DD295035A5

DD295035A5 - Elektromagnetisches ventil

Info

Publication number: DD295035A5
Application number: DD90341223A
Authority: DD
Inventors: Jose Delot
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1991-10-17
Also published as: CA2062730C; FI93766B; OA09406A; EP0404618A1; IE80594B1; NO172309B; WO1990015279A1; JP2835649B2; ES2050395T3; CA2062730A1; DK0404618T3; CN1022344C; DE69005208D1; ZA904133B; BG60277B1; US5333646A; EG19830A; CS9002675A2; NO914698L; KR920701739A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil zum Steuern der Stroemung eines Metalles oder einer Metallegierung in fluessiger Phase in einem Stroemungskanal (13, 15), mit einem rohrfoermigen Koerper (1) aus einem diamagnetischen Material und einer mehrphasigen Feldwicklung * die um den rohrfoermigen Koerper angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das laengs der Laengsachse des rohrfoermigen Koerpers wandert. Das Ventil ist dadurch gekennzeichnet, dasz es einen Kern (5) enthaelt, der im rohrfoermigen Koerper (1) gehaltert ist, sich in Achsrichtung des rohrfoermigen Koerpers erstreckt und zwischen sich und der Innenwand des rohrfoermigen Koerpers einen im wesentlichen ringfoermigen Kanal fuer das fluessige Metall oder die fluessige Metallegierung bildet, deren Flieszen zu steuern ist. Fig. 1{elektromagnetisches Ventil; Stroemungskanal; mehrphasige Feldwicklung; (Ventil-)Kern; ringfoermiger (Durchflusz-)Kanal; fluessige Metallegierung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil zum Steuern des Fließens eines Metalles oder einer Metallegierung in flüssiger Phase in einem Strömungskanal, mit einem rohrförmigen Körper aus einem magnetfelddurchlässigen oder diamagnetischen Material und mindestens einer mehrphasigen Induktionswicklung um den rohrförmigen Körper zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das längs der Längsachse des rohrförmigen Körpers wandert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Auf dem Gebiet der Metallurgie, beispielsweise bei industriellen Gießeinrichtungen oder in Anlagen zum Überziehen von Eisenerzeugnissen mit einer Beschichtung aus Metall oder einer Metallegierung, wie Anlagen zur Feuerverzinkung und weiteren ähnlichen Anwendungen ist es erforderlich, das Ausströmen eines flüssigen Metalles oder einer flüssigen Metallegierung zu steuern, sei es daß das Metall oder die Metallegierung durch kontrollierte Temperaturerhöhung geschmolzen wurden oder daß sich das Metall oder die Metallegierung schon bei Umgebungstemperatur flüssig sind, wie es beispielsweise bei Quecksilber der Fall ist.

Zum Steuern des Ausfließens von flüssigem Metall oder flüssiger Metallegierung ist es bekannt, elektromechanisch^ oder hydromechanische Errichtungen zu verwenden, wie Stranggußdüsen mit Schiebern oder Stopfenstangen u.a.m. Diese Einrichtungen erfci dem erhebliche Investitionen und Kosten für Wartung und Instandhaltung, da sie bewegliche mechanische Elemente enthalten.

Es ist daher auch schon seit einiger Zeit bekannt, elektromagnetische Ventile zu verwenden, da keine beweglichen mechanischen Elemente zur Steuerung der Strömung eines Metalles oder einer Metallegierung in flüssiger Phase in einem Strömungskanal enthalten. Die elektromagnetischen Ventile dieses Typs arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip wie ein Linearmotor, wobei das Metall oder die Metallegierung, deren Strömung zu steuern ist, die Rolle des Ankers spielt. Diese elektromagnetischen Ventile enthalten eine mehrphasige Feldwicklung, die so angeordnet und elektrisch geschaltet ist, daß das von ihr erzeugte Magnetfeld entgegen der normalen Strömungsrichtung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung in dem Durchflußkanal wandert. Mit anderen Worten wird die magnetomotorische Kraft; die durch die mehrphasige Feldwicklung erzeugt wird, in einer Richtung auf das flüssige Metall im Durchflußkanal zur Einwirkung gebracht, die der Kraft infolge des hydrostatischen Druckes des flüssigen Metalles im Durchflußkanal entgegengesetzt gerichtet ist. Durch Steuern der Intensität des Stromes in der mehrphasigen Feldwicklung ist es möglich, den Durchsatz des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung im Strömungskanal zu steuern. Je größer die Intensität des Stromes in der mehrphasigen Feldwicklung ist, um so kleiner ist der Durchsatz des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung, die durch das elektromagnetische Ventil strömt. Theoretisch ist es durch Verwendung eines genügend starken Stromes möglich, die Strömung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung am Ventil anzuhalten. Die Stärke des Stromes, die zur Unterbrechung der Strömung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung erforderlich ist, ist jedoch verhältnismäßig groß und damit auch die elektrische Leistung, die

erforderlich ist, um das elektromagnetische Ventil in seiner „Schließstellung" zu halten, und es hat sich In der Praxis als schwierig erwiesen, ein völliges und sicheres Unterbrechen der Strömung des flüssigen Metalle oder der flüssigen Metallegierung zu erreichen.

Um eine vollständige Unterbrechung der Strömung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung zu erreichen, ist es bekannt, das Ausflußende des rohrförmigen Körpers des elektromagnetischen Ventils durch eine Querwand teilweise zu verschließen, welche eine bezüglich der Längsachse des rohrförmigen Körpers außeraxiale oder exzentrische Öffnung bildet. Wenn auch eine solche Anordnung eine vollständige Unterbrechung der Strömung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung ermöglicht, ist die Intensität des hierfür erforderlichen Stromes immer noch verhältnismäßig groß und außerdem erzeugt die Querwand mit der exzentrischen Auslaßöffnung bei „offenem" elektromagnetischen Ventil Störungen (Turbulenzen) und Druckverluste in der Strömung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung, die bei manchen Anwendungen nicht tragbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Reduzierung der notwendigen elektrischen Leistung zur Steuerung bzw. zum Absperren des Durchflusses derartiger Ventile und die Beseitigung der Störungen der Materialströmung durch zusätzliche Verschlußorgane.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektromagnetisches Ventil der eingangs genannten Art mit verändertem Durchflußkanal zu entwickeln. Gemäß der Erfindung erhält zu diesem Zweck ein elektromagnetisches Ventil zum Steuern der Strömung eines Metalles oder einer Metallegierung in flüssiger Phase in einem Durchfluß-, Strömungs- oder Auslaßkanal einen rohrförmigen Körper aus einem Material, das für ein magnetisches Feld durchlässig ist, und mindestens eine mehrphasige Induktions- oder Feldwicklung, die um den genannten rohrförmigen Körper herum angeordnet ist, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das längs derr Längsachse des rohrförmigen Körpers wandert, und das Ventil ist dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kern enthält, welcher im rohrförmigen Körper gehaltert ist und sich in dessen axialer Richtung erstreckt und welcher mit der Innenwand des rohrförmigen Körpers einen im wesentlichen ringförmigen Durchlaß für das flüssige Metall oder die flüssige Metallegierung bildet, derren Strömung zu steuern ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kern aus einem Magnetstab, der in eine Masse aus einem magnetfelddurchlässigen Material eingeschlossen und mit dem rohrförmigen Körper des Ventils durch radiale Streben verbunden ist, welche aus dem erwähnten Material ausgearbeitet sind.

Die Gründe, warum das erfindungsgemäße elektromagnetische Ventil effektiver ist als die bekannten elektromagnetischen Ventile sind nicht völlig geklärt, es ist jedoch anzunehmen, daß einerseits der von der Feldwicklung erzeugte Magnetfluß durch den im rohrförmigen Körper angeordneten Kern konzentriert wird und daß andererseits die Strömung des flüssigen Metalls oder der flüssigen Metallegierung auf den ringförmigen Bereich zwischen dem Kern und der Innenwand des rohrförmigen Körpers begrenzt ist, d. h. auf einen Bereich, in dem das Magnetfeld von Natur aus intensiver und damit auch wirkungsvoller ist, als in der Mitte des rohrförmigen Kanals, da der ringförmige Bereich näher an der Feldwicklung liegt, die den rohrförmigen Körper umgibt.

Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird ein nicht einschränkend auszulegendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen vereinfachten Axialschnitt eines elektromagnetischen Ventils gemäß der Erfindung, und Fig.2: die Hälfte eines Querschnitts in einer Ebene H-Il der Figur 1.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektromagnetische Ventil enthält in bekannter Weise einen rohrförmigen Körper 1 aus einem Material, das für ein magnetisches Feld durchlässig ist, welches durch eine mehrphasige Feldwicklung 2 erzeugt wird, die den rohrförmigen Körper 1 umgibt und die von einer mehrphasigen Stromquelle 3 mit einem Strom veränderbarer Stärke gespeist werden kann.

Wenn das elektromagnetische Ventil zur Steuerung der Strömung eines geschmolzenen Metalles oder einer geschmolzenen Metallegierung bestimmt ist, besteht der Körper 1 vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material, welches von dem geschmolzenen Metall oder geschmolzenen Metallegierung nicht benetzt wird, z. B. aus einem keramischen Werkstoff. In diesem Falle ist der rohrförmige Körper vorzugsweise außerdem über seine ganze Länge eng mit einer Heizvorrichtung 4 umgeben, die es gestattet, den Körper 1 auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Metallegierung auf einer vorgegebenen Temperatur oberhalb ihrer Schmelztemperatur zu halten. Die Heizvorrichtung kann in bekannter Weise ausgebildet sein und beispielsweise eine mit elektromagnetischer Induktion arbeitende Heizvorrichtung oder eine elektrische Widerstandsheizvorrichtung enthalten.

Wenn andererseits das Metall oder die Metallegierung bei niedrigen Temperaturen oder bei Umgebungstemperatur flüssig sind, braucht der Körper 1 nicht aus einem hitzebeständigen oder warmfesten Material bestehen, sondern einfach aus irgendeinem magnetfelddurchlässigen Material, welches genügend fest ist, um eine ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit des Körpers des Ventils zu gewährleisten, und welches mit dem Metall oder der Metallegierung, die durch das Ventil strömen, verträglich ist.

Die mehrphasige Feldwicklung 2 ist so angeordnet und elektrisch geschaltet, daß sie ein Feld erzeugt, welches längs der Längsachse des rohrförmigen Körpers 1 in einer solchen Richtung wandert, daß die magnetomotorischen Kräfte F, die von der mehrphasigen Feldwicklung 2 auf das flüssige Metall oder die flüssige Metallegierung, die im rohrförmigen Körper 1 strömen,

ausgeübt werden, der durch einen Pfeil Q angedeuteten Richtung entgegengerichtet sind, in derr das flüssige Metall oder die flüssige Metallegierung unter der Wirkung des hydrostatischen Druckes strömen. Die mehrphasige Feldwicklung 2 kann beispielsweise aus einer Wicklung eines Typs bestehen, die vom Labor „MADYLAM" in Saint-Martin d'Heres, Frankreich, hergestellt wird. Falls erforderlich kann die Feldwicklung in bekannter Weise durch ein Kühlfluid gekühlt werden, welchesdurch Kanäle zirkuliert, die in der Feldwicklung vorgesehen sind. Der für die Erregung der mehrphasigen Feldwicklung 2 erforderliche, von der Stromquelle 3 zu liefernde Strom kann beispielsweise von einem dreiphasigen Netz mit 380 V und 50 Hz über einen Abwärtstransformator erhalten werden, welcher die Netzspannung auf eine Netzspannung von 17 V herabtransformiert und mit der Feldwicklung 2 über eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Stromstärke gekoppelt ist. Gemäß der Erfindung ist im rohrförmigen Körper 1 ein Kern 5 vorgesehen, dor sich in Axialrichtung des Körpers erstreckt und in diesem durch mehrere radiale Stege oder Streben 6 gehaltert ist. Der Kern 5 kann im wesentlichen die gleiche Länge wie der rohrförmige Körper 1 haben und die Stege oder Streben 6 können die gleiche Länge wie der Kern 5 haben oder sich nur über einen Teil der Länge desselben erstrecken.

Vorzugsweise haben der Kern 5 und die Streben β solche Profile, daß sie In dem flüssigen Metall oder der flüssigen Metallegierung, die im rohrförmigen Körper 1 strömen, möglichst wenig Turbulenzen erzeugen. Aus denselben Gründen sind der Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers 1 und der Außendurchmesser des Kerns 5 so gewählt, daß der lichte Raum des ringförmigen Querschnitts des Kanals zwischen dem Kern 5 und dem Körper 1 gleich dem lichten Raum des kreisförmigen Querschnitts des Strömungskanals vor und gegebenenfalls auch nach dem elektromagnetischen Ventil ist. Vorzugsweise besteht der Kern 5 aus einem weichmagnetischen Stab 7 der in eine Masse 8 aus einem diamagnetischen Material eingebettet ist, welche vorzugsweise die gleiche ist, die auch die Stege oder Streben 6 und den rohrförmigen Körper 1 bildet, beispielsweise ein warmfestes Material, welches von dem flüssigen Metall oder der flüssigen Metallegierung nicht benetzt wird. Der magnetische Stab 7 gewährleistet einen Schluß des Magnetfeldes, das von der mehrphasigen Feldwicklung 2 erzeugt wird. Bei der in Figur 1 dargestellten beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung kann das elektromagnetische Ventil eine zweite mehrphasige Feldwicklung 9 enthalten, die so angeordnet und elektrisch geschaltet ist, daß sie analog zur mehrphasigen Feldwicklung 2 arbeitet. Die mehrphasige Feldwicklung 9 kann an die Stromquelle 3 angeschlossen sein, beispielsweise über einen Umschalter oder Kommutator 10 oder sie kann mit einer eigenen regelbaren mehrphasigen Stromquelle 11 verbunden sein, wie es in Figur 1 strichpunktiert dargestellt ist. Im ersteren Falle gewährleistet die mehrphasige Feldwicklung 9 eine Verdopplung der Funktion der mehrphasigen Feldwicklung 2 und kann als Ersatzwicklung verwendet werden, wenn die Feldwicklung 2 ausfällt. Im zweiten Falle kann man gegebenenfalls eine kleine Leckageströmung in der Höhe der mehrphasigen Feldwicklung 2 zulassen, welche dann leicht durch das von der mehrphasigen Feldwicklung 9 erzeugte Magnetfeld abgesperrt werden kann. Die zweite Anordnung ist hinsichtlich einer weiteren Verringerung des Energieverbrauches zum völligen Absperren der Strömung des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung von Interesse und hinsichtlich einer Begrenzung der Abmessungen der Einrichtungen, die für die Stromversorgung der Feldwicklungen 2 und 9 erforderlich sind. Am Eintrittsende ist der rohrförmige Körper 1 mit einem Flansch oder einer anderen Anschlußvorrichtung 12 versehen, mit der das elektromagnetische Ventil mit dem Ende einer Leitung 13 zum Zuführen des flüssigen Metalles bzw. der flüssigen Metallegierung oder mit einem Behälter, der das flüssige Metall bzw. die flüssige Metallegierung enthält, verbunden werden kann. In entsprechender Weise kann der rohrförmige Körper 1 an seinem Auslaßende ebenfalls einen Flansch oder eine andere geeignete Anschlußvorrichtung 14 aufweisen, mit der das elektrische Ventil gewünschtenfalls mit einer anderen Leitung 15 zur Wetterleitung des flüssigen Metalles bzw. der flüssigen Metallegierung verbunden werden kann.

Wenn das elektromagnetische Ventil zur Steuerung der Strömung einer geschmolzenen Metalles oder einer geschmolzenen Metallegierung bestimmt ist, können der rohrförmige Körper 1 oder die Leitung 15 vorteilhafterweise mit einem Injektor 16 versehen sein, der ein kontrolliertes Einführen eines neutralen oder inerten Gases gestattet, welches eine Oxidation des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung verhindert, die im elektromagnetischen Ventil zurückgehalten werden. Beispielsweise ist es mit einem elektromagnetischen Ventil, dessen Körper 1 einen Innendurchmesser vo.i 14 mm und dessen Kern 5 einen Außendurchmesser von 8 mm hat und das eine einzige mehrphasige Feldwicklung mit 10 Windungen pro Phase und einem Durchmesser von 45mm hat, möglich den Fluß einer geschmolzenen Zinklegierung vollständig anzuhalten, die auf einer Temperatur von 480⁰C gehalten wurde, wobei der hydrostatische Druck am Einfluß des elektromagnetischen Ventils 2,5 χ 10⁴Pa (0,25 bar) betrug. Die mehrphasige Feldwicklung wurde hierfür mit einem Strom von 2400 A gespeist (es sei bemerkt, daß die Anordnung, mit der das Experiment ausgeführt wurde, nicht optimiert war und keine Vorrichtung zur Steuerung der Intensität enthielt; man kann daher annehmen, daß die Stromstärke, die für ein vollständiges Unterbrechen der Strömung geschmolzenen Zinks erforderlich ist, wesentlich kleiner als 2400 A sein wird). Zum Vergleich muß man bei einem elektromagnetischen Ventil ohne mittleren Kern die Feldwicklung mit einem mehrphasigen Strom einer Intensität, die mindestens das 4- bis 5fache der oben genannten Intensität beträgt, speisen, um die Strömung der geschmolzenen Zinklegierung vollständig zu unterbrechen.

Die oben beschriebene Ausführungsform stellt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und ist nicht einschränkend auszulegen und der Fachmann wird viele Abwandlungen finden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims

1. Elektromagnetisches Ventil zum Steuern der Strömung eines Metalles odereiner Metallegierung in flüssiger Phase in einem Strömungskanal (13,15), 7nit einem rohrförmigen Körper (1) aus einem für ein Magnetfeld durchlässigen Material, und mit einer mehrphasigen Feldwicklung (2), die um den rohrförmigen Körper angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches längs der longitudinalen Achse des rohrförmigen Körpers wandert, gekennzeichnet durch einen Kern (5), der im rohrförmigen Körper (1) angeordnet ist, sich in dessen Achsrichtung erstreckt und zwischen sich und der Innenwand des rohrförmigen Körpers einen im wesentlichen ringförmigen Kanal für das flüssige Metall oder die flüssige Metallegierung bildet, deren Strömung zu steuern ist.

2. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) einen weichmagnetischen Stab (7) enthält, der in eine Masse (5) aus einem diamagnetischen Material eingebettet ist und mit dem rohrförmigen Körper (1) des Ventils durch radiale Streben (6) aus dem genannten Material verbunden ist.

3. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (1) des Ventils oder die Leitung (13,15), mit der das Ventil verbunden ist, in vorteilhafter Weise mit einem Injektor (16) versehen sind, welcher eine kontrollierte Injektion eines neutralen oder inerten Gases ermöglicht, welches eine Oxidation des flüssigen Metalles oder der flüssigen Metallegierung im Ventil verhindert.

4. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei mehrphasige Feldwicklungen (2,9) enthält, die nebeneinander um den rohrförmigen Körper (1) des Ventils angeordnet sind.

5. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrphasigen Feldwicklungen (2,9) mit verschiedenen steuerbaren Stromquellen (3,11) verbunden sind.