Вакуумная газоразрядная установка

 

Сущность изобретения: вакуумная газоразрядная установка содержит вакуумную камеру, управляемый источник постоянного тока для питания плазмотронов, плазмотроны, переплавляемый металл в качестве анода , соленоид, расположенный соосно с камерой и источник питания соленоида. Источник питания соленоида выполнен в виде источника переменного тока, а плазмотроны располагают в камере печи центрально-симметрично и под углом к ее оси. Установка может быть снабжена датчиком тока плазмотронов, усилителем, задатчиком тока соленоида, сумматором, причем выход датчика тока соединен с входом усилителя, а выход усилителя и выход задатчика тока соединены с входами сумматора, выход которого соединен с управляющим входом источника питания соленоида. Соленоид может быть включен в разрыв одной из фаз питающей сетки источника питания плазмотронов , источник питания соленоида может быть выполнен в виде трансформатора тока, установленного в одной из фаз питающей сети источника питания плазмотронов. Кроме того, соленоид может быть выполнен секционированным, причем секции соленоида снабжены коммутационными отпайками . 3 з.п, ф-лы, 6 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 05 В 7/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4951486/07 (22) 28.06.91 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Московский энергетический институт (72) B.P.Êîðèíåö, Ф.И.Преснов, В.С.Литвинчук, A,Â,Ëàêòèoíîâ и А,М.Кручинин (56) Бортничук Н.И. и др. Плазменно-дуговые плавильные печи. М.: Энергоиздат, 1981, с. 99 — 100.

Труды МЭИ, 1975, вып, 255, с, 138-144. (54) ВАКУУМНАЯ ГЛЗОРАЗРЯДНАЯ УСТАН0ВКА (57) Сущность изобретения; вакуумная газоразрядная установка содержит вакуумную камеру, управляемый источник постоянного тока для питания плазмотронов, плазмотроны, переплавляемый металл в качестве анода, соленоид, расположенный соосно с камерой и источник питания соленоида, Источник питаний соленоида выполнен в виде

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электротермии и может быть использовано для нагрева металлов в условиях вакуума, е частности в вакуумной злектротехнологии и злектрометаллургии.

Целью изобретения является улучшение качества переплавляемого металла и увеличения надежности работы печи путем повышений равномерности распределения мощности по поверхности переплавляемого металла.

На фиг. 1 изображен продольный разрез вакуумной газоразрядной установки; на фиг. 2 — поперечный разрез вакуумной газоразрядной, установки; на фиг. 3 — схема

„„5U„, 1815813 А1 источника переменного тока, а плазмотроны располагают в камере печи центрально-симметрично и под углом к ее оси.

Установка может быть снабжена датчиком тока плазмотронов, усилителем, задатчиком тока соленоида, сумматором, причем выход датчика тока соединен с входом усилителя, а выход усилителя и выход задатчика тока соединены с входами сумматора, выход которого соединен с управляющим входом источника питания соленоида. Соленоид может быть включен в разрыв одной из фаз питающей сетки источника питания плазмотронов, источник питания соленоида может быть выполнен в виде трансформатора тока, установленного в одной из фаз питающей сети источника питания плазмотронов.

Кроме того, соленоид может быть выполнен секционированным, причем секции соленоида снабжены коммутационными отпайками. 3 з.п, ф-лы, 6 ил. включения секционированного соленоида в разрыв одной из фаз питающей сети источника питания плазмотронов; на фиг. 4 — схема питания секционированного соленоида от трансформатора тока, установленного в одной из фаз питающей сети источника питания плазмотронов; на фиг. 5 — скорости . электронов в разрядных столбах и силы, действующие на них в продольном магнитном поле соленоида; на фиг. 6 — траектории анодных пятен и проекции разрядных столбов на поверхность анода при увеличении напряженности магнитного поля.

Вакуумная газоразрядная установка содержит вакуумную камеру 1 со средствами

1815813 откачки, плазмотроны 2, установленные на камере 1 с помощью шаровых вакуумных уплотнений с возможностью осевого перемещения 3, установленных на камере 1 электроиэолированно, переплавляемый металл 4 в водоохлаждаемом кристаллизаторе

5, установленном на камере 1 с помощью вакуумных электроизолирующих уплотнений 6, водоохлаждаемый поддон 7, бункер 8 со шнековым механизмом 9 для подачи в кристаллиэатор 5 шихты 10, соленоид 11, установленный соосно с камерой 1, управляемый источник питания плазмотронов 12, минус которого соединен с наружными частями корпусов плазмотронов, а плюс с поддоном 7, управляемый однофазный источник питания переменного тока 13, выход которого соединен с соленоидом 11, звдатчик тока соленоида 14, датчика тока плазмотронов 15, выход которого соединен с усилителем 16, сумматор 17, входы которого соединены с выходами задатчика

14 и усилителя 16, а выход соединен с управляющим входом источника питания солеиоида 13.

На фиг. 2 показан поперечный разрез вакуумной газоразрядной установки с шестью плазмотронами 2, установленными центрально симметрично, и показаны траектории 19, по которым перемещаются анодные пятна разрядных столбов 18. . На фиг, 3 показан секционированный по оси и радиусу соленоид с секциями 20. которые с помощью коммутационной панели 21 соединены последовательно и согласно для включения в фазу "А™ питающей сети источника питания плазмотронов 12.

На фиг. 4 показан секционированный по оси и радиусу соленоид с секциями 20, которые с помощью коммутационной панели 21 соединены параллельно и согласно для соединения с вторичной обмоткой трансформатора тока 22, установленного.в фазе "А" питающей сети, источника питания плазмотронов 12.

На фиг. 5 показаны разрядные столбы

18 плаэмотронов 2 в продольном магнитном поле соленоида 11, а также элементарная частица столба разряда 23. Показаны вертикальная и горизонтальная составляющие скорости частицы 23 и электродинамическая сила, действующая на эту частицу.

На фиг. 6 показаны проекции разрядных столбов на поверхность анода 24 при различных значениях индукции продольного магнитного поля, а также траектория движения анодного пятна по поверхности анода 25 при увеличении индукции продольного магнитного поля.

Работает вакуумная гаэораэрядная установка следующим образом. В камере 1 создают вакуумное разрежение 0,1-10 Па.

В полости катодов плазмотронов 2 подают плазмообразующий газ, например, аргон.

Одним из известных способов. например, пробоем разрядного промежутка, зажигают разряды 18 между катодами плазмотронов и анодом 4, Производят нагрев и плавление

10 анода, в качестве которого используется подаваемая из бункера 8 шихта 10. Подача шихты осуществляется шнековый механизмом 9. Мощность, подводимая к аноду регулируется путем регулировки тока источника

15 питания постоянного тока 12, осущйствляющего питание плазмотронов 2. Разрядные столбы 18 находятся в продольном магнитном поле, создаваемом соленоидом 11. Разрядные столбы 18 состоят иэ потока.

20 отрицательно заряженных частиц 23. которые движутся вдоль осей плазмотронов 2 по направлению к аноду 7 (фиг, 5). Если разложить скорости частиц 23 на вертикальную и горизонтальную составляющие, то для гори25 зонтальной составляющей скорости можно определить по правилу "левой руки" электродинамические силы, действующие на частицы, причем эти силы лежат в плоскости параллельной аноду 7 и направле30 ны в противоположные стороны для противоположных плазмотронов. Вертикальная составляющая скорости при этом определяет время пролета частицы от катода до анода, а произведение горизонталь35 ной составляющей скорости на индукцию магнитного поля кривизну траектории частицы в горизонтальной плоскости. На фиг. 6 показаны проекции траекторий частиц 23 на плоскость анода 4, которые представляют

40 собой дуги окружности, радиус кривизны которых при постоянной начальной скорости частиц определяется величиной магнитной индукции. Длина этих дуг 24 при постоянной начальной скорости частиц оди45 накова, что позволяет графически построить траектории анодных пятен 25, задаваясь различными значениями магнитной индук- . ции. При увеличении магнитного поля анодные пятна противоположных плазмотронов

50 движутся в противоположный стороны, При изменении направления магнитного поля на противоположное анодные пятна также будут двигаться в противоположные стороны. На фиг. 2 показаны траектории анодных

55 пятен 19 в знакопеременном магнитном поле. . При увеличении тока разряда столб разряда эа счет собственного магнитного поля становится более "жестким" и для его деформации требуется магнитное поле боль1815813 шей величины. Для того, чтобы сохранить удельный расход электроэнергии на единиформу развертки и ее размеры при измене- цу продукции, расширяются возможности нии тока разряда плаэмотронов необходи- регулировки зоны нагрева, возможна оптима регулировать магнитное поле соленоида мизэция технологического процесса, 11, например, при увеличении тока разряда 5 увеличивать ток соленоида. С этой целью нэ Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я входуправления источника питаниясолено- 1. Вакуумная газоразрядная установка, ида 13 подается через усилитель 16 и сум- содержащая вакуумную камеру, плазмотроматор 17дополнительный сигнал отдатчика ны, подключенные к одному из выводов, истока плазмотронов 15. 10 точник питания постоянного тока, второй

Соленоид может быть подключен с по- выход которого соединен с выводом камемощью коммутационной панели 21 непос- ры, а вход предназначен для подключения к редственно к одной из фаз сети питания сети, соленоид,расположенныйсоосноскаисточника 12 (фиг. 3), при этом происходит мерой, и источник. питания соленоида, о тсинхронное изменение токов в плазмотро- 15 л и ч à ю щ а я с я тем, что, с целью улучшенах и соленоиде, что позволяет стабилизи- ния качества переплавляемого металла и ровать развертку при изменении мощности увеличения надежности работы печи путем плазмотронов. Для ступенчатого регулиро- повышения рэвномерносги распределения вания магнитного поля в области столбов мощности по поверхности переплэвляемого разрядов соленоид выполнен секциониро- 20 металла, плазмотроны расположены в камеванным как по радиусу, так и по высоте и ". ре центрально-симметрично и под углом к снабжен коммутационной панелью 21. ее оси, э источник питания соленоида выС целью синхронного изменения токов полнен в виде управляемого источника пе- в плэзмотронах и соленоиде, а также согда- . - ременного тока, сования параметров сети питания плазмот- 25 2. Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а яронов с параметрами соленоида источник с я тем, что она снабжена датчиком тока питания соленоида может быть выполнен в плаэмотронов, усилителем, задатчиком тока виде трансформатора тока 22, включенного соленоида и сумматором, причем bixoддатв одну из фаз питающей сети источника. чйкэтокэ соединенсвходомусилителя, при питания плазмотронов 12 (фиг. 4). Секции 30- этом выход усилителя и выход задатчика соленоида в этом случае целесообразно тока соединены с входами сумматора, вывключать параллельно, чтобы улучшить ус- ход которого соединен с управляющим вхоловия для работы трансформатора тока, дом источника питания соленоида.

Регулируя изменение магнитного поля 3. Установка по и. 1, отл и ч а ю щ а яво времени, можно регулировать распреде- 35 с я тем, что источник питания солейоида ление мощности вдоль траектории разверт- выполнен в виде коммутационной панели, ки анодного пятна, что достигается путем подключенной к входу одной из фаз укарегулировки формы тока в соленоиде. занного источника питанйя постоянного то- .

Применение изобретения позволяет ка. получить значительный экономический эф- 40 4. Установка по пп. 1 — 3, о т л и ч а юфект эа счет улучшения качества переплав- ща я с я тем, чтосоленоид выполнен секциляемого металла и увеличения надежности Онированным, причем секции соленоиДа работы установки, При этом снижается снабжены коммутационными отпайками.

Фир/ "

80 r фУР1

f8

Р/

cuba

1815813

1815813

Составитель Ф. Преснов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Е. Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1645 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГККТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5