Индукционное устройство для плавки металлов во взвешенном состоянии

 

В. Л. Дворянков и 6. И. Самойленко f (72) Авторы изобре-ения (71) Заявитель (54) ИНДУКЦИО1,КОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ

ВО ВЗЧЕПЕННОМ СОСТОЯНИИ!

Изобретение относится к электро. термии, а именно к устройствам для плавления жидких металлов во взвешенном состоянии, и может быть использовано для получения чистых металлов, а также для получения композиционных Màòåðèàëîâ на металлической основе, упрочненных волокнами.

Известно индукционное устройство для плавки металлов во взвешенном состоянии, содержащее незамкнутый магнитопровод, выполненный в виде соединенных перекладиной не менее трех стержней, снабженных инду,<ционными обмотками, и водоохпаждаемый концентратор, расположенный в прямоугольных пазах между стержнями магнитопровода, образующих пирамиду, усеченную сфе. рой, причем пазы расположены на равном расстоянии друг от друга, а обмотки соединены в две последовательные ветви, в одну из которых включены четные, а в другую нечетные обмотки, которые присоединены к, генератору, частота которого сдвинута относительно частоты генератора для присоединения четных обмоток $)).

Однако данное устройство не обеспечивает полного взвешивания металлов с большим отношением удельного веса к коэффициенту поверхностного натяжения.

Наиболее близким к предлагаемому является индукционное устройство для

19 плавки металлов во взьешенном состоянии, содержащее по меньшей мере две индукционные обмотки, выполненные в виде полых водоохлаждаемых трубок из токопроводящего материала, соедн35 ненных с системой охлаждения. четные из которых предназначены для при- > .. соединения к генератору одной частоты, а нечетные — к генератору, частота которого сдвинута по фазе относительно указанного генератора, pasмещенные на элементе, вытесняющем магнитное поле, выполненном в т.яде многогранника, усеченного сферой (2) .

869077 4

Известное устройство позволяет получить качественную очистку металлов с большим отношением удельного веса к коэффициенту поверхностного натяжения, таких как олово, свинец, цинк и др. Однако при плавке тугоплавких металлов, таких как вольфрам, титан, молибден и др.,данное устройство не обеспечивает их расплавления даже при повышении частоты генераторов, питающих индукционные обмотки, в два-три раза, так как при этом происходит перегрев магнитопровода и выход его из строя.

Цель изобретения — повышение качества нагрева тугоплавких металлов, например, вольфрама, и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве эле—

Ю мент, вытесняющий магнитное поле, выполнен из токопроводящего материала, например, меди, с полостью, заполненной охлаждаемой средой.

Размещение индукционных обмоток на полом водоохлаждаемом элементе из токопроводящего материала, выполненном в виде многогранника, усеченного сферой, позволяет сконцентрировать в ра— бочем объемс устройства магнитное поле индукционных обмоток и поддерживать необходимую плотность магнитного поля, достаточную для расплавления тугоплавких металлов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показан проводящий элемент, разрез; на .фиг. 4 приведена схема подключения обмоток к генераторам; на фиг. 5 условно показано распределение магнитных силовых линий вокруг индукционных обмоток при протекании по ним тока; на фиг. 6 — распределение магнитных силовых линий вокруг индукционных обмоток под влиянием магнитного поля вихревых токов в жидком металле; на фиг. 7 — распределение магнитных силовых линий вокруг индукционных обмоток ! под влиянием магнитного поля вихревых токов проводящего элемента; на фиг. 8 — распределение магнитных силовых линий вокруг индукционных обмоток под влиянием магнитных силовых линий вихревых токов жидкого металла и проводящего элемента.

Устройство содержит охлаждаемый полый элемент ) из токопроводящего материала, например, меди, выполнен5

55 ный в виде многогранника, например, параллелепипеда, усеченного сферой, предназначенный для вытеснения магнитного поля. Он покрыт изолирующей прокладкой 2, на которой размещены индукционные обмотки 3, выполненные в виде полых трубок из токопроводящего материала, причем обмотки соединены с помощью токовых перемычек 4 в две последовательные ветви, в одну из которых включены четные, а в другую нечетные обмотки, которые присоединены к генератору 5, частота которого сдвинута относительно частоты генератора 6 для присоединения четных обмоток. Кроме того, индукционные обмотки 3 через токоизолирующие трубки 7 соединены с коллекторами 8 системы охлаждения. Посредством клемм 9 обмотки 3 присоединены к генератораМ 5 и 6.

Система охлаждения состоит из коллекторов 8, изолирующих трубок 7, трубок 3, служащих индукционными обмотками, а также проводящего элемента.

Индукционные обмотки 3 в предлага- емом устройстве вьполняют.. две функции: они являются проводниками тока, возбуждающего магнитное поле в элементе 1 и в обрабатываемом металле, помещенном в рабочий объем, и проводниками охлаждающей жидкости, т.е. элементами системы охлаждения.

Предлагаемое устройство может быть использовано для очистки тугоплавких металлов путем плавки во взвешенном состоянии и для получения композиционных материалов на металлической основе, упрочненных волокнами.

Очистка тугоплавких металлов на предлагаемом устройстве происходит следующим образом.

При включении двух высокочастотных генераторов 5 и 6 (частоты генераторов порядка 60-100 кГц, разность частот 0,5 кГц) ток, протекающий по индукционным обмоткам 3, возбуждает в проводящем элементе 1 вихревые токи, магнитное поле которых искажает магнитное поле индукционных обмоток, вы" тесняя его в рабочий объем устройства (фиг. 5 и 7) .

Предлагаемая схема подключения обмоток к генераторам обеспечивает создание в рабочем объеме устройства бегущего реверсируемого магнитного потока.

При помещении металла в рабочий объем устройства в этом металле воз-.

86907

Формула изобретения никают вихревые токи, которые разогревают его до температуры плавления и создают свое магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным полем устройства, создает выталкивающую силу, в результате чего происходит взвешивание жидкого металла.

Размещение индукционных обмоток на проводящем элементе позволяет скомпенсировать "вытеснение" магнитного поля индукционных обмоток магнитным полем вихревых токов жидкого металла за счет поджатия" магнитного поля обмоток снизу магнитным полем проводящего элемента (фиг. 6,8) .

Таким образом, необ одимая величина плотности магнитного поля в рабочем объеме предлагаемого устройства достигается за счет вытеснения магнитного поля индукционных обмоток магнитным полем вихревых токов проводящего элемента и увеличением (в 1,52 раза) величины тока в индукционных обмотках.

Устройство может быть использовано и для получения композиционных материалов на металлической основе, упрочненных волокнами, что происходит следующим образом.

Металл помещают в рабочий объем устройства и при подаче токов высокой частоты от генераторов 5 и 6 в нем возникают вихревые токи, которые разогревают металл до температуры плавления. Металл взвешивается под дейст35 вием сил магнитного поля. Затем в металлический расплав вводят твердые мелкодисперсные частицы упрочняющеи фазы — карбидов или окислов. Под влиянием реверсируемого бегущего магнит40 ного потока в жидком металле возникают интенсивные течения, которые вызывают перемешивание расплава и равномерное распределение частиц упрочняющей фазы в расплаве. Одновременно

45 с включением генераторов происходит взвешивание расплава. При этом металл как бы облегчается, его кажущаяся плотность становится меньше физической, и при .определенных значениях плотности тока и магнитной индукции

7 6 кажущаяся плотность металла становится равной плотности диспергированных в нем частиц. В этом случае частицы занимают в расплаве положение равновесия и не перемещаются в нем под действием гравитационных сил. После того, как частицы равномерно распределяются по всему объему расплава, частоту генераторов плавно уменьшают до затвердевания расплава.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить плавку во взвешенном состоянии наиболее тугоплавких металлов для очистки, а также получать композиционные материалы на металлической основе.

Индукционное устройство для плавки металлов во взвешенном состоянии, содержащее по меньшей мере две индукционные обмотки, выполненные в виде полых охлаждаемых трубок из токопроводящего материала, соединенных с системой охлаждения, четные из которых предназначены для присоединения к генератору одной частоты, а нечетные— к генератору, частота которого сдвинута по фазе относительно указанного генератора, размещенные на элементе, вытесняющем магнитное поле, выполненном в виде многогранника, усеченного сферой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональнь х возможностей устройства и повышения качества нагрева тугоплавких металлов, элемент, вытесняющий магнитное поле, выполнен из токопроводящего материала, например, меди, с полостью, заполненной охлаждаемой средой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2620894/24-07, кл. Н 05 В 5/08, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2682050/24-07, кл. Н 05 В 5/08, 1978.

869077

Фиг.8

Составитель О. Щедрина

Редактор Е. Папп Техоеп А.Савка Корректор С. Щомак

Заказ 8360/87 Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35д Раушская наб. д. 4 5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4