Индукционная плавильная установка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОЕ И ВН 05 В ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) А.В.Иванов и П,С,Ройзман (71) Уфимский орде онный институт им. Бюл. В М,М.М менк и нина а о Ордж аСе икидГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Слухоцкий А.Е. и др. Установка индукционного нагрева. Л., Энергоиздат, 1981, с. 247.2. Авторское свидетельство СССР Ф 434627, кл. Р 270 11/12, 1982.3, Электропечь ИСВ, 5- НИ-ИЗ. Схема принципиальная электрическая. М., ВНИИЭТО, 1976.(54)(57) 1. ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры, и подключены к выходу статического преобразовате ля частоты с задающим генератором на входе, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности установки, она снабжена датчиками напряжения каждой катушки, коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и блоком автоподстройки частоты, выходы датчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первому входу блока сравнения и сигнальному входу блока автоподстройки частоты, к выходу которого подключенуправляющий вход задающего генератора, а к управляющему входу - выход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения, связанного управляющим входом с выходом генератора низкой час- Я тоты и счетным входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов, причем резонансные контуры настроены на различные частоты.2. Установка по п, 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок авто- подстройки выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, сигнальный вход которого служит первым входом, управляющий вход - вторым входом, а выход - выходом блока автоподстройки.3. Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок авто 1145494подстройки частоты содержит блоксравнения, задатчик и датчик фазы,к первому входу которого подключенвыход задающего генератора, а второйслужит первым входом блока автоподстройки частоты, вторым входом которого служит вход задатчика фазы, авыходом - выход блока сравнения, ковходам которого подключены выходыдатчика и задатчика фазы.Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам для управления тепловым и гидродинамическим режимом индукционных установок для плавки, перемешивания или транспортировки жидкого .металла,Известны индукционные установки, содержащие источник питания повышенной частоты и многофазный индуктор, многофазный источник питания низ кой частоты, а также дополнительный индуктор, причем источник питания повышенной частоты подключен к дополнительному (греющему) индуктору, а многофазный источник питания подклю чен к многофазному индуктору 1 .Во втором варианте устройства индуктор один, но имеется силовой коммутатор, предназначенный для периодического подключения источников 20 высокой и низкой частоты к индуктору.Недостатки этих устройств - сложность схемы и конструкции, связанная с необходимостью двух источников питания - для нагрева и перемешива- у 5 ния металла, а также узость функциональных возможностей, обусловленная нерегулируемостью параметров техпроцесса.30Известна также индукционная уста- . новка, содержащая многофазный источник питания и многофазный индуктор 21 .Однако в данной установке и нагрев и перемещение металла осуществ 35 ляются полем одной частоты, что искаочает раздельное регулирование температуры и скорости перемещения и, следовательно, ограничивает функцио 40 нальные,возможности устройства.Р Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является индукционная плавильная установка, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры, и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе И ,Недостатком известной установки является низкая производительность, связанная с тем, что операции плавки и перемешивание не совмещены по времени. Кроме того, в ней невозможно одновременное раздельное регулирование плавки и перемешивание расплава.Цель изобретения - повышение производительности установки.Поставленная цель достигается тем; что индукционная плавильная установка, содержащая индуктор, по меньшей мере две катушки которого установлены последовательно вдоль оси тигля, снабжены компенсирующими конденсаторами, образующими с ними резонансные контуры,и подключены к выходу статического преобразователя частоты с задающим генератором на входе, снабжена датчиками напряжения каждой катушки, коммутатором каналов, распределителем импульсов, генератором низкой частоты с датчиком скорости движения расплава .на входе, задатчиком напряжения, блоком сравнения и бпоком автоподстройки частоты, выходыдатчиков напряжения через коммутатор каналов подключены к первым входам блока сравнения и блока авто- подстройки частоты, к выходу которо45494 а 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 3го подключен управляющий вход задающего генератора, а к второму .входу- выход блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика напряжения, связанного входом с выходом генератора низкой частоты и входом распределителя импульсов, подключенного выходом к управляющему входу коммутатора каналов, причем резонансные контуры настроены на различные частоты.Кроме того, блок автоподстройки может быть выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, сигнальный вход которого служит первым входом, управляющий вход - вторым входом, а выход - выходом блока автоподстройки.Блок автоподстройки может также содержать блок сравнения., задатчик .и датчик Фазы, к первому входу которого подключен выход задающего генератора, а второй служит первым входом блока автоподстройки частоты, вторым входом которого служит вход задатчика фазы, а выходом - выход блока сравнения, ко входам которого подключены выходы датчика и задатчика фазы.1На фиг. 1 показана установка, блок-схема, на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу; на фиг. 3 и фиг. 4 - два варианта выполнения установки, блок-схемы.На графиках фиг. 2 показаны зависимости амплитуды напряжения повышенной частоты катушек У 1, У 4, 05 от частоты выходного напряжения преобразователя частоты Г, график изменения частоты Г во времени С, а также временные диаграммы выходных напряжений генератора низкой частоты Ц,1; задатчика напряжения Бь, напряжений катушек , 14, Б 5 и давлений сжатия расплава Р Р 4, Р в зонах, где рас 1 плав охвачен катушками соответствующих фаз.Источник питания выполнен в виде статического преобразователя 1, мно- . гофазный индуктор 2, фаэные катушки которого 3-5 соединены с компенсирующими конденсаторами 6-8 и подключены к источнику 1. В случае использования в качестве источника 1 инвертора тока фазные катушки 3-5 соединены последовательно между со - бой и зашунтированы компенсирующими конденсаторами 6-8. Если используется инвертор напряжения, возможнопараллельное подключение к выходуинвертора последовательных резонансных контуров, образованных катушками и компенсирующими конденсаторами.Вход управляемого генератора 11 низкой частоты подключен к задатчику 10скорости движения расплава, а вьгход - к счетному входу распределителя 12 импульсов и управляющему входузадатчика 18 напряжения, выходы распределителя 12 импульсов соединеныс управляющими входами коммутатораканалов 13, сигнальные входы которогочерез датчики напряжения 14-16 связаны с катушками 3-5 индуктора 2,а выход соединен с сигнальным входомблока 17 автоподстройки частоты ивходом сравнивающего устройства 19,выход блока автоподстройки частоты 17 соединен со входом задающегогенератора 9, а выход сравнивающегоустройства 19 подключен к управляющему входу блока автоподстройки частоты 17. В первом варианте (фиг. 3) блок автоподстройки частоты 17 содержит блок 20 сравнения, задатчик фазы 21 и датчик фазы 22, первый вход измерителя фазы связан с выходом задающего генератора 9, второй служит входом блока 17 автоподстройки частоты, а выход подключен ко входу сравнивающего устройства 20, второй выход которого связан с выходом задатчика фазы 21, а выход является выходом блока автоподстройки частоты 17 и связан со входом управления частотой задающего генератора 9.Во втором варианте (фиг. 4) блок 17 автоподстройки частоты со- . держит управляемое. Фаэосдвигающее устройство 23, управляющий вход которого связан с выходом сравнивающего устройства 19, а выход связан со входом задающего генератора 9. Конкретное схемное и конструктивное исполнение блоков устройства может быть следующим. В качестве блока 1 используется инвертор резонансного типа с обратными диодами. Задающий генератор 9 может быть выполнен по схеме яультивибратора на однопереходном транзис,торе, .сопротивление хронирующей цепикоторого выполнено в виде транзисто- . ра, базовая цепь которого служит вхо 3 11454 дом для управления частотой. Мульти- вибратор имеет также вход внешней синхронизации, подключенный к эмиттеру однопереходного транзистора. Задатчик скорости движения, расплава 10- стабилизатор постоянного напряжения с делителем напряжения на выходе. Блок 11 - управляемый по частоте мультивибратор.Блок 12 выполнен в виде кольцево го счетчика, блок 13 состоит из транзисторов по числу каналов, блоки 14- 16 - трансформаторы напряжения. Блок 17 в первом варианте содержит измеритель фазы 22 по схеме Фазометр 15 или Фазовый детектор, задатчик постоянного сигнала 21.Блоки сравнения 19 и 20 выполнены на операционных усилителях, причем вычитающий вход устройства 19 снаб жен выпрямителем,Во втором варианте блок 17 выполнен в виде управляемого фазосдвигающего устройства, представляющего иэ себя схему задержки со входом 25 управления величиной .задержки.Блок 18 выполнен в виде автогенератора синусоидальных колебаний с цепью автоподстройки частоты под частоту импульсов блока 11 и выпрямителем 3 О на выходе.Установка работает следующим образом.Задающий генератор 9 вырабатывает импульс с частотой и Фазой, определяемой сигналом блока 17. Частота выходного тока (напряжения) источника 1 задана частотой импульсов задающего генератора 9. При отсутствии сигнала с блока 19 сравнения 4 под действием сигнала с блока 17 происходит автоматическая настройка источника 1 на резонансную частоту резонансного контура, образованного катушкой и конденсатором, датчик напряжения которой связан с блоком 17 коммутатором 13.На второй вход блока 17 (фиг. 3) постоянно поступают импульсы задающего генератора 9, несущие информацию о фазе выходного тока источника 1. Сигнал разности фаз напряжения и тока с выхода блока 22 в блоке 20 сравнивается с сигналом от задатчика фазы 21 и разностный сигнал воздействует на частоту Е зацающего генератора 9, в результате чего происходит настройка источника 1 на часто 94 Ьту, соответствующую заданному фазовому углу. При заданном фазовом угле, равном нулю, происходит подстройка на резонансную частоту соответствующего контура,Подстройка на заданный сдвиг фаз (фиг. 4) происходит путем синхрони 1 зации импульсов задающего генератора 9 с импульсами блока 23, полученными сдвигом сигнала Б напряжения на фазной катушке (например Н) на некоторую фазу, пропорциональную сигналу блока 19.При изменении сигнала с блока 19 происходит пропорциональное изменение сдвига фаз между выходным током источника и напряжением на резонансном контуре, с которым связан блок 17 автоподстройки частоты и соответствующее изменение амплитуды напряжения повышенной частоты на фазной катушке.При переключении каналом коммутатора происходит поочередная подстройка на заданный сдвиг фаз в различных катушках индуктора, причем необходимый период подстройки, соответствующий порядку расположения катушек 3-5 вдоль оси индуктора в пространстве, обеспечивается работой пересчетной схемы 12, а период переключений Т задан периодом генерации генератора 11 Т и числом Фаз.Таким образом, происходит поочередное возбуждение электромагнитного поля повышения частоты в зонах катушек с одновременным регулированием амплитуды напряженности магнитного поля по сигналу задатчика 18.На фиг. 2 приведены временные диаграммы циклического изменения напряжений фазных катушек индуктора Уэ, Б 4, Н за счет изменения частоты Г источника 1. За счет электродинамического взаимодействия индуктированного в нагреваемом металле тока и магнитного поля индуктора расплавленный металл в индукторе обжимается электромагнитным полем. Создаваемые электродинамическими сигналами давления сжатия Р возрастают от поверхности расплава к оси индуктора, Давление сжатия пропорционально квадрату напряженности магнитного поля в зазоре индуктора. На фиг. 2 показаны временные диаграммы изменения давления сжатия расплава Р, Р 4, Р в зонах, где последний охватывается катушками различных Фаз индуктора.ударного характера электродинамических воздействий на расплав и конструктивные элементы индукционной установки при перестройках частоты Г,а также регулировать среднее значение напряжения повышенной частоты,определяющее температуру расплава., Расширение функциональных возможностей обусловлено тем, что данная 1 р установка позволяет непрерывно инезависимо регулировать температурурасплава и скорость его движения,При этом повышенная частота выбирается в диапазоне, оптимальном с точки зрения эффективности нагрева металла, например 1-4 кй, а периоднизкой частоты можно установить оптимальным для обеспечения заданнойинтенсивности движения расплава 2 О (единицы и десятые доли секунды),Движение расплава со скоростями 0,5-1,0 м/с существенно активизирует массообменные процессы, что сокращает длительность процессов легирования и рафинирования сплавов, повышает качество металла и стабильность его свойств. 7 1145494Поскольку, зоны, охватываемые катушками 3-5, смещены друг относитель но друга в пространстве, а давление сжатия действует в зонах фаэйых катушек с соответствующим сдвигом во времениобласть максимального давления сжатия в расплаве перемещается от одной зоны к другой, смежной с предыдущей, вызывая направленное движение расплава в индукторе эа счет последовательного выталкивания расплава из одной эоны в другую.Таким образом, предлагаемое устройство управления индукционной установкой позволяет одновременно с , нагревом металла полем повышенной частоты создавать направленное движение расплава. Изменяя с помощью эадатчика 10 период Тгнч задающего генератора низкой частоты, можно в широких пределах регулировать скорость движения расплава совершенно независимо от величины повышенной частоты источника 1.Иодуляция амплитуды напряжения фаэных катушек индуктора 0, 13, П в течение периода Т по сигналу задатчика 18 позволяет избежать