Устройство для перемещения электрической дуги в нагревательной установке Советский патент 1986 года по МПК H05B7/18 H05H1/24 

Изобретение относится к элерлротехнике и может быть использовс но в металлургии при плавке металлов. Известно устройство для перемещения электрической дуги в плазмотроне содержащее соосно расположенные два электрода и соленоид, причем длина соленоида больше общей длины двух электродов l . Однако в этом устройстве дуга неуправляемо перемещается вокруг оси. Это обусловлено тем, что амперова си ла, под действием которой перемещает ся дуга, появляется при взаимодейст вии однородного магнитного поля соленоида и тока дуги, горящей под углом к оси устройства. Величина угла зависит от неуправляемых процессов, происходящих в дуговом зазоре. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для перемещения электрической дуги,в нагревательной установке,содер жащее двасоосно расположенных электро да, соединенных с источником питания по постоянного тока, и связанную с источНИКОМ питания постоянного тока элек ромагнитную катушку 2j . Недостатком такого устройства невозможность перемещения дуги по заданной программе, т.е. перемещения с заданной скоростью, в любую часть пространства дугового зазора по заданной траектории. Дуга под действием амперовой силы, возник аюя(ей в неоднородном магнитном поле катушки, перемещается по краю рабочей поверхности нерасходуемого электрода вокруг его оси. Цель изобретения - улучшение качества обрабатываемого металла путем расширения диапазона перемещения дуги. Поставленная цель достигается тем что устройство для перемещения элект рическои дуги в нагревательной установке, содержащее два соосно ра.сположенных электрода, соединенных с источником питания постоянного тока и соединенную с источником питания постоянного тока электромагнитную катушку, снабжено не менее чем тремя токопроводящими стержнями, подключен ными через переключатель к источнику питания постоянного тока и установленными параллельно оси электродов на равном расстоянии друг от друга, а электромагнитная катушка расположе на в плоскости, проходящей через середину зазора между электродами перпендикулярно оси электродов. Расположение электромагнитной катушки в середине дугового зазора, перпендикулярно оси и введение трех стерл ней параллелы1о оси электродов приводит к появлению двух сил, действующих на дугу; амперовой силы Рд , появляющейся в результате взаимодействия токов в дуге и стержне, и силы Fj, , появляющейся в неоднородном магнитном поле создаваемым токами в электромагнитной катушке и токопроводящих стержнях из-за диамагнетизма плазмы, находящейся в канале дугового разряда. Величина силы Рд зависит от величин токов в дуге и стержне, а также .расстояния между ними. Величина силы F.., зависит от диаметра дуги, величины тока в ней и градиента магнитноз о поля, создаваемого токами в электромагнитной катушке и токопроводящих стержнях. Градиент магнитного поля зависит от взаимного расположения катущки и стержней, величины токов, текущих в них, и может быт1 рассчитан по формулам для кольцевого и линейного токов . Взаимное расположение электромагнитной катушки и стержней относительно устройства, также как и направление токов в них, произвольное. Под действием силы Рд дуга отталкивается или нритягивается к стержню, в котором течет ток. Под действием силы Fjj дуга всегда смещается к оси устройства. При одновременном действии сил Рд и F.p дуга перемещается на такое расстояние от оси, где эти силы равны. Перемещение вокруг оси можно осуществить путем последовательного переключения тока от стержня к стержню. Для однозначности направления перемещения дуги вокруг оси устройства необходимо не менее трех токопроводящих стержней, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Скорость перемещения зависит от величин токов, текушрх в дуге, катушке и стержне. Величины амперовой силы и силы, связанной с диагмагнетизмом плазмы, при напряженности магнитного поля. создаваемого токами в электромагнит ной катушке и токопроводящих стержнях, более 100 эрстед, намного превосходят силы, деиствуюище на дугу в приэлектродных областях. Таким образом, путем изменения величины токов в катушке и стержнях и переключением тока от стержня к стержню можно перемеш,ать дугу в пространстве дугового зазора по за данной программе, включающей в себя перемеш,ение с заданной скоростью по заданной траектории. На фиг.1 изображено устройство, обш;ий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема подключения токопроводяш 1х стержней; на фиг.4 траектория движения дуги. Устройство содержит электроды 1, электромагнитную катушку 2 (источник питания катушки не показан), токопроводящие стержни 3, токоподводы 4 токопроводяших стрежней, электродвигатели 5, винтовой привод 6, штурвал 7 для перемещения электрода, 25 В сильфон 8, камеру 9, кронштейн 10 д крепления стержней, кронштейн 11 для крепления катушки, источник 12 пита ния постоянного тока, агрегат 13 по тоянного тока типа АФД-750/1500 А, узел 14 управления током в стержнях Электромагнитная катушка 2 укреп лена кронштейном 11 и устанавливается в середине дугового зазора с помощью узла перемещения, который содержит два электродвигателя 5 и винтовых привода 6, соединенных с кронштейнами 11 посредством резьбы. Питание электромагнитной катушки осу ществляется от источника постоянного тока (не показан) . Токопроводяш е стержни укреплены кронштейнами 10 и соединены с источником 13 питания через переключатели. Конденсаторы 15 предотвращают возникновение дуги в переключателе при размыкании цепи. Пример. Диаметр угольных электродов 130 мм, средний диаметр 12 34 электромагнитной катушки 22 мм, максимальное расстояние между электродами (длина дуги) 40 мм, сечение электромагнитной катушки 15 мм, расстояние между осью устройства и токопроводящими стержнями 130 мм, число стержней 6, ток в дуге 100 А, максимальная величина тока в электромагнитной катушке 2500 А, число витков в катушке 150, максимальная величина тока в стержнях 1500 А. Перемещение дуги, представленное на фиг.З, осуществляется следующим образом. Дуга загорается в точке А, затем под действием силы Рд , перемещается в центр устройства. В это время токи в стержнях равны нулю. Затем включают ток величиной 100 А в одном из стержней и начинается последовательное переключение токов в стержнях с последовательно одновременным их увеличением. Направление токов в дуге и стержнях согласное. точке В дуга выходит на край электрода и погасает. Величина тока в стержне в этот момент 1500 А. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет перемещать дугу по заданной программе, включаеющей в себя изменение скорости и направление движения, что не достигается с помощью известных устройств для перемещения дуги. Изобретение может быть использовано в металлургии при плавке металлов. Например, использование изобретения при плавке металлов в вакуумной электродуговой печи позволяет значительно уменьшить толщину пористого слоя на поверхности выплавляемого слитка, повысить однородность жидкой ванны, и соответственно увеличить выпуск готового металла и улучшить его качество.Кроме того,повышается безопасность работы печи и уменьшеньшаются затраты на дальнейшую обработку слитков металла.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В НАГРЕВАТЕЛЬ УСТАНОВКЕ, содержащее два соосно расположенных электрода, соединенных с источником питания постоянного тока, связанного с источником питания постоянного тока, электромагнитную катушку, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества обрабатьшаемого металла путем расширения диапазона перемещения дуги, оно снабжено не менее чем тремя токопроводящими стержнями, подключенными через переключатель к источнику питания постоянного тока и установленными параллельно оси электродов на равном расстоянии друг от друга, а электромагнитная катушка расположена в плоскости, проходящей через серидину зазора между электродами перпендикулярно оси электродов.