственное генерирование горизонтального магнитного поля, проходящего через открытый конец 36 к массе расплавленного металла 38.
Устройство 110 содержит первый, второй и третий проводники магнитного потока 111, 112 и 113 соответственно, конструкция каждого из которых соответствует конструкции первого, второго и третьего проводников магнитного потока в вариантах устройства, представленных на фиг. 4 - 6 и 8.
Первый проводник магнитного потока 111 содержит пару разнесенных выступающих частей 115, 116, отходящих от соединительной части 119, каждая из которых заканчивается соответственной из пары разнесенных торцевых поверхностей 117, 118, обращенных в сторону массы расплавленного металла 38 и расположенных непосредственно напротив частей 43 и 44 окружности литейных валков 32 и 31 (фиг. 2). Второй проводник магнитного потока 112 имеет соединительную часть, пару выступающих частей и пару разнесенных торцевых поверхностей, которые являются продолжениями вниз выступающих частей, соединительной части и разнесенных поверхностей первого проводника магнитного потока 111. Третий проводник магнитного потока 113 содержит пару разнесенных выступающих частей, отходящих от соединительной части 125, каждая из которых заканчивается соответственной поверхностью из пары разнесенных обращенных к массе расплавленного металла торцевых поверхностей 123, 124. Разнесенные поверхности 117, 118 на первом проводнике магнитного потока 111 расположены напротив частей 44, 43 окружности литейных валков соответственно (фиг. 2) вблизи верхней части 41 массы расплавленного металла 38 (фиг. 2); кроме того, вблизи верхней части массы расплавленного металла находятся разнесенные поверхности 123, 124 третьего проводника магнитного потока 113. Разнесенные торцевые поверхности на втором проводнике магнитного потока 112 расположены напротив частей окружности 43, 44 литейных валков вблизи нижней части 42 массы расплавленного металла 38 (фиг. 2).
Торцевые поверхности второго проводника магнитного потока 112 являются продолжениями вниз концевых поверхностей 117, 118 первого проводника магнитного потока 111. Соединительная часть 125 и выступающие части 121, 122 третьего проводника магнитного потока 113 отделены от соединительной части и выступающих частей первого и второго проводников магнитного потока 111, 112. Соединительная часть 125 и выступающие части 121, 122 третьего проводника магнитного потока 112 заканчиваются внизу выше того уровня, где заканчиваются выступающие части и соединительная часть второго проводника магнитного потока 112.
Устройство 110 содержит первую часть катушки 126, расположенную перед соединительной частью 125 третьего проводника магнитного потока 113 и между выступающими частями 121, 122 третьего проводника магнитного потока 113. Первая часть катушки 126 в горизонтальном сечении полая, прямоугольная и по вертикали имеет одинаковую протяженность с первым и вторым проводниками магнитного потока 111, 112. Первая часть катушки 126 имеет фронтальную поверхность 127, которая: (а) обращена к открытому концу 36 пространства 35 между литейными валками 31, 32 (фиг. 3) и (b) расположена достаточно близко к открытому концу 36, так что, когда через первую часть катушки 126 протекает ток, непосредственно генерируется горизонтальное магнитное поле, проходящее через открытый конец 36 к массе расплавленного металла 38 (фиг. 2). Фронтальная поверхность 127 имеет верхнюю часть 143, которая дугообразно сужается книзу между разнесенными, обращенными к массе расплавленного металла поверхностями 123, 124 на третьем проводнике магнитного потока 113.
С первой частью катушки 126 электрически соединена полая вторая часть катушки 120, имеющая соединительную часть 130, от которой отходит пара разнесенных выступающих частей 128, 129. Соединительная часть 130 расположена между соединительной частью 125 третьего проводника магнитного потока 113 и соединительной частью 119 первого и второго проводников магнитного потока 11, 112. Выступающая часть 128 второй части катушки 120 расположена между выступающей частью 121 третьего проводника магнитного потока 113 и выступающей частью 115 первого и второго проводников магнитного потока 111, 112. Выступающая часть 129 второй части катушки 120 расположена между выступающей частью 122 третьего проводника магнитного потока 113 и выступающей частью 116 первого и второго проводников магнитного потока 111, 112. Выступающие части 128, 129 и соединительная часть 130 второй части катушки 120 имеют одинаковую протяженность по вертикали с выступающими частями и соединительной частью первого и второго проводников магнитного потока 111, 112. Первая часть катушки 126 расположена между разнесенными выступающими частями 121, 122 третьего проводника магнитного потока 113 и имеет одинаковую протяженность по вертикали с выступающими частями 128, 129 и соединительной частью 130 второй части катушки 120. Первая и вторая части катушки 126, 130 соединены закорачивающим элементом 131, который проходит между первой частью катушки 126 и соединительной частью 130 второй части катушки на нижнем конце каждого из этих элементов (фиг. 13 и 15). Между прилегающими друг к другу поверхностями первой части катушки 126 и нижней частью выступающих частей 128, 129 второй части катушки 120 проложены тонкие пленки электрической изоляции (не показаны). Пленки электрической изоляции предотвращают короткое замыкание между первой и второй частями катушки. Единственным электрическим соединением между двумя частями катушки является замыкающий элемент 131, о котором говорилось выше.
Третья часть катушки 132, имеющая пару выступающих частей 137, 138, соединенных соединительной частью 139, расположена снаружи первого и второго проводников магнитного потока 111, 112 и имеет одинаковую с ними протяженность по вертикали. Третья часть катушки 132 электрически соединена со второй частью катушки 120 замыкающим элементом 136, проходящим между низом соединительного элемента 130 второй части катушки 120 и низом соединительной части 130 третьей части катушки 132 (фиг. 15).
Обратимся теперь к фиг. 12 и 16. При функционировании устройства ток от источника тока 145 (фиг. 16) течет вниз через первую часть катушки 126, через замыкающий элемент 131 (фиг. 15) к второй части катушки 120, затем вверх через вторую часть катушки 120 и обратно к источнику тока 145. Ток от другого источника тока 146 течет вниз через вторую часть катушки 120, через замыкающий элемент 136 (фиг. 15) к третьей части катушки 132, затем вверх через третью часть катушки 132 и обратно к источнику тока 146.
Ток, текущий через первую и вторую части катушки 126 и 120 (от источника тока 145), непосредственно создает магнитное поле, содержащее магнитный поток, на открытом конце 36 пространства 35 между литейными валками. Ток, текущий через вторую и третью части катушки 120 и 132 (от источника тока 146), взаимодействует с первым и вторым проводниками магнитного потока 111, 112, создавая на открытом конце 36 дополнительный магнитный поток. Три проводника магнитного потока 111, 112, 113 обеспечивают возвратный путь с низким магнитным сопротивлением для магнитного потока, упомянутого выше в этом абзаце. Магнитные силовые линии, создаваемые первой и второй частями катушки 126, 120 (связанными с третьим проводником магнитного потока 113), показаны поз. 176 на фиг. 12, а магнитные силовые линии, создаваемые первой и третьей частями катушки 120, 132 (связанными с первым и вторым проводниками магнитного потока 111, 112), показаны поз. 177 на фиг. 12.
Магнитный поток 176 течет снаружи от поверхности 124 на третьем проводнике магнитного потока 113 к поверхности 123 на нем и затем внутри через третий проводник магнитного потока обратно к поверхности 124; магнитный поток 176 течет также снаружи от поверхности 124 к поверхности 118 на первом проводнике магнитного потока 111, затем внутри через первый проводник магнитного потока к поверхности 117 на нем, затем снаружи к поверхности 123 на третьем проводнике магнитного потока 113 и оттуда внутри через третий проводник магнитного потока обратно к поверхности 124.
Магнитный поток 177 течет снаружи от поверхности 118 на первом проводнике магнитного потока 111 к поверхности 117 на нем, а затем внутри через первый проводник магнитного потока обратно к поверхности 118. Магнитный поток 177 течет также снаружи от поверхности 118 к поверхности 124 на третьем проводнике магнитного потока 113, затем внутри через третий проводник магнитного потока к поверхности 123 на нем. Затем снаружи к поверхности 117 на первом проводнике магнитного потока 111 и внутри через первый проводник магнитного потока обратно к поверхности 118 на нем. Источники тока 145 и 146 (фиг. 16) соединены с соответственными частями катушек 126, 120 и 132 электрическими соединениями обычной конструкции.
Как показано на фиг. 12, первая часть катушки 126, помимо фронтальной поверхности 127, имеет поверхности 133, 134 и 135. Третий проводник магнитного потока 113 охватывает поверхности 133, 134 и 135 в широкой верхней части устройства 110 и уменьшает переменный во времени электрический ток, текущий по другим поверхностям части катушки 126, кроме ее фронтальной поверхности 127, в широкой верхней части устройства, тем самым концентрируя ток на фронтальной поверхности 127.
Части катушки 126, 120 и 132 электрически изолированы от проводников магнитного потока 111, 112 и 113 тонкими пленками электрической изоляции (не показаны), проложенными между поверхностями частей катушки и проводников магнитного потока.
Части катушки обычно выполнены из меди, они полые и имеют средства (не показаны), обеспечивающие циркуляцию охлаждающей жидкости через полые внутренние пространства частей катушки.
Как показано на фиг. 13, третий проводник магнитного потока 113 расположен между первой частью катушки 126 и выступающими частями 128, 129 и соединительной частью 130 второй части катушки 120, которые, как отмечалось выше, выполнены из немагнитного электропроводящего материала, (например, меди). Первый проводник магнитного потока 111 и образующий его продолжение вниз второй проводник магнитного потока 112 расположены между второй частью катушки 120 и выступающими частями 137, 138 и соединительной частью 139 третьей части катушки 132, которая также выполнена из немагнитного электропроводящего материала. Единственными частями проводников магнитного потока, которые не окружены немагнитным электропроводящим материалом, являются (i) разнесенные поверхности 117, 118 на первом проводнике магнитного потока 111 (и его продолжении вниз, составляющем второй проводник магнитного потока 112), и (ii) обращенные к массе расплавленного металла разнесенные поверхности 123, 124 на третьем проводнике магнитного потока 113. Как указывалось выше, три проводника магнитного потока обеспечивают возвратный путь с низким магнитным сопротивлением для магнитного поля, создаваемого системой катушки. Немагнитные электропроводящие элементы, а именно части катушки 126, 120 и 132 ограничивают ту часть магнитного поля, которая находится вне своего возвратного пути с низким магнитным сопротивлением, пределами открытого конца 36 пространства 35 между двумя литейными валками (фиг. 3).
Как показано на фиг. 14-15, третья часть катушки 132 содержит верхнюю крышку 140, лежащую поверх и приподнятую над выступающими частями 115, 116 и соединительной частью 119 первого проводника магнитного потока 111. Нижняя часть 141 третьей части катушки 132 лежит под выступающими частями и соединительной частью первого проводника магнитного потока 111 и отделена от них тонкой пленкой электрической изоляции (не показана). Верхняя крышка 142 на второй части катушки 120 лежит поверх и приподнята над выступающими частями 121, 122 и соединительной частью 125 третьего проводника магнитного потока 113. Детали 140, 141 и 142 частей катушки 132 и 120 помогают ограничивать ту часть магнитного поля, создаваемого системой катушки, которая находится вне возвратного пути с низким магнитным сопротивлением, образуемого проводниками магнитного потока 111, 112 и 113, пределами открытого конца 36 пространства 35 между литейными валками 31, 32 (фиг. 3).
На фиг. 9-11 показан вариант электромагнитного ограничивающего устройства, обозначенный в целом 210 и имеющий конструкцию, соответствующую настоящему изобретению. Устройство 210 содержит первый и второй проводники магнитного потока 211, 212, соответственно. Первый проводник магнитного потока 211 содержит пару разнесенных выступающих элементов 215, 216, отходящих от соединительного элемента 219 и заканчивающихся парой разнесенных торцевых поверхностей 217, 218, соответственно, каждая из которых обращена к массе расплавленного металла 38. Выступающие части и соединительная часть второго проводника магнитного потока 212 составляют единое целое с выступающими частями и соединительной частью, соответственно, первого проводника магнитного потока 211 и представляют собой направленные вниз продолжения выступающих частей и соединительной части первого проводника магнитного потока.
Третий проводник магнитного потока 213 содержит пару разнесенных выступающих частей 221, 222, отходящих от соединительной части 225 и заканчивающихся парой обращенных к массе расплавленного металла разнесенных поверхностей 223, 224, соответственно. Соединительная часть 225 третьего проводника магнитного потока 213 составляет единое целое с соединительной частью первого проводника магнитного потока 211 и является ее частью. Выступающие части 221, 222 третьего проводника магнитного потока заканчиваются внизу выше уровня, где заканчиваются выступающие части второго проводника магнитного потока 212.
Устройство 210 содержит первую часть катушки 230, расположенную перед составляющими единое целое соединительными частями 225 и 219 проводников магнитного потока и имеющую одинаковую протяженность по вертикали с первым и вторым проводниками магнитного потока 211, 212. Первая часть катушки 230 состоит из средней части 226, имеющей фронтальную поверхность 227, и пары внешних частей 228, 229, имеющих соответственно фронтальные поверхности 241. 242. Все части катушки 226, 228 и 229 полые и имеют прямоугольное горизонтальное поперечное сечение. Верхняя секция средней части катушки 226 расположена между разнесенными выступающими частями 221, 222 третьего проводника магнитного потока 213. Верхняя секция внешней части катушки 228 расположена между выступающей частью 215 первого проводника магнитного потока 211 и выступающей частью 221 третьего проводника магнитного потока 213. Верхняя секция внешней части катушки 229 расположена между выступающей частью 216 первого проводника магнитного потока 211 и выступающей частью 222 третьего проводника магнитного потока 213. Внешние части катушки 228, 229 дугообразно сходятся книзу, к нижней секции средней части катушки 226. Нижние секции частей катушки 226, 228 и 229 электрически изолированы друг от друга тонкой пленкой электрической изоляции (не показана).
Как отмечалось выше, части катушки 226, 228 и 229 имеют соответственно фронтальные поверхности 227, 241 и 242, которые выполняют функцию, аналогичную функции фронтальной поверхности 127 первой части катушки 126 в устройстве 110. Когда через части катушки 226, 228 и 229 протекает переменный во времени электрический ток, достаточно близкое расположение фронтальных поверхностей 227, 241 и 242 к открытому концу 36 пространства 35 (фиг. 3) позволяет магнитному полю, непосредственно создаваемому этими частями катушки, проходить через открытый конец 36 к массе расплавленного металла 38 (фиг. 2). Проводники магнитного потока 211, 212 и 213 устройства 210 уменьшают переменный во времени ток, текущий по поверхности соответственной части катушки 226, 227 и 228, за исключением фронтальных поверхностей частей катушки 227, 241 и 242, тем самым концентрируя ток на каждой фронтальной поверхности.
Вторая часть катушки 232 расположена снаружи от первого и второго проводников магнитного потока 211, 212 и имеет одинаковую с ними протяженность по вертикали. Вторая часть катушки 232 содержит пару выступающих частей 237, 238, отходящих от соединительной части 239. Вторая часть катушки 232 электрически соединена с каждой из частей 226, 228 и 229 первой части катушки 230 на их нижних концах замыкающим элементом 231 (фиг. 9 и 11).
Ток от источника тока (не показан) обычно течет вниз через части 226, 228, 229 первой части катушки 230, затем через закорачивающий элемент 231, затем вверх через вторую часть катушки 232 и затем обратно к источнику тока через обычные электрические соединения и проводники (не показаны). В варианте, показанном на фиг. 9-11, закорачивающий элемент 231 соединяет все три части 226, 227 и 228 первой части катушки со второй частью катушки 232. В модификации этого варианта могут применяться три отдельных закорачивающих элемента, каждый из которых соединяет соответственную часть 226, 228, 229 первой части катушки 230 со второй частью катушки 232.
Во всех модификациях электромагнитного ограничивающего устройства 210 части 226, 228 и 229 первой части катушки и вторая часть катушки 232 действуют совместно, ограничивая ту часть магнитного поля, которая находится вне возвратного пути с низким магнитным сопротивлением, пределами открытого конца 36 пространства 35 между литейными валками 31, 32 (фиг. 3). Как отмечалось выше, возвратный путь с низким магнитным сопротивлением образован выступающими частями 215, 216 и соединительным элементом 219 первого и второго проводников магнитного потока 211, 212 и выступающими частями 221, 222 третьего проводника магнитного потока.
Магнитные силовые линии, создаваемые частями катушки 226, 228 и 229, показаны на фиг. 10 поз. 276, 278 и 279 соответственно. Магнитный поток 278, создаваемый частью катушки 228, течет снаружи от поверхности 223 на третьем проводнике магнитного потока 213 к поверхности 217 на первом проводнике магнитного потока и затем внутри через выступающую часть 215 и соединительную часть 219 первого проводника магнитного потока и выступающую часть 221 третьего проводника магнитного потока обратно к поверхности 223. Магнитный поток 276, создаваемый частью катушки 226, течет снаружи от поверхности 224 к поверхности 223 на третьем проводнике магнитного потока, а затем внутри через третий проводник магнитного потока обратно к поверхности 224; другой поток 276 течет от поверхности 224 к поверхности 217 на первом проводнике магнитного потока и затем внутри через выступающую часть 215, соединительные части 219 и 225 и выступающую часть 222 обратно к поверхности 224. Поток 279, создаваемый частью катушки 229, течет внутри и снаружи следующим образом: внешний поток протекает от поверхности 218 на первом проводнике магнитного потока 211 к поверхностям 223 и 224 на третьем проводнике магнитного потока 213 и к поверхности 217 на первом проводнике магнитного потока 211; внутренний поток протекает от поверхностей 223, 224 и 217 через соответственные выступающие части 221, 222 и 215 и через соединительные части 219 и 225 к выступающей части 216 и затем обратно к поверхности 218.
Тепловой экран 240 из тугоплавкого материала (показан на фиг. 10 и 11) установлен на передней части устройства 210 таким образом, что он располагается между устройством 210 и открытым концом 36 пространства 35 между литейными валками 31, 32 (фиг. 3). Тепловой экран 240 обычно имеет толщину около 2 мм; он расположен на некотором расстоянии наружу от открытого конца 36 пространства 35 и не действует как механический ограничитель. Во время нормальной работы литейной машины для литья протяженной полосы между тепловым экраном 240 и массой расплавленного металла 38 нет никакого контакта. Тепловой экран 240 является мерой предосторожности на случай перебоя в электроснабжении или другой неполадки в системе, которая может нарушить работу электромагнитного ограничивающего устройства 210. Экран из тугоплавкого материала, аналогичный экрану 240, может применяться с каждым из других вариантов осуществления электромагнитного ограничивающего устройства, соответствующего настоящему изобретению.
Как частично показано на фиг. 11, части катушки 226, 228 и 229 и вторая часть катушки 232 полые; все они выполнены из проводящего материала, например меди, и внутри них предусмотрены средства (не показаны) для циркуляции сквозь них охлаждающей жидкости.
На чертежах направление протекания тока в катушках с дальним расположением (на фиг. 5-8 и 17) обозначено стрелками на катушках, а в катушках с ближним расположением (фиг. 9-10 и 12-13) направление тока вверх обозначается точкой в кружке, а направление вниз - крестиком в кружке.
Приведенное выше подробное описание дано лишь для ясности понимания изобретения и из него не следует каких-либо ненужных ограничений и допускаются различные изменения, очевидные специалистам в данной области техники.
Реферат
Электромагнитное ограничивающее устройство применяется для ограничения расположенной вертикально массы расплавленного металла на открытом конце пространства между двумя вращающимися в противоположных направлениях литейными валками в машине для литья протяженной полосы. Устройство содержит три проводника магнитного потока, каждый из которых имеет пару разнесенных поверхностей, расположенных возле и обращенных в сторону массы расплавленного металла. Две такие поверхности первого проводника магнитного потока образуют относительно широкий воздушный зазор возле верхней части массы расплавленного металла, две такие поверхности второго проводника магнитного потока образуют относительно узкий воздушный зазор вблизи нижней части расплавленного металла в зазоре между литейными валками, а две обращенные к расплавленному металлу поверхности третьего проводника магнитного потока расположены между разнесенными поверхностями первого проводника магнитного потока в широком воздушном зазоре. Три проводника магнитного потока связаны с катушками, через которые протекает переменный во времени электрический ток, создавая в воздушных зазорах горизонтальные магнитные поля, которые ограничивают массу расплавленного металла на открытом конце пространства между литейными валками, 2 с. и 39 з.п.ф-лы, 22 ил.
