专利名称：用于调节非铁磁性导电液体和熔液的流速和使其减速的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在流过通道状或管状的导流元件时，尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过电磁场调节非铁磁性的导电液体和熔液的流速和使其减速的方法和装置。
背景技术：
DE 2 023 901以及DE 2 101 547说明了一种电磁阀或一种电磁泵，所述电磁泵围绕连接在用于容纳熔液的容器的底部区域内的流出口上的倾斜向前定向的排出管。该泵由一个或多个多相供给的电磁线圈组成，所述电磁线圈在流过排出管的熔液流中产生具有与相序有关的方向的行波电磁场，为了调节熔液流的流出速度，所述行波电磁场在熔液流上沿熔液流的方向或反向于熔液流的方向施加力。由DE 1 949 982以及DE 2 248 052已知一种用于从熔炉或保温炉中排出液态金属的电磁输送槽，所述电磁输送槽具有倾斜向上的槽体，所述槽体的底端通入炉内。在槽体下面设置有例如通过三相线性马达的定子绕组形成的感应器，以用于产生行波电磁场，所述行波电磁场导致液态金属在输送槽的槽体内相对重力的敞流。从现有技术中已知的用于使金属熔液从冶金容器中通过流动通道或输送槽排出且用于调节熔液流的流出速度的这些泵借助行波电磁场工作，所述行波电磁场通过电线圈构造产生，所述电线圈构造环绕例如构成为管的封闭的排出通道，并且所述电线圈在使用用于熔液流的敞开的输送槽时，设置在输送槽的下面。为了产生这种行波电磁场需要多个电线圈的在用于熔液流的排出通道或输送槽的较长的长度上的耗费的设置。由DE 2 333 802已知一种用于金属熔液的电动式计量器，所述计量器规定用于铸造厂，以用于排放少量熔液。借助这样的计量器在熔液流中产生的力远远不足以使在高炉的出口通道内的熔液流减速或完全停止。DE 1 949 053公开了一种用于影响金属熔液或金属合金熔液在管形的槽内的流速和流动方向的电磁阀。阀的作用方式基于，引导外部电流通过流过槽的熔液流，并且同时使熔液流受到外部磁场的影响，使得在熔液流的位于槽内的且受到磁场影响的部分上，沿熔液流的流动方向或反向于熔液流的流动方向施加力。该电磁计量阀只是设计用于在环式炉和熔炉和浇注桶的排出槽内的感应槽。该计量阀的另一个缺点在于，为了将电流引入熔液流内，需要与熔液直接接触的且因此受到明显损耗的电子。在从DE 694 19 598 T2中已知的用于高炉的出炉法中使用管道，所述管道与铁熔液出料口的外侧连接，并且在所述管道的外壳上设置有用于产生交变磁场的电磁线圈，所述交变磁场对流过管道的铁熔液和熔渣产生影响。借助该装置实现两个目标1.通过借助如在三相电机中的电磁线圈产生旋转场，应该使在高炉的出口通道内的熔液流处于旋转运动，以便根据离心原理分离生铁和炉渣。该解决方案不利的是，熔液流的正常排出速度和旋转速度相互叠加，使得由于熔液流的增加的速度和作用在熔液流上的离心力，在出口通道内的磨损显著增加。熔液流的停止甚至只是减速都是不可能的。2.应该沿出口通道的中心轴线的方向施加力，使得生铁和炉渣再次相互分离，并且此外，由于基于在出口通道的外部区域内的炉渣流导致的横截面变窄，通过出口通道的横截面变窄阻碍或减慢生铁流动。除了差的效率外，该解决方案的缺点是，由于交变磁场， 基本上只是在出口通道内的铁熔液-炉渣流的外层受到影响，并且磁线导入熔液-炉渣流的内层，尤其是导入熔液-炉渣流的围绕出口通道的中心轴线的中央区域，是不可能的或者只是略微可能的。刚好在熔液-炉渣流的该中央区域内，由于流体动力的影响，流速和流压最高。流动的减慢只是间接地由于出口通道的用于铁熔液的通流横截面的变窄来实现， 并且原则上只是在外层内且因此不完全地实现。熔液流的完全停止是不可能的。两个解决方案的共同点是，它们只是借助交变磁场起作用。DE 2 110 401说明了生铁借助于交流电磁泵连续地从高炉中抽出，所述交流电磁泵设置在位于出口通道下游的管形的排出通道周围。借助电磁泵，在生铁排出通道内产生行波电磁场，所述行波电磁场沿一个方向或沿相反的方向线性地轴向位移。通过行波电磁场在排出通道内的液态的生铁上施加牵引效果。根据给定的情况和要求，借助于交流电磁泵能够加速、节流或者甚至阻塞生铁的流动。在该电磁泵中，感应线圈的绕组围绕排出通道同心地引导。尽管该线圈构造提供了在输送导电的介质时在获得的体积流方面的优点，但是对于停止熔液流而言是不利的， 因为在排出通道的中央，磁场强度和因此获得的保持力必然较弱，也就是说，正好在那里， 由于流体动力，熔液流的压力最大。
发明内容
本发明的目的在于，改进一种用于尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过磁场调节熔液流的流速和使其减速的方法和装置，所述方法和装置避免了用于调节熔液流的流速的已知的方法和装置的上述缺点，并且允许通过磁力影响产生减速作用，所述减速作用直接对熔液流在其整个流动横截面上产生影响，直至熔液流处于停止。在此，应该只是借助受感应的涡流工作，使得装置完全无接触地工作，并且避免用于导入电流的易损耗的接触。根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求4的特征的方法以及具有权利要求14的特征的调节装置和具有权利要求32的特征的调节装置得以实现。从属权利要求包含了如权利要求1和权利要求4的方法以及如权利要求14和权利要求32的调节装置的有利的和适当的改进形式。根据本发明的用于在流过通道状或管状的导流元件时，尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过电磁场调节非铁磁性的导电液体和熔液的流速和使其减速的第一方法，其特征在于，液体流或熔液流在封闭的导流元件内通过具有不变的极性的至少一个静止磁场引导，使得磁场线横穿过熔液流的整个横截面，在熔液流内垂直于磁场线通过感应引起电压，所述电压的高低与熔液流的局部流动速度和磁场的局部强度成比例，电压在熔液流的流动横截面上产生在局部具有不同强度的电涡流，所述电涡流径向和轴向地相对于熔液流的流动方向定向，其中由于磁场和涡流的共同作用，产生影响熔液流的流速的在局部具有不同强度的力，并且熔液流的流动特征随着磁场强度的增加而变均勻且变慢。根据本发明的用于在流过通道状或管状的导流元件时，尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过电磁场调节非铁磁性的导电液体和熔液的流速和使其减速的第二方法基于，液体流或熔液流在封闭的导流元件内通过静止的交变磁场或通过具有变换的极性的多极行波电磁场引导，使得磁场线横穿过熔液流的整个横截面，并且在熔液流内通过感应引起电压，通过所述电压在熔液流内沿熔液流的方向产生轴向的涡流，并且由于磁场和变换流的共同作用产生能够使熔液流的流速下降以及使熔液流加速和停止的力。在第一方法中，在熔液流的具有最高流速的区域内，尤其是在熔液流的中央区域内，产生作用在熔液流上的最大的力。由于具有不变的极性的电磁场、具有涡流的交变电磁场和行波电磁场的共同作用产生力，所述力在湍流由于熔液的磁性粘度增加而同时减少的情况下降低熔液流的流速。由于交变磁场和涡流的共同作用，产生反向于熔液流的流动方向的力，所述力能够使熔液流的流速下降并且使熔液流停止。由于具有涡流的行波电磁场的共同作用，能够使熔液流停止，并且能够使熔液流的流动方向反向。 通过具有不变的极性的磁场的、交变磁场的和行波电磁场的变化，达到作用在熔液流上的力的增强或减弱。交变电磁场的和行波电磁场的以及产生磁场的电流的频率能够改变，并且可适应不同的情况。在具有不变的极性的磁场中且在行波磁场中，在熔液流流入磁路的磁场时且在熔液流从磁路的磁场中流出时，磁通量在闭合磁路中反向于熔液流的流动方向对该熔液流起作用到减速的作用。以这种方式，实现对熔液流的附加的影响。通过多个独自闭合的磁路的串联，——其具有带有不变的极性的磁场的磁通量的双重利用——，能够附加地增加对熔液流的减速作用。在高炉的出口通道内的熔液流中或在含有液态金属和炉渣的其它熔液流中，具有不变的极性的磁场的、交变磁场的和行波电磁场的作用在液态金属和炉渣方面具有明显的区别。因此，这个不同的作用也用于分离液态金属和炉渣。
下面借助于示意图阐述用于调节熔液流的流速和使其减速的装置，所述装置根据前述方法进行工作，并且所述装置尤其应用于高炉的出炉。所述示意图示出图1示出用于调节熔液流的流速和使其减速的调节装置的立体图，具有带有不变的极性的磁场；图加示出通过调节装置的导管的纵向剖视图，其具有熔液的速度剖面；图2b示出调节装置的导管的横截面图，其具有横向穿过熔液流的磁场线；图2c示出调节装置的导管的横截面图，其具有通过磁场在熔液流中感应的不同电压的；图2d示出调节装置的导管的横截面图，其具有在熔液流中产生的径向涡流；图加示出调节装置的导管的纵向剖视图，其具有熔液流的由于径向涡流和磁场通过洛伦兹(Lorentz)力而变平的速度剖面；
图2f示出调节装置的导管的横截面图，其具有通过熔液流和导管壁的径向涡流的分布；图3a示出调节装置的导管的按照图1的剖面线A_A的纵向剖视图，其具有调节装置的磁场；图北示出调节装置的导管的根据图1的剖面线A-A的纵向剖视图，其具有通过磁场在熔液流中感应的电压；图3c示出调节装置的导管的按照图1的剖面线A-A的纵向剖视图，其具有在熔液流中产生的轴向涡流；图3d示出调节装置的导管的纵向剖视图，其具有通过熔液流和导管壁的轴向涡流的分布；图4示出调节装置的配备有冷却通道的导管的横截面图；图5示出借助具有不变的极性的磁场工作的调节装置的另一个实施形式；图6示出具有带有不变的极性的两个串联的磁场的调节装置的原理图；图7a示出具有已产生的轴向涡流场的调节装置的按照图6的剖面线B_B的纵向剖视图；图7b示出借助图6的调节装置产生的径向的涡流场；图8示出借助交变电磁场说明的调节装置的原理图；图9示出设置在调节装置的磁极上的由超导材料制成的感应线圈的原理图；图10和11示出在高炉的出口通道的出口前的用于调节熔液流的流速和使其减速的构造；图1 和12b示出用于封闭高炉的出口通道的出口的在打开和闭合位置上的滑盖；图13a和13b示出用于封闭出口通道的出口的在打开和闭合位置上的转动盖；图14示出通过外管和内管形成的出口通道；图15示出出口通道的配备有组合式加热和冷却系统的外管和内管；图16示出借助行波电磁场工作的调节装置的示意图；图17示出如图16的调节装置的实际的实施形式；以及图18a和18b示出行波电磁场的在两个不同的时间点形成的磁通密度的分布，所述行波电磁场借助根据图16和17的调节装置的以三相的方式工作的感应线圈系统产生。
具体实施例方式如图1的调节装置1，其优选在高炉出炉时用于通过具有不变的极性的静止的电磁场来调节熔液流2的流速并且使其减速，所述调节装置具有由铁磁材料制成的芯4，所述芯构成为具有两极6、7的磁轭5，所述两极形成间隙8，所述间隙用于容纳具有管10形式的封闭的导流元件9，所述管由例如铜的导电材料制成且用于输送熔液流2。沿箭头方向a流过导管10的层流的熔液流2具有在图加中示出的速度剖面11在磁轭5上，借助直流工作的用于产生具有不变的极性的磁场3的两个感应线圈 12、13安装在两极6、7之间，所述磁场的特征在于场线14，所述场线横穿过根据图2b的熔液流2的整个横截面。图2c示出，由于熔液流2的速度剖面11与具有不变的极性的静止磁场3的组合， 依据熔液流2的局部流速，在熔液流2中横向于磁场3的场线14通过感应引起不同强度的电压15，所述电压在熔液流的静止的边界层内下降至零。为了平衡电位差，根据图2d，涡流16、17径向于熔液流2的流动方向a流动。此外，涡流轴向于熔液流2的流动方向流动，如下所述。由于磁场2和径向涡流16、17的共同作用，在熔液流2内产生反向于熔液流2的流动方向a的所谓的洛伦兹力18。因此熔液流2的流速度剖面11变平，使得熔液流总体上由于涡旋的抑制变均勻且变慢，如图2e所示。根据图2f的图示，由于调节装置1的导管10的导电材料，尤其是铜，径向涡流16、 17的强度明显增加，因为涡流除了流过熔液流2外，还附加地流过导管10的壁。因此在熔液流2上的减速作用相应地增强。调节装置1的导管10的根据图1的剖面线A-A的如图3的纵向剖视图示出磁场 3的横向于熔液流2且沿熔液流的方向a延伸的场线14的分布，所述磁场沿熔液流2的流动方向a且横向于熔液流的流动方向延伸。根据图3a，熔液流2在区域19内进入磁场3，并且在区域20内再次离开该磁场。 在熔液流2进入磁场3时，在熔液流内且在垂直于磁场线14的平面内，通过感应引起在图 3b中示出的电压21，通过所述电压，根据楞次(Lenz)定律在熔液流2中产生根据图3c的涡流22，以用于平衡位差。涡流22轴向于熔液流2的流动方向a流动，直至磁场3的范围外。由于磁场3和涡流22的共同作用，在熔液流2内产生洛伦兹力23，所述洛伦兹力反向于熔液流2的流动方向a，并且所述洛伦兹力因此在熔液流2上施加减速作用，通过所述减速作用，熔液流的流速下降。在离开磁场3的出口区域20时，在熔液流2内形成涡流24，所述涡流由于与磁场 3的共同作用，再次产生洛伦兹力25，所述洛伦兹力反向于熔液流2的流动方向a，并且因此引起除了在入口区域19内的洛伦兹力23的减速作用之外的附加的减速作用，在所述入口区域内，熔液流2的进入磁场3。由于径向涡流16、17和轴向涡流22、24与磁场3的共同作用，产生在熔液流2施加大的减速作用的洛伦兹力18、23、25。根据图3d的图示，由于调节装置1的导管10的导电材料，尤其是铜，轴向涡流22、 24的强度明显增加，因为涡流除了流过熔液流2外，还附加地流过导管10的壁。因此在熔液流2上的减速作用相应地增强。根据图4，调节装置1的由如铜的良好的导电材料制成的导管10配备有冷却通道沈，通过所述冷却通道输送冷却介质，以便防止导管由熔液流2的熔液侵袭。由于冷却，熔液流2的凝固的熔液层27沉积在导管10的内壁IOa上，所述熔液层起到防止导管10磨损的作用。如果熔液层由于在任何地方的磨损而变薄，那么通过在该位置上由于变薄的管壁厚度而增加的对熔液的冷却作用，立即发生熔液的局部冷凝，使得再次构成在该位置上的保护层。因此，防止导管10的内壁IOa的通过熔液流2的磨损。借助用于调节熔液流的流速和使其减速的方法和装置能够延长在高炉中的出炉
9过程，并且以这样的方式降低熔液流的流速，使得持久的出炉是可能的，并且最终能够省去出口的闭合和重新打开。因为洛伦兹力的减速作用与熔液流的流速成比例，所以减少了在流出的熔液流中的引起局部流速增加的湍流。为了尽可能集中地形成在熔液流上的磁场作用，并且优化调节装置的效率，调节装置的几何尺寸必须满足如下要求在导管10中引导的熔液流2和两极6、7的端部之间的间隙必须尽可能地小。这同样适用于管10的壁厚，其中管壁厚必须符合在极其热的熔液流2流出和输送时的安全性要求。如果用于通过磁场调节熔液流的流速和使其减速的新方法与用于高炉出炉的传统的出料口技术结合，那么极6、7的端部的距离以及导管10的直径必须选择为，使得出料口堵口机的设备以及用于打开出口通道的钻头和钻杆能够穿过导管10导入磁芯或磁轭5的两极6、7的端部之间的间隙8内。图5示出用于产生具有不变的极性的电磁场的调节装置的另一个实施形式观，所述调节装置的芯4构成为具有两个磁轭5、fe的双磁轭29，以用于增强磁场3，在所述两个磁轭上设置有四个感应线圈12、12、30、31。图6示出具有带有不变的极性的两个串联的电磁场3、3a的调节装置32，通过所述调节装置产生在图7a中以按照图6的剖面线B-B的纵向剖视图示出的具有明显增加的电流强度的中心轴向涡流场33，所述中心轴向涡流场通过在图7b中示出的径向涡流场34、35 附加地增强，使得达到明显提高总效率和调节装置的在熔液流上的减速作用。在图8中示出的用于调节熔液流2的流速、用于使熔液流2减速和停止以及用于使熔液流2的流动方向a转向的装置36中，在两极6a、7a之间形成交变电磁场北，所述交变电磁场通过设置在极6a、7a上的未示出的感应线圈产生，所述感应线圈借助交流电工作。在熔液流2中，在交变电磁场北内通过感应引起涡流37、38，所述涡流通过与交变电磁场北的共同作用产生起排斥作用的洛伦兹力39、40。具有根据图8的交变磁场的调节装置36的构造相当于具有根据图1的带有不变的极性的磁场3的调节装置1的构造。在通过交变磁场影响熔液流时，能够通过改变该场的和产生磁场的电流的频率来改变涡流和洛伦兹力，并且因此适应于不同的情况。感应线圈能够由超导材料制成。超导材料具有的优点是，其无损失地传导电流。因此在狭窄的空间上的非常高的电流密度是可能的，使得能够以少量的能量输入和空间需求以及低的成本产生非常强的磁场。图9示出调节装置1的两个构成为超导体且用于产生磁场的感应线圈中的一个感应线圈41。感应线圈41设置在极对6、7的一个极7上，从所述极中发出磁场线14，并且感应线圈最好由高温超导材料制成，所述高温超导材料在或多或少地冷却的状态下可改进其超导特性。将感应线圈41置于腔室42的中央且置于由液态气体，最好是氮组成的冷却池 44内，所述氮通过在其气化时产生的蒸发冷保持在沸点，所述沸点必须低于感应线圈41的超导材料的临界温度。因为由于气化，液态气体随时间被消耗，所以必须根据消耗量将液体再补充入腔室内。借助于电开关装置，超导感应线圈根据需要加载或卸载电流。从图10中可看出，用于借助于具有不变的极性的电磁场产生作用在高炉46的出口通道45内熔液流上的减速力的调节装置观作为附加装置设置在出口通道45的出口 47 前，并且出口通道连接在调节装置28的导管10上。桌50可在工作台48上且在高炉46的外壁49上移动，在所述桌上设置有作为根据图11的封闭的箱51的调节装置观。借助于调整装置52能够使调节装置观的箱51处于如下位置，在所述位置上，出口通道45的轴线与调节装置观的用于输送熔液流2的导管10的轴线同轴地延伸。如果调节装置观结合传统的出料口技术应用于高炉，那么出料通道45的出口 47 和用于使熔液流减速的调节装置28的导管10的入口 53首先紧密地相互连接，并且紧接着，借助传统的钻孔装置穿过调节装置观的导管10钻出在高炉46的壁M内的出口通道 45。在图10和11中示出的调节装置28中，——所述调节装置可从图5中看出——， 为了改善总效率，用于引导和传导根据图5通过四个感应线圈12、13、30、31产生的磁通量的双磁轭四构成为封闭的箱51，所述箱包围调节装置的所有组成部分。在根据图11的示意图中，卸掉了箱51的前侧。容纳感应线圈12、13、30、31和导管10的封闭的箱51的自由空间55用可流动的细粒材料，最好是沙充填，以便万一在操作故障的情况下在导管10内产生裂纹，并且因此液态生铁或炉渣能够在箱51内溢出时，也可避免双磁轭四的两个磁轭5、fe和感应线圈12、 13,30,31的损坏。通过沙来抑制溢出的熔液，并且使其凝固。沙能够通过在底部57内的排出孔56 排出。在图1 和12b中示出机械的滑盖58，所述滑盖根据图10设置在高炉46的出口通道45的出口 47和用于调节从出口通道45中溢出的熔液流2的流速和使其减速的装置 28的导管10的入口 53之间。由耐高温的材料组成的且在内侧铺有耐火陶瓷的滑盖58保持在侧向的导向件59、60内且在导向件内被引导，并且通过搭接滑盖58的止挡61锁定在闭锁位置上。当导管10内熔液流2由于磁场的作用而减速或几乎停止时，滑盖58关闭。以这种方式，在高炉46的内压的作用下从出口通道45中溢出的熔液流2在通过调节装置观的磁场减速后，中断较长时间。如果保留在出口通道内的熔液凝固，那么能够通过如下面借助图14所述的加热装置再次将其熔融，以便开始重新出炉。图13a和1 示出用于中断熔液流2的阻塞机构，所述阻塞机构构成为转动盖62， 所述转动盖在其面向出口通道45的一侧上铺有耐火材料。转动盖62由止挡63保持在旋转到出口通道45之前的闭合位置上。根据图1 和12b的滑盖58和根据图13a和13b的转动盖62不仅能够设置在出口通道45的出口 47和用于调节出口通道45内的熔液流2的流速和使其减速的调节装置 28的导管10的入口 53之间，而且也能够设置在调节装置28的导管10的出口 64之前。高炉46的在图14中示出的出口通道45通过外管65和可在该外管内轴向移动的内管66形成，其中外管65与高炉46的炉衬67固定地连接。两个管65、66由高强度的材料，最好是陶瓷组成，并且内管66的用于阻止由于流出的生铁和流出的熔液而导致的磨蚀磨损的材料是附加地耐磨蚀磨损的。内管66由管段68组成，所述管段在一定的时间间隔内由新的管段68a替换，以用于弥补出现的磨蚀磨损，其中内管段68a穿过出口通道45的出口 47反向于熔液流2的流动方向a插入外管65内，并且在此同时，将被磨损的管段68b穿过出口通道45的入口 69 从外管65中推出并且推入高炉46内。内管段68b，——熔液流2通过所述内管段进入高炉46的出口通道45内——，突入高炉内一定尺寸，以用于保护外管65和高炉46的炉衬67 免受磨蚀磨损。该内管段68b承担在传统的出炉法中在高炉的炉衬的内侧上的所谓的菌状件的功能。新的管段68a的插入时间间隔选择为，使得避免内管段68的损坏，并且因此排除炉渣或熔液与外管65地接触。 在外管65和内管段68之间存在基于矿物质的润滑剂70，所述润滑剂在流出的铁和流出的炉渣具有高温的情况下发挥其完全的滑动特性。 在图15中示出的出口通道45的外管65和内管66配备有组合式加热和冷却系统， 所述组合式加热和冷却系统由安装在外管65上的至少一个空心螺旋管71组成，所述空心螺旋管由导电材料，最好是铜制成，其中流过螺旋管71的冷却介质导致，在出炉后通过用于使熔液流减速的调节装置观的磁场使熔液流2减速后，保留在出口通道45内的熔液冷凝，并且其中为了开始重新的出炉过程，连接在具有高的电流强度的高频交流电上的螺旋管71在出口通道45内冷凝的熔液中产生大的涡流，以用于熔化所述冷凝的熔液。通过这个出口通道概念，可能的是，可有利地利用在出口通道内的熔液流的先前在出炉过程中令人担心的冷凝或凝固的效果，并且为了顾及出口通道的封闭且为了开始重新的出炉过程，在出口通道内且最好在生铁堵塞物的外周区域内产生大的涡流，以用于熔化堵塞物。熔化开始于在出口通道内冷凝的堵塞物的相对于出口通道的内壁的边界面，使得在堵塞物完全熔化至芯之前，通过高炉的内压从出口通道中挤压出堵塞物。如图16的用于调节非铁磁性熔液流2的流速和使其减速至静止的装置72，其特征在于，所述装置具有由铁磁性的涡流阻尼材料，最好是变压器片组成的芯73，所述芯具有多个设置成排的极对74，所述极对形成用于容纳用于熔液流2的构成为管10的导流元件的间隙75 ；以及设置在极对74的极78、79的极靴76、77上的感应线圈80、81，借助三相 L1、L2、L3的一次性利用供给所述感应线圈三相电流，以用于产生具有最大和最小场强度的两极行波电磁场。如图16的调节装置的缺点在于，场强度的振幅在从一个极对移动到下一个极对时，在中间位置上减弱，为了避免或防止振幅减弱，调节装置72在实际应用中根据在图17 中的图示借助多个极对74和三相电流的每相L1、L2、L3的多次利用来实现，以用于产生具有在图18a和18b中示出的磁通密度分布的多极行波磁场，在所述分布中获得先前借助图说明的涡流增强技术的双重利用。
1权利要求
1.一种用于在流过通道状或管状的导流元件时，尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过电磁场调节非铁磁性的导电液体和熔液的流速和使其减速的方法，其特征在于， 所述液体流或熔液流在封闭的导流元件内通过具有不变的极性的至少一个静止磁场引导， 使得磁场线横穿过所述熔液流的整个横截面，在所述熔液流内垂直于所述磁场线通过感应引起电压，所述电压的高低与所述熔液流的局部流动速度和所述磁场的局部强度成比例， 所述电压在所述熔液流的流动横截面上产生在局部具有不同强度的电涡流，所述电涡流径向和轴向地相对于所述熔液流的所述流动方向定向，其中由于磁场和涡流的共同作用，产生影响所述熔液流的流速的在局部具有不同强度的力，并且所述熔液流的流动特征随着磁场强度的增加而变均勻且变慢。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔液流被引导通过导流元件，以用于借助相当强的减速力来降低电阻和由此导致的涡流增大。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导流元件被冷却，以用于在内壁上由冷凝的熔液构成防止磨损的保护层。
4.一种用于在流过通道状或管状的导流元件时，尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，通过电磁场调节非铁磁性的导电液体和熔液的流速和使其减速的方法，其特征在于， 所述液体流或熔液流在封闭的导流元件内通过静止的交变磁场或通过具有多极行波电磁场引导，使得磁场线横穿过所述熔液流的整个横截面，并且在所述熔液流内通过感应引起电压，通过所述电压在所述熔液流内产生轴向的涡流，并且由于磁场和涡流的共同作用产生能够使所述熔液流的流速下降以及使所述熔液流加速和停止的力。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述溶液流的具有最高流速的区域内，尤其是在所述熔液流的中央区域内，产生作用在所述熔液流上的最大的力。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，用于使用于产生所述行波磁场的感应线圈工作的三相电流的电网频率变化，以及通过三相电流的频率变化引起所述行波磁场的速度变化，以用于影响在所述熔液流内产生的所述涡流和作用在所述熔液流上的所述力。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，由于所述具有不变的极性的磁场和所述涡流的共同作用产生反向于所述熔液流的所述流动方向的力，通过所述力，在湍流同时减少的情况下，降低所述熔液流的流速。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由于所述交变磁场以及所述行波磁场和涡流的共同作用，产生反向于所述熔液流的流动方向的力，所述力能够使所述熔液流的流速下降且使所述熔液流停止，并且能够使所述熔液流的流动方向反向。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述磁场来增强或减弱作用在所述熔液流上的力。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述交变电磁场的和所述行波电磁场的频率以及产生所述交变磁场和所述行波磁场的电流的频率能够改变，并且能够适应不同的情况。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在所述熔液流流入磁路的磁场时且在所述熔液流从所述磁路的磁场中流出时，所述磁场在闭合磁路中的磁通量反向于所述熔液流的流动方向对该熔液流起作用到减速的作用。
12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少两个具有不变的极性的独自闭合的磁场的串联，其具有所述磁场的磁通量的双重利用和所述涡流的双重利用，以用于提高对熔液流的减速作用。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，利用在生铁和炉渣上的不同的磁场作用，分离熔液流的这两个组成部分。
14.一种用于尤其在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，根据权利要求1所述的方法调节非铁磁性的导电液体和熔液的流速和使其减速的装置，其特征在于，所述装置具有由铁磁材料制成的芯G)，所述芯⑷具有两极(6、7)，所述两极(6、7)形成间隙(8)，所述间隙 (8)用于容纳用于熔液流O)的导流元件(9)；以及设置在所述芯(4)上的感应线圈(12、 13)，所述感应线圈(12、13)用于产生具有不变的极性的静止的磁场(3)，所述磁场(3)作用在位于设置在所述两极(6、7)之间的所述导流元件(9)内的所述熔液流( 上。
15.如权利要求14所述的调节装置，其特征在于，所述芯(4)构成为磁轭(5)，在所述磁轭(5)上安装有所述感应线圈(12、13)。
16.如权利要求15所述的调节装置，其特征在于，所述芯(4)构成为具有两个磁轭(5、 5a)的双磁轭( )，在所述两个磁轭(5、5a)上设置有四个感应线圈(12、13、30、31)。
17.如权利要求14至16中任一项所述的调节装置，其特征在于，用于所述熔液流(2) 的所述导流元件(9)构成为导管(10)，所述导管(10)由导电材料，尤其是铜制成。
18.如权利要求17所述的调节装置，其特征在于，所述导管(10)配备有用于输送冷却介质的冷却通道06)。
19.如权利要求14至18中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述芯的所述极 (6,7)的和所述间隙(8)的尺寸与用于所述熔液流(2)所述导流元件(9)的尺寸相匹配。
20.如权利要求19所述的调节装置，其特征在于，在所述芯的所述极(6、7)之间的所述间隙⑶和所述导管(10)的直径测量为，使得用于打开高炉G6)的出口通道05) 的出料口钻孔机的钻头和钻杆以及出料口堵口机的相应的设备能够穿过所述导管(10)导入所述间隙(8)内。
21.如权利要求14至20中任一项所述的调节装置，其特征在于，用于产生具有不变的极性的磁场的感应线圈Gl)构成为超导体，尤其是高温超导体。
22.如权利要求21所述的调节装置，其特征在于，每个感应线圈装入具有用于冷却所述线圈的液态气体池G4)的热绝缘的腔室G2)内。
23.如权利要求14至22中任一项所述的调节装置，其特征在于，用于引导和传导磁通量(14)的所述磁轭(5)以封闭的箱(51)的形式包围所述感应线圈(12、13)，以用于实现最大可能的磁效率。
24.如权利要求23所述的调节装置，其特征在于，包围所述感应线圈(12、13、30、31)的所述箱(51)的自由空间(55)用能够流动的材料，最好是细粒的沙填充。
25.如权利要求14至对中任一项所述的调节装置，其特征在于，相同的调节装置08) 作为附加装置设置在高炉G6)的所述出口通道05)的出口 07)前，并且所述出口通道 (45)连接在所述调节装置08)的所述导管(10)上。
26.如权利要求25所述的调节装置，其特征在于，在作为附件装置安装在高炉06)的所述出口通道G5)前的所述调节装置08)和所述出口通道05)的所述出口 07)之间， 或者在所述导管(10)的所述出口(64)前，设置有阻塞机构，以用于在所述熔液流(2)通过所述调节装置08)的所述磁场C3)减速后，长时间地阻塞所述出口通道05)。
27.如权利要求14至沈中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述高炉06)的所述出口通道0 通过外管(6 和能够在该外管内轴向移动的内管(66)形成，其中所述外管(6 与所述高炉G6)的炉衬(67)固定地连接，两个管(65、66)由高强度的材料，最好是陶瓷组成，并且所述内管(66)的材料是附加地耐磨蚀磨损的。
28.如权利要求27所述的调节装置，其特征在于，所述内管(66)由管段(68)组成，所述管段(68)在一定的时间间隔内由新的管段(68a)替换，以用于弥补出现的磨蚀磨损，其中所述新的管段(68a)穿过所述出口通道05)的所述出口 07)反向于所述熔液流(2)的所述流动方向(a)插入所述外管(6 内，并且在此同时，将被磨损的内管段(68b)穿过所述出口通道05)的入口(69)从所述外管(65)中推出并且推入所述高炉G6)内。
29.如权利要求27和观所述的调节装置，其特征在于，所述被磨损的内管段 (68b)，——所述熔液流( 通过所述内管段(68b)进入所述高炉G6)的所述出口通道 (45)内——，突入所述高炉G6)内一定尺寸，以用于保护所述外管(65)和所述高炉06) 的所述炉衬(67)免受磨蚀磨损。
30.如权利要求27至四所述的调节装置，其特征在于，所述出口通道05)的外管(65) 和内管(66)配备有冷却装置，以便导致，在所述熔液流( 减速后，留在所述出口通道G5) 内的熔液冷凝。
31.如权利要求30所述的调节装置，其特征在于，所述出口通道05)的外管(65)和内管(66)配备有组合式加热和冷却系统，所述组合式加热和冷却系统由安装在所述外管 (65)上的至少一个空心螺旋管(71)组成，所述空心螺旋管(71)由导电材料，最好是铜制成，其中流过所述空心螺旋管(71)的冷却介质导致，在出炉后通过用于使所述熔液流减速的调节装置08)的所述磁场使熔液流( 减速后，保留在所述出口通道0 内的熔液冷凝，并且其中为了开始重新的出炉过程，连接在具有高的电流强度的高频交流电上的所述空心螺旋管(71)在所述出口通道0 内所述冷凝的熔液中产生大的涡流，以用于熔化所述冷凝的熔液。
32.一种用于根据权利要求4所述的方法调节非铁磁性熔液流的流速和使其减速至静止的装置，其特征在于，所述装置具有由铁磁性材料组成的至少一个芯(73)，所述芯(73) 具有多个设置成排的极对(74)，所述极对(74)形成用于容纳用于熔液流O)的导流元件 (9)的间隙(75)；以及设置在所述极对(74)的极(78、79)的极靴(76、77)上的感应线圈 (80、81)，借助三相(L1、L2、L3)的一次性利用供给所述感应线圈(80、81)三相电流，以用于产生两极行波电磁场，或者借助每个相(L1、L2、L3)的多次利用供给所述感应线圈(80、81) 三相电流，以用于产生多极行波磁场，所述多极行波磁场作用在位于设置在所述极对(74) 的所述两极(78、79)之间的所述导流元件(9)内的所述熔液流( 上。
33.如权利要求32所述的调节装置，其特征在于，所述芯(73)由涡流阻尼材料制造。
34.如权利要求33所述的调节装置，其特征在于，所述芯(73)由变压器板制成。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过磁场，尤其是在如高炉和熔炉的冶金容器出炉时，调节非铁磁性的导电液体和熔液流的流速和使其减速的方法。该方法的特征在于，熔液流在封闭的导流元件内通过至少一个具有不变的极性的静止磁场、至少一个静止的交变磁场或者通过多极的行波磁场引导，使得磁场线横穿过熔液流的整个横截面，并且在熔液流中通过感应引起电压，通过所述电压，在使用不变的极性的静止磁场时，在熔液流中通过感应引起径向和轴向的涡流，并且在使用静止的交变磁场或行波电磁场时，在熔液流中通过感应引起轴向的涡流，并且由于磁场和涡流的共同作用，产生影响熔液流的流速的力。
文档编号B22D41/60GK102177257SQ200980139898
公开日2011年9月7日 申请日期2009年8月6日 优先权日2008年8月7日
发明者汉斯-乌韦·莫根施特恩 申请人:Tmt出铁测量技术有限公司