Устройство для плавки и электромагнитного перемешивания металла

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

1»972204 (61) Дополнительное к а вт. с вид- ву— (22) Заявлено 08.01.81 (21) 323364!/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

F 27 В 14/06

Гееудерственный комитет

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 17.11.82 (53) ДК 669.187..2 (088.8) пе делан нэееретений и открытий (72) Авторы изобретения

Н. И. Петриди и Е. И. Снятков,(„,/

Уфимский авиационный институт им. С. Орджоникидзе-(71) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

МЕТАЛЛА

Изобретение относится к электрическому нагреву и может найти применение при индукционной плавке металла и других электротехнологических процессах, требующих взаимодействия электромагнитных полей высокой и низкой частоты. 5

Известны устройства для плавки и электромагнитного перемешивания жидкого металла, в которых металл нагревают до расплавления, а затем с целью интенсивного перемешивания и улучшения качества металла на жидкий металл воздействуют электромагнитным полем низкой частоты (1) и (2).

Однако поле низкой частоты создают с помощью статоров, что значительно усложняет конструкцию плавильной печи, увеличивает габариты и вес. 15

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для плавки и электромагнитного перемешивания металла, содержащее индуктор с батареей компенсирующих конденсаторов, подключенный одновременно к выходным зажимам двух однотипных статических преобразователей частоты, задающие генераторы в канале управления выходной частотой каждого преобразователя и регулятор частоты тока в индукторе (3).

Недостатком устройства является то, что компенсация реактивной мощности индуктора на низкой частоте требует значительного увеличения емкости компенсирующей батареи, что наряду с применением силовой коммутационной аппаратуры приводит к увеличению веса, габаритов и стоимости устройства.

Активная мощность, выделяющаяся в расплаве в процессе перемешивания на низкой частоте, ниже тепловых потерь печи, поэтому расплав быстро охлаждается и требуется периодическое подключение высокочастотного генератора для подогрева расплава, что ограничивает длительность непрерывного перемешивания и усложняет процесс управления плавкой.

Цель изобретения — упрощение конструкции и управления процессом плавки за счет применения явлений биений электрических колебаний для электромагнитного перемешивания металла.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для плавки и электромагнитного перемешивания металла, содержащее ин972204!

0 !

30

40

55 з дуктор с батареей компенсирующих конденсаторов, подключенный одновременный к выходным зажимам двух однотипных статических преобразователей частоты, задающие генераторы в ка нале управления выходной частоты каждого преобразователя и регулятор частоты тока в индукторе, снабжено задатчиком частоты биений и двумя сумматорами, при этом выход одного задающего генератора через ключ соединен с синхронизирующим входом другого задающего генератора, а управляющие входы задающих генераторов через свои сумматоры связаны с выходом регулятора частоты тока в индукторе и с инвертированными друг относительно друга выходами задатчика частоты биений.

Применение явления биений позволяет отказаться от компенсации реактивной мощности индуктора на низкой частоте, а следовательно, упростить конструкцию устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— осциллограмма результирующего тока в индукторе (i>).

Устройство содержит индуктор 1 плавильной печи, зашунтированный батареей компенсирующих конденсаторов 2 и подключенный одновременно к выходным зажимам двух однотипных статических преобразователей

3 и 4 частоты с регулируемой частотой выходного тока, задаваемой соответственно задающими генераторами 5 и 6, при этом выход задающего генератора 6 через ключ 7 связан с синхронизирующим входом задающего генератора 5, а управляющие входы задающих генераторов 5 и 6 через сумматоры

8 и 9 связаны с выходом регулятора 10 частоты тока в индукторе и с инвертированными друг относительно друга выходами задатчика 11 частоты биений.

Устройство работает следующим образом.

До момента расплавления шихты t < t выходной сигнал задатчика 1! частоты биений равен нулю, а ключ 7 замкнут. В этом режиме задающие генераторы 5 и 6, управляемые сигналом с регулятора 10, работают с одинаковой частото" cd< — — ц = Q и синхронно за счет синхронизирующего воздействия выходных импульсов генератора 6 на генератор 5 через ключ 7. Через индуктор протекает переменный ток с частотой Яр, которая выбирается из условия резонанса в колебательном контуре, образованном индуктором 1 и батареей компенсирующих конденсаторов 2, и передачи в индуктор максимальной мощности от статических преобразователей 3 и 4 частоты.

После расплавления шихты (t ) ti) ключ

7 размыкается и устанавливается определенный сигнал на выходе задатчика 11 частоты биений. В этом режиме на управляющий вход генератора 5 подается сигнал с сумматора 8, равный сумме сигналов регулятора 10 и задатчика 11 частоты биений, в результате чего генератор 5, а следовательно, и преобразователь 3 частоты начинают работать с частотой Q< = Я +Я .. На управляющий вход генератора 6 подается сигнал с сумматора 9, равный разности сигналов с регулятора 10 и задатчика 11 частоты биений, в результате чего генератор 6 и преобразователь 4 частоты начинают работать с. частотои g = Яр Я

В индукторе в результате сложения двух колебаний с разными частотами <д и д г возникает квазигармоническое колебание, называемое биением.

Основная частота биения равна полусумме частот составляющих колебаний (d +

+cSg/2 = (((dp +О+ (credo — Л))/2 = а4, Отсюда следует, что частота высокочастотных колебаний в индукторе не изменилась, следовательно, не требуется изменения емкости батареи компенсирующих конденсаторов для поддержания резонанса в колебательном контуре 1 — 2.

Период биения определяется разностью частот составляющих колебаний Т = 2К/(U — (д2) = 2й/(((4 +Л) — ((до — Л) ) = Х/Л.

Отсюда следует, что период биения обратно пропорционален сигналу с задатчика частоты биений. С частотой 2Я периодически по косинусоидальному закону изменяется амплитуда тока в индукторе, а следовательно, и сила, действующая в радиальном направлении на стол жидкого металла, в результате этого стол металла периодически с частотой 2Я сжимается и растекается.

Задавая частотуЯ из условия механического резонанса данной массы металла, можно значительно активизировать процесс перемешивания, а изменяя частоту R, можно управлять интенсивностью движения жидкого металла.

Действующее значение тока в индукторе в режиме биений, определяемое из выражения

1=

t где 1м — амплитуда тока в индукторе при синхронной работе преобразователей частоты, равно 1м/2 при Ы ))Я,что в !2 раз меньше действующего значения тока в индукторе в режиме синхронной работы преобразователя частоты. Следовательно, активная мощность, передаваемая в металл в режиме биений, в 2 раза ниже мощности в режиме синхронной работы преобразователей частоты.

Однако эта мощность превышает мощность тепловых потерь индукционной печи, что обеспечивает перегрев расплава до заданной температуры и позволяет осуществлять непрерывное перемешивание расплава. Обычно в процессе обработки расплава мощность, потребляемая плавильной печью, составляет 20—

40О/р от номинальной мощности.

972204

Предлагаемое устройство испытывается при работе индукционной плавильной печи ИСТ-0,16 от двухмостового тиристорного преобразователя частоты мощностью 120 кВт и частотой 2400 Гц. При этом каждый инвертирующий мост преобразователя частоты имеет свой задающий генератор, управляющие входы которых связаны с задатчиком частоты биений и регулятором частоты тока в индукторе по предлагаемой схеме.

Частота биений изменяется в пределах

0,1 †1 Гц. Увеличение интенсивности движения жидкого металла фиксируют по изменению высоты мениска столба жидкого металла и появлению турбулентных течений на поверхности металла.

Предлагаемое устройство может найти широкое применение в вакуумных индукционных печах, где применение других устройств ограничено малым объемом вакуумной камеры.

Формула изобретения

Устройство для плавки и электромагнитного перемешивания металла, содержащее индуктор с батареей компенсирующих конденсаторов, подключенный одновременно к выходным зажимам двух однотипных статических преобразователей частоты, задающие генераторы в канале управления выходной частотой каждого преобразователя и регулятор частоты тока в индукторе, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и управления процессом плавки за счет применения явления биений электрических колебаний для электромагнитного перемешивания металла, оно снабжено задатчиком частоты биений и двумя сумматорами, при этом выход одного задающего генератора через ключ соединен с синхронизирующим входом другого задающего генератора, а управляющие входы задающих генераторов через свои сумматоры связаны с выходом регулятора частоты тока в индукторе и с инвертированными друг относительно друга выходами задатчика частоты биений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 221129, кл. В 22 D 27/02, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР № 229759, кл. В 22 D 27/02, 1968.

3. Патент Англии № 1415504, кл. Н 05 В 5/40, 1975.

972204

Редактор Ю. Ковач

Заказ 7874/25

СоставительА Шербаков

Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

ll по делам изобретений и открыти"

3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 и

Филиал ППП «Патент», г. Ужгоро, . П д, ул. роектная, 4