Устройство для плавки и электромагнитного перемешивания металла

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 н 972204(51) М. К,Г 27 В 14/06 Гееударственный комитет Опубликовано 07.11.82. Бюллетень41Дата опубликования описания 1.11.82пе делан нэееретений и открытий(54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ МЕТАЛЛАИзобретение относится к электрическому нагреву и может найти применение при индукционной плавке металла и других электротехнологических процессах, требующих взаимодействия электромагнитных полей высокой и низкой частоты. 5Известны 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. 15Наиболее 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 ин 97220430 35 40 индук- онден- сималь- зоватездуктор с батареей компенсирующих конденсаторов, подключенный одновременный к выходным зажимам двух однотипных статических преобразователей частоты, задающие генераторы в ка нале управления выходнойчастоты каждого преобразователя и регулятор частоты тока в индукторе, снабженозадатчиком частоты биений и двумя сумматорами, при этом выход одного задающегогенератора через ключ соединен с синхронизирующим входом другого задающего генератора, а управляющие входы задающихгенераторов через свои сумматоры связаныс выходом регулятора частоты тока в индукторе и с инвертированными друг относительно друга выходами задатчика частоты биений.Применение явления биений позволяетотказаться от компенсации реактивной мощности индуктора на низкой частоте, а следовательно, упростить конструкцию устройства.На фиг, 1 представлена функциональнаясхема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -осциллограмма результирующего тока в индукторе (1),Устройство содержит индуктор 1 плавильной печи, зашунтированный батареей компенсирующих конденсаторов 2 и подключенный одновременно к выходным зажимам двуходнотипных статических преобразователей3 и 4 частоты с регулируемой частотой выходного тока, задаваемой соответственно задающими генераторами 5 и 6, при этом выходзадающего генератора 6 через ключ 7 связан с синхронизирующим входом задающего генератора 5, а управляющие входы задающих генераторов 5 и 6 через сумматоры8 и 9 связаны с выходом регулятора 10 частоты тока в индукторе и с инвертированнымидруг относительно друга выходами задатчика 11 частоты биений.Устройство работает следующим образом.До момента расплавления шихты 1( 1,выходной сигнал задатчика 1 частоты биений равен нулю, а ключ 7 замкнут. В этомрежиме задающие генераторы 5 и 6, управляемые сигналом с регулятора 10, работаютс одинаковой частотой с,/ = ц = Я 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, образованномтором 1 и батареей компенсирующих ксаторов 2, и передачи в индуктор макной мощности от статических преобралей 3 и 4 частоты.После расплавления шихты (1 ) 1) ключ7 размыкается и устанавливается определенный сигнал на выходе задатчика 11 частоты биений. В этом режиме на управляющий вход генератора 5 подается сигнал с сумО 5 20 25 45 50 55 матора 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 я = ойдо +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 (д, Яр ЯВ индукторе в результате сложения двух колебаний с разными частотами д и б 5 г возникает квазигармоническое колебание, называемое биением.Основная частота биения равна полусумме частот составляющих колебаний (д + + 4/2 = (М +О+ (сА - Л) /2 = Ыо, 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 = 2 К/(, -- М 2) = 2 й/А +Л) - (Мо - Л)1 =Ю Отсюда следует, что период биения обратно пропорционален сигналу с задатчика частоты биений, С частотой 2 Я 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 2 Я сжимается и растекается.Задавая частоту Я из условия механического резонанса данной массы металла, можно значительно активизировать процесс перемешивания, а изменяя частоту Я можно управлять интенсивностью движения жидкого металла.Действующее значение тока в индукторе в режиме биений, определяемое из выраже- ниягде 1 ъ, - амплитуда тока в индукторе при синхронной работе преобразователей частоты, равно 1 м/2 при Ы 2,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 - 40% от номинальной мощности,Предлагаемое устройство испытывается при работе индукционной плавильной печи ИСТ,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 в 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 15 широкое применение в вакуумных индукционных печах, где применение других устройств ограничено малым объемом вакуумной камеры.Формула изобретенияУстройство для плавки и электромагнитного перемешивания металла, содержащее индуктор с батареей компенсирующих конденсаторов, подключенный одновременно квыходным зажимам двух однотипных статических преобразователей частоты, задающиегенераторы в канале управления выходноичастотой каждого преобразователя и регулятор частоты тока в индукторе, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и управления процессом плавки засчет 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 синхронизирующимвходом другого задающего генератора, ауправляющие входы задающих генераторовчерез свои сумматоры связаны с выходом регулятора частоты тока в индукторе и с инвертированными друг относительно другавыходами задатчика частоты биений.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР221129, кл. В 22 О 27/02, 1966.2. Авторское свидетельство СССР229759, кл. В 22 Р 27/02, 968.3. Патент Англии1415504,кл. Н 05 В 5/40, 1975.Редактор Ю. КовачЗаказ 7874/25 СоставительА. ЩербаковТехред И, Верес Корректор Г. РешетникТираж 645 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР11по делам изобретений и открыти"3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5ифилиал ППП Патент, г. Ужгоро, . Пд, ул. роектная, 4