Файл: Глебовский В.Г. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2024
Просмотров: 129
Скачиваний: 0
образца .наибольшая. Ио ему присущи « недостатки: трудности изготовления (іпрофилирова-нная 'медная трубка); повышенная .мощность генератора вследствие низкого к. іп. д.; максимально достижимая температура расплавленного металла всегда ниже, чем в индукторах типа II и III; необходимость расположения индуктора внутри реакционной камеры. Двухвитковые индукторы типов II и III значительно отличаются по своим харак теристикам от индуктора типа I. Конструкции их при ведены на рис. 28, 29. Значения Р/G в зависимости от U2 в обоих случаях монотонно растут при увеличении мощности, подводимой к индуктору (рис. 28, 29) [7]. Более высокая температура металла достигается в ре зультате большего обжатия образца полем. Вместе с тем это приводит к увеличению гидростатического дав ления в металле и парению меньшего количества ме талла по сравнению с индуктором типа I.
Рис. |
28. Схема индуктора типа II |
‘(g ) и зависимость -м о щ н о |
||
с т и , |
передаваемой |
в образец, от |
напряжения |
на индукторе |
(б); расстояние от |
центра образца |
до -плоскости ишкнего днт- |
||
|
ка индуктора постоянно, |
частота f=200 |
кГц |
Рис. 29. Схема индуктора типа III (а) н зависимость мощности, передаваемой в образец, от напряжения на индуктореСб,); рас стояние от центра образца до плоскости нижнего витка постоян но, частота f =-200 мГц
51
Индуктор тиіпа И имеет следующие характерные осо бенности :
1)максимальная разность потенциалов между вво дами ниже, чем в индукторе типа III;
2)дно индуктора не эквипотенциально, хотя низкое напряжение на нижнем витке и большое сопротивление контакта между индуктором и образцом 'исключает приваривание расплава;
3)большие потери в токоіподводах, чем в индукторе
типа III;
4) предельная температура металла при плавке всег да меньше, чем в индукторе типа III.
Для индуктора типа III справедлива характеристика индуктора типа II с тем отличием, что: 1) разность по тенциалов между вводами индуктора максимальна; 2) потери в токоподводах минимальны; 3) температура
образца наибольшая и 4) |
масса |
образца наименьшая. |
В табл. 10 обобщены |
данные |
по выбору типа гене |
ратора- и двухвитковых индукторов для плавки различ ных .металлов во взвешенном состоянии [28]. Многовитковые индукторы типа Ш, имеющие последователь ный обратный виток, получили самое широкое распро странение в практике ПВС. Преимущества этих индук торов следующие:
1)использование генераторов низкой (8— 15 кВт) и средней (30— 60 кВт) 'мощности;
2)получение электромагнитного поля практически любой конфигурации;
3)небольшая разность потенциалов на индукторе при использовании генераторов с закалочным контуром;
4)точность, с которой выполнены индукторы, не ог раничивается;
5)несложность изготовления (не требуются профи лированные трубки, газовая сварка и т. д ) ;
6)простота в эксплуатации.
Однако отметим и недостатки:
1)малая масса образца;
2)ограниченное регулирование температуры;
3)возможность прожигания индуктора жидким ме таллом.
Ранее было подробно рассмотрено поведение металла ■при плавке в многовитковом индукторе и описана взаи мосвязь между конструкцией индуктора (число витков конической части, угол наклона, количество обратных
52
витков) и параметрами взвешенного образца (удержи вание и температура металла). Строгий расчет многовиткового индуктора для ПВС в настоящее время про извести нельзя. В связи с этим подбор таких индукторов осуществляют опытным путем с учетом общих пред ставлений относительно их работы. Опишем методику
подбора |
конструкции |
многовиткового |
индуктора [11]. |
Критериями выбора |
являются стабильное удержание |
||
металла |
(определение |
места образца |
в потенциальной |
яме электромагнитного поля) и максимально возмож ное регулирование темтературы металла (твердая медь и жидкое железо). Использовали генератор типа ЛГЗ-ЗО с мощностью 30 кВт и частотой 230 кГц. Индук торы готовили из медной трубки с наружным диамет ром 4 и 6 мм. Выбор первоначальной формы, число витков конической части, угла конуса (~ 6 0 °) проводили
в соответствии |
с данными |
[46]. |
Внутренние диаметры |
нижнего витка конической |
катушки и верхнего обрат |
||
ного витка (di = |
15,5; d2= |
22 мм) |
были одинаковы для |
всех индукторов и выбраны в соответствии с необходи мой массой металла (средняя масса 3,5 г) и размером плавильной камеры. Конструкции индукторов представ лены на рис. 30 [11]. Стабильное удержание капли оп ределяли визуально: отмечали время от момента рас плавления до вытекания металла из индуктора (по следнее явление связано с поглощением жидкой медью кислорода, что снижает ее поверхностное натяжение). Результаты опытов представлены в табл. 11 [11].
Анализ табл. 11 показывает, что наряду с размером di «а подъемную силу влияет число спиральных витков. Подъемная сила индукторов Б и В значительно выше, чем у А. Влияние 'числа конических витков (п2) незна чительно. Число обратных витков (из) не должно пре вышать двух, иначе противодействие их становится слишком сильным, что приводит к уменьшению подъ емной силы. Авторы [41] подтвердили, что устойчивость металла зависит от формы индуктора, числа обратных витков п3, ».расстояния I между основными и обратны-1 ми витками (для исследованных индукторов оно сос тавляло 6— 15 мм). Известно, что увеличение напряже ния на индукторе повышает устойчивость металла, так как размеры потенциальной ямы при этом уменьшают ся. Анализ таібл. '11 показывает также,, что наиболее ус тойчиво 'металл ведет себя при плавке в индукторе Е.
53
Типы индукторов |
и мощность |
генераторов, |
позволяющих плавить |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в вакууме |
|
Частота и мощность |
Тип |
|
|
Металлы с f деЯств> /пл |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
генератора |
индук |
|
|
|
|
|
|
|
|
тора |
|
на І00?С |
значительно |
||
|
|
|
|
|
||||
f |
= |
8 кГц; |
I |
|
— |
Na |
||
Р = |
30 кВт |
II |
|
Mg |
Na |
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
і и |
|
Mg |
Na |
||
f = 22 кГц; |
I |
|
— |
Na, Al |
||||
Р |
= 25 кВт |
и |
|
Mg, Cu |
Na, |
Al |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
іи |
|
Mg, |
Cu |
Na, Al, |
Mg, Cu |
f |
= 7 0 кГц; |
I |
Mg, |
Ti, |
Mn, Fe |
Na, Al, Cu |
||
Р = |
25 кВт |
|
Co, |
Ni, |
Zr, Ag |
Na, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, |
||
|
|
|
и |
|
Ti, |
Zr |
||
|
|
|
|
|
Zr |
Cu, |
Ag |
|
|
|
|
іи |
|
То же |
|||
/ = 220 кГц; |
I |
|
Ti, |
Zr |
Na, Mg, AI, Mn, Fe, Co, |
|||
Р = |
30 кВт |
|
Nb*, |
Mo* |
Ni, Cu, Ag, Cd, Sn, Au |
|||
|
|
|
и |
Na, Mg, Al, Mn, Fe, Co, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Ni, Cu, Ag, Cd, Sn, Au, |
|
|
|
|
іи |
Nb*, |
Mo* |
Ti, |
Zr |
|
|
|
|
|
|
|
|
То же |
|
/ |
= |
220 кГц; |
I |
|
Ti, |
Zr |
Na, Mg, Al, Mn, Fe, Co, |
|
Р = |
60 кВт |
|
Nb, Mo, Ta* |
Ni, Cu, Ag, |
Cd, Sn, Au |
|||
|
|
|
и |
Na, Mg, Al, Mn, Fe, Co, |
||||
|
|
|
|
|
То же |
Ni, Cu, Ag, Cd, Sn, Au, |
||
|
|
|
і и |
|
Ti, |
Zr |
||
|
|
|
|
|
|
|
То же |
|
Переделанный на |
I |
|
|
— |
Na, Mg, Al, Mn, Fe, Co> |
|||
/ |
= |
440 кГц; |
|
|
|
|
Ni, Cu, Ag, Cd, Sn, |
|
Р = |
60 кВт |
|
Nb, Mo, Ta*, |
Au, Ti, Zr, Pt |
||||
|
|
|
II |
То же |
||||
|
|
|
|
|
W* |
|
|
|
f |
= |
440 кГц; |
і и |
|
То же |
>5 |
» |
Р= 160 кВт
*Индуктор типа I и II. *• Индуктор типа III.
Т а б л и ц а 10
металлы объемом 1,4 см3* и 0,8 см3** во взвешенном состоянии
Металлы, которые нельзя плавить на генераторах данной мощности по разным причинам
твердый металл не |
|
не внснт после |
внснт из-за боль |
^действ < ^пл |
|
шого р |
|
расплавления |
Ti, Mn, Fe, Со, Zr, Nb, Mo, Та, W
То же
»»
Ti, Zr
То же
»»
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Mg, Ni
Ni
Ni
Mg, Cu, Nb, Mo, Ta, W
Ni, Mo, Ta, W
То же
Nb, Mo, Ta, W
То же
»»
Nb, Mo, Ta, W
Ta, W
Ta, W
Nb, Mo, Ta, W
W
W
Mo, Ta, W
—
Al, Cu, Cd, Sn, Ag,
Pt, Au, Pb
То же
»»
Mn, Fe, Co, Ni, Cd,
Sn, Ag, Au, Pb, Pt
То же
»»
Cd, Sn,'_Pt, Au, Pb
То же
<Ü «
Pt, Pb
Pt, Pb
Pt, Pb
Pt, Pb
■Pt, Pb
Pt, Pb
Pb
Pb
Pb
54 |
I |
55 |
|
|
Рнс. 30 Зависимость температуры металла от напряжения
Тип ин |
Номер |
1, ММ т , мм |
|
дуктора |
кривой |
||
А ; Б |
1 |
10 |
1 |
|
2 |
10 |
1 |
|
3 |
10 |
0,1 |
|
4 |
4 |
1 |
В |
5 |
10 |
0,1 |
|
6 |
4 |
0,1 |
Тип'нн- |
Номер |
1, ММ |
т , мм |
дуктора |
кривой |
||
г |
7 |
16 |
0,1 |
|
8 |
10 |
0,1 |
д |
9 |
5 |
0,1 |
10 |
10 |
0,1 |
|
|
11 |
4 |
0,1 |
56
Тип ин |
Номер |
1, ММ |
т, мм |
дуктора |
кривой |
||
Е |
12 |
16 |
0,1 |
|
13 |
10 |
0,1 |
|
14 |
3,5 |
0,1 |
|
15 |
3,5 |
0,1 |
Ж |
16 |
10 |
0,1 |
|
17 |
16 |
0,1 |
|
18 |
20 |
0,1 |
Тип ин |
Номер |
1, мм |
т, мм |
дуктора |
кривой |
||
3 |
19 |
10 |
0,1 |
и |
20 |
10 |
0,1 |
57
Т а б л и ц а 11
Результаты опытов по плавлению меди для выбора рациональной конструкции индуктора
|
Число витков |
|
Напряжение |
Время |
|
|||
Тип |
|
|
|
Положение |
||||
|
|
|
от расплавле |
|||||
индуктора |
|
пг |
П3 |
на индукторе, |
ния до вы |
металла |
||
|
|
|
В |
текания, с |
|
|||
А |
1 |
1 |
1 |
|
300 |
в . |
р. |
_ |
|
|
|
|
|
350 |
5 0 ± |
+ |
|
Б |
2 |
1 |
1 |
|
300 |
6 1 ± 4 |
_ |
|
|
|
|
|
|
350 |
1 0 2 ± 8 |
+ |
|
В |
2 |
2 |
1 |
' |
300 |
6 8 ± 4 |
|
|
|
|
|
|
350 |
9 0 ± 3 |
— |
||
Г |
3 |
3 |
2 |
|
300 |
6 4 ± 4 |
|
|
|
|
|
|
|
350 |
81 ± 3 |
— |
|
Е |
3 |
1 |
2 |
|
300 |
6 7 ± 3 |
+ |
|
|
|
|
|
|
350 |
94 ± 3 |
н—ь |
|
П р и м е ч а н и е . |
В.р — вытекает |
до расплавления; |
« — > — неустойчиво; |
|||||
«------» — сильная неустойчивость; |
c-f* — устойчиво; с+ +» — хорошая устой |
|||||||
|
|
|
|
чивость. |
|
|
|
Эти результаты послужили основанием для определе ния более строгих зависимостей температуры образца от конфигурации индуктора и напряжения на нем. Ха рактеристики различных катушек определили при под вешивании в них образцов кубической формы и фикса ции зависимости температуры образца, которую измеря ли оптическим пирометром ОПИР-017. В индукторах А—Д использовали один обратный виток и 2—6-
витковую коническую |
катушку, |
а в индукторах |
Е— |
|||||||
И |
два |
или |
три |
обратных |
витка |
и |
четырехвитко- |
|||
вую |
катушку. |
'Кроме этого, |
изменяли |
также |
рас |
|||||
стояние |
I |
между |
основными |
и |
обратными витка |
|||||
ми |
и плотность |
намотки |
(т) |
конической части |
ка |
|||||
тушки. |
Результаты |
этих |
опытов |
представлены |
на |
рис. 30. Характерным для всех экспериментов является то, что функция t=cp(U) обладает минимумом, который соответствует положению образца в центре потенциаль ной ямы. Очевидно, что с одной стороны, для достиже ния устойчивого удержания металла необходим сдвиг минимума температуры в сторону больших напряже-
58