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: 128
Скачиваний: 0
ре, и верхнего — только для нагрева с регулированием тока и частоты.
Отметим, что «а основе описанного выше полуэмпирического метода выбора установившейся температуры металла основными средствами для осуществления это
го являются либо подбор формы индуктора, либо |
при |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
менение охлаждающих га |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
зовых смесей. В качестве |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
примера |
влияния |
конст |
||||
|
|
|
|
|
|
|
рукции |
многовитковых |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
индукторов |
на |
получае |
||||
|
|
|
|
|
|
|
мую температуру |
можно |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
привести |
результаты |
[10, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
11], где для |
ряда |
индук |
||||
|
|
|
|
|
|
|
торов типа |
III |
с диамет |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ром трубки 4 и 6 мм, пи |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
таемых |
|
генератором |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ВГЗ-ЗО с частотой 230 кГц, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
осуществлен |
выбор |
двух |
||||
|
|
|
|
|
|
|
индукторов, |
|
обеспечи |
||||
|
|
|
|
|
|
|
вающих |
получение |
для |
||||
|
|
|
|
|
|
|
железа |
температур |
до |
||||
|
|
|
|
|
|
|
2300 или 2600°С. |
оказы |
|||||
Р.ис. 25. Зависимость температуры же |
Газовые |
смеси |
|||||||||||
вают существенное влия |
|||||||||||||
леза |
(масса |
i.ot |
г) |
от |
тока индукто |
||||||||
ра типа |
III |
при |
плавке |
в различных |
ние на регулирование за |
||||||||
|
|
|
газовых оредахіі |
данной |
температуры |
при |
|||||||
/ — Ar; |
2 — Na; |
3 — Не; 4 — Н3; 5 — |
|||||||||||
55% |
Аг +45% Н2; |
5 — 50% Ar +50% |
плавке |
в многовитковом |
|||||||||
|
|
Не; 7 — 25% |
Аг+75% Не |
индукторе |
типа |
III |
[25, |
||||||
40]. Заполнение реакционной |
камеры |
чистыми газами |
Ar, N2, Не, Н2 и их смесями позволяет изменять темпе ратуру железа от 1300 до 2300°С. Дополнительное регу лирование осуществляют изменением тока от 70 до 140 А (рис. 25) [40].
В заключение можно констатировать, что при ПВС можно достигать необходимую температуру металла, а также можно ее регулировать. Для двухвиткового ин дуктора это осуществляют главным образом изменени ем параметров электромагнитного поля, что не всегда удобно. Для многовитковых индукторов достижение и регулирование температуры производят либо первым путем, либо выбором формы катушки, что не предстаів"- ляет значительных трудностей. В обоих случаях исполь зуют газовые смеси.
40
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОБХОДИМОЙ УСТАНОВИВШЕЙСЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Для получения заданной стабильной температуры можно использовать двухчастотный нагрев, охлаждаю щие газовые смеси, а также другие источники нагрева (электронный луч, световой луч ксеноновой лампы ■сверхвысокого давления, лазерный луч, электромагнит ный луч с частотой, соответствующей сантиметровому или миллиметровому диапазону длин волн).
■Как видно из таібл. 4, существуют тугоплавкие ме таллы (группа 3), которые в условиях эксперимента [31] парили в индукторе, но не были расплавлены. По
этому для их дальнейшего нагрева используют' |
посто |
ронний источник тепла— электронный луч [31]. |
Кос |
венный метод нагрева находит применение еще и вслед ствие очень низкого к. п. д. индукционного нагрева, что
в основном |
обусловлено существованием 'большого за |
||
зора между индуктором и |
|||
образцом и во многом за |
|||
висит от конструкции ин |
|||
дуктора. |
|
|
|
|
Использование |
допол |
|
нительного |
нагрева пока |
||
зано на примере вольфра |
|||
ма [31], который должен 28од |
|||
плавиться |
при |
частоте |
|
440 |
кГц, |
мощности |
160 кВт в количестве 28 г
виндукторе типа II (табл.
8). На рис. 26 представле
ны экспериментально оп ределенные температуры металла в зависимости от их массы (10—28 г) и на пряжения (40—90 В) на индукторе. Очевидно, что увеличение массы об
разца не .может привести к значительному росту
температуры металла (~3000°С ). |
При указанной тем |
||
пературе |
мощность, |
излучаемая |
поверхностью образ |
ца (~ 7 ,5 |
см2, форма в виде волчка), равна 1,7 кВт, что |
||
соответствует 1,7% |
мощности, потребляемой генерато |
ром. При этом усложняется охлаждение индуктора во-
41
дой и значительно возрастает напряжение (до 300 В). Стрелкой на рис. 26 показан рост температуры метал ла после натрѳва его электронным лучом (~3700О|С). Излучаемая мощность возрастает до 3,4 кВт, т. е. до полнительно передается 1,7 кВт, что «составляет 68% от о«бщей «мощности электроннолучевой установки (2,5 кВт).
Аналогичные результаты получены при плавке нио
бия |
(масса 30 г) в индукторе |
типа I |
«с напряжением |
30 |
В, «мощность генератора 25 |
кВт и |
частотой 80 «кГц. |
Тем«пература металла составляла 2100°С, что в пересче те на «поглощаемую мощность составляет 0,5 кВт, или 2% «мощности, потребляемой генератором. Электронным лучом металл был нагрет до «плавления ~2415°С, а мощность при этом составляла «1,2 кВт. Поверхность металла излучала ~ И «кВт. Значит электронный луч до полнительно передал не «менее 0,5 кВт, или 40% мощно сти, потребляемой электроннолучевой установ«кой.
«Плавку ниобия без дополнительного «нагрева осуще ствляют в индукторе того же типа, используя генератор мощно'стыо 60 кВт, частотой 440 кГц и напряжением на индукторе 160 В. Таким образом, описанный выше «на грев позволяет снизить мощность генератора с 60—55 до 25 кВт и напряжение с 160— 180 до 30 В.
Дополнительный нагрев применяют также в особых специфических случаях, например, «при плавке кремтшя. Известно, что у чистого кремния чрезвычайно большое электросопротивле«ние, поэтому нр«и обычных частотах («по'рядка сотен килогерц) и «мощности (десятки кило ватт) он «не может находиться во взвешенном состоянии. С ростом температуры электросопротивление его пада ет, особенно резко при температуре плавления, и по этому для плавления «кремния во взвешенном состоянии его необходимо нагреть в печи «сопротивления или элек тронным лучом. Если частота поля тори .плавке крем ния составляет около 200 «кГц, образец должен быть на грет до 1000°С, а при частотах 70—80 «кГц— до 1400°С.
Двух'частотньтй нагрев исследован менее подробно1. Опыты проводили на «воздухе «с алюминием. Индуктор ■для удерживания металла «был подключен к маши«ніно«му генератору с частотой 8 кГц. а индуктор для нагрева — от лампового генератора с f= 4 4 0 кГц. Испытали «пять
1 С и д о р о в а Т. А. Получение заданной установившейся тем пературы «металла, удерживаемого электромагнитным полем. Автореф. канд. дне. Ленинград, 1967.
42
различных двухвитковых индукторов, создающих двух частотное поле. Наиболее рациональными оказались: ин дуктор типа I (удерживание) — одиночный виток, по мещенный над основным (нагрев); индуктор типа II— одиночный виток, помещенный между витками основно го; индуктор типа III — одиночный виток, помещенный над основным индуктором. Таким образом, хотя 'допол нительный нагрев и дает ряд преимуществ, в настоящее время при ПВС его используют редко вследствие кон структивных сложностей.
'Сведения, изложенные в .гл. I, о поведении металла при ПВС о развитием .метода будут пополняться, одна ко и сейчас их достаточно для обоснованного выбора технологииеокого оборудоваіния.
Г л а в а 2
ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПВС
ВЫБОР ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
В СССР выпускаются высокочастотные ламповые ге нераторы мощностью от 0,25 до 400 кВт и с частотой от 66 кГц до 2375 МГц [26, с. 5]. Ламповые генераторы делятся на две категории:
1)для индукционного нагрева проводящих материа лов в электромагнитном поле индуктора;
2)для нагрева диэлектрических материалов в элек трическом поле рабочего конденсатора.
Вэтом разделе будут рассмотрены характеристики генераторов первой категории, которые выпускаются или намечены к выпуску отечественной промышленностью. Установки типа ВЧИ-63/0,44 ЗП представляют новую серию приборов при частоте 440 кГц мощностью 10, 25
и63 кВт (табл. 5) [26, с. 5]. Условно по мощности все названные генераторы можно разделить на три группы:
•первая — мощностью 10— 13, вторая 25—63 и третья 1О0 кВт и выше. Генераторы первой группы типа ЛЗ-ІЗ и ВЧИ-10/0,44-ПТ имеют одноконтурную схему и снаб жены неуправляемым выпрямителем, .собранным на ше сти тиратронах по трехфазной двухполупериодной схеме. Генераторы второй и третьей .групп собраны .по двухкоя-
турной схеме с плавно 'регулируемой |
связью между |
контурами. Регулирование мощности |
осуществляется |
43
Т а б л и ц а 5
Характеристика высокочастотных ламповых генераторов для индукционного нагрева и плавления
Тип |
|
|
|
|
Напряже |
Колеба- |
Рабочая |
|
|
Назначение |
ние |
тельная |
|||||
установки |
|
питающей |
мощность, |
частота, кГц |
||||
|
|
|
|
|
сети, В |
кВт |
|
|
ЛЗ-ІЗ |
|
|
|
|
220; 380 |
10 |
440 ±2,5% |
|
Л31-25 |
|
|
|
|
220; 380 |
25 |
|
|
Л32-67 |
Поверхностная |
закал |
380 |
63 |
|
|||
ка |
различных |
деталей |
■6 6 ± 1 2 % |
|||||
|
|
|
||||||
ЛЗ-107В |
и |
индукционный на |
380 |
100 |
|
|||
ЛЗ-167 |
грев под обработку |
|
160 |
|
||||
давлением |
|
380 |
|
|||||
ВЧИ-63/0, |
|
|
|
|
380 |
63 |
440 ±2,5% |
|
44-ЗП |
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЧИ -63/0,44 |
Поверхностная |
закал- |
380 |
63 |
440±2,5% |
|||
|
ка |
сегментов |
|
|
|
|
||
ВЧИ-10/0, |
Плавка, центробежная |
220; 380 |
10 |
440±2,5% |
||||
44-ПТ |
отливка |
мелких дета |
|
|
|
|||
|
лей |
|
|
|
|
|
|
|
ВЧИ-25/0, |
Плавка металлов |
220; 380 |
25 |
66±12% |
||||
07-ПТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЧГ1-60 НМ Наплавка |
твердым |
380 |
63 |
440±2,5% |
||||
|
сплавом'буровых долот |
|
|
|
||||
ВЧИ-63/5, |
Нагрев |
ионизирован |
380 |
63 |
5280 ±2,5% |
|||
28-ПГ |
ных газов |
|
|
|
|
(перемещением 'короткозамкнутой катушки индуктивно сти анодного контура. Выпрямитель этих генераторов управляется и питается стабилизированным напряжени ем. Выпрямитель собран на семи тиратронах по трех фазной полупериодной системе с нулевым вентилем. Подробное описание схем ламповых генераторов и пара метров систем колебательных контуров приведено в специальной литературе [26, с. 23, 33, 44, 53]. Там же представлено общее рассмотрение влияния нагреваемого материала на параметры индукторов и осуществлено определение оптимальных размеров катушек шадуктив-
44
ностіі На высоких частотах. Для двухвитковых индукто ров разработаны две 'методики экспериментального под- 'бора высокочастотных генераторов. Первая методика состоит о определении частоты .генератора при условии, ■что известны коэффициент А индуктора и мощность, ко торую необходимо подвести к заданному объему металла для нагрева его до определенной температуры. Вторая методика состоит в том, что, задаваясь часто той поля, определяют тип индуктора (коэффициент А) и массу металла. Однако следует учесть, что при работе с двухвиткоівьш индуктором в полях различной частоты с изменением f и у изменяется напряжение на индукто ре. Это выражается в следующем виде:
U'=U'VW$-
Формула (3*1) справедлива при А — const, |
т. е. |
для |
|||
одной и той же конструкции индуктор а- |
и |
положения |
|||
металла в нем. |
|
|
|
|
|
В качестве примера произведем выбор частоты |
ге |
||||
нератора для нагрева |
молибденового шарика, который |
||||
должен |
удерживаться |
во взвешенном |
состоянии |
при |
|
1900О|С |
[27]. Для этого необходимо экспериментально |
определить зависимость между температурой металла и коэффициентом А. Использовали генератор іс частотой 260 кГц и двухвиткоівый индуктор с неизвестным значе нием коэффициента А. Масса шарового образца 12,9 г, нагрев проводили в вакууме. Зная t и определив Ps, рассчитывали значения А по формуле (26). Результаты приведены в табл. 6 [27].
Из табл. 6 следует, что расчетные температуры всег да >1900°С. Необходимую температуру можно получить следующим образом. Во-первых, изменить частоту поля, например, уменьшить. При частоте 70 кГц по формуле (16) нужная мощность может быть обеспечена при А — ='0,5, т. е. в том же самом индукторе (см. табл. 6). Вовторых, сохранив частоту постоянной, подобрать индук тор с другим значением А. Для частоты 260 кГц Л = =0,95, что соответствует индуктору типа I. В-третьих, изменить f и А. При частоте 440 кГц А = 1,25, но ввидѵ
того, что Л < |
1, то в таком индукторе |
нельзя получить |
|
заданную температуру при указанной |
маосе |
образца. |
|
В-четвертых, подобрать .массу шарика. |
Если |
выбрать |
|
индуктор типа |
I с Л = 0,95, то .нужная |
температура бу |
дет получена при массе образца ~ 3 г.
45