Индукционная печь газостата Советский патент 1990 года по МПК B22F3/15 

сс со

Изобретение относится к порогако- яой металлургии, в частности к печам установок для газостатического прессования изделий из порошков.

Лелью изобретения является упрощение конструкции и повышение производительности за счет увеличения рабочей зоны печи.

; На чертеже показана схема индукционной печи газостата.

Печь газостата выполнена следзпо- щим образом.

Печь 1 помещена в герметизируемый контейнер 2, в котором давление рабочей среды может меняться от 0,01 до 200 МПа, Она содержит индукционный нагреватель 3, выполненный в виде-цилиндрического индуктора, например,из молибдена, с контактами 4, 5 для подвода питания. Снаружи нагревателя 3 и внутри него размещены газоплотньш перевернутые стаканы б, 7с электро- и теплоизоляционными материалом 8 ; между ними. Наружный стакан 6, выполненный из электропроводного материала, одновременно служит токоподводом и замыкает на себя электромагнитные силовые линии витков индуктора, предотвращая разогрев стенок контейнера. Внутренний стакан 7 выполнен из Маг- нитопронйцаемого во всем диапазоне частот материала, например из немагнитной стали, толщиной 0,3-0,5 мм.

Во внутреннем стакане 7 на элект- ро- и теплоизоляционной подставке 9, например, из нитрида кремния размещен электропроводный стакан 10 (ипи несколько стаканов) с изделием 11. Стакан 10 (или стаканы) выполнен со ступенчатой наружной поверхностью с максимальной толщиной внизу и мшшмальч- ной вверху. Толщина стенки вверху и внизу, а также материал стакана (стаканов) 10 выбираются из условия эффективного прогрева одной из граничных частот индуктора и слабым прогревом другой. В зависимости от диаметра стакана 10 нижний предел частот может бить 50 Гц, а верхний 10000 Гц Стакан 10 может быть выполнен, например, из графита,- В рабочей зоне печи J установлены по высоте термопары 12, 13, 1А (датчики температуры). Система питания содержит преобразователь 15 частоты со средствами Дна фиг.i не обозначены) изменения частоты. Система управления снабжена регулятором 16 температуры, вход ко

5

0

5

0

5

0

5

0

5

торого соединен с двумя термопарами 12, 1А, а выход - со средствами из- менет ия частоты преобразователя 15, а также регулятором 17 напряжения,вход которого соединен с одной из указанных термопар, например 12, а выход - со входом преобразователя 15 частоты. Индукционная печь газостата работает следующим образом. При низком давлении в.контейнере газостата (до 5 МПа) требуется практически равномерный по высоте прогрев стакана 10. Для этого за счет регулятора 16 и преобразевателя 15 частоты к индуктору 13 подводится ток соответствующей частоты, обеспечивающ1Й прогрев слоя стакана 10, по толщине, определяемой глубиной прогрева для данной частоты. В случае, если показания термопарь- 12 выше показаний термопары 14, то по сигналу регулятора 16 частоты, частота переменного тока понижается и толщина прогреваемого слоя стакана 10 увеличивается, при этом большая часть энергии нагрева выделяется на стакане 10 в зоне с более толстой стенкойj т.е. ближе к зоне установки термопары 14. Таким образом удается свести к минимуму разность в .показаниях термопар 12 и 14. В случае повышения-показаний Н1-ркней термопары 14, регулятор 16 частоты увеличивает частоту преобразователя 15, уменьшая глубину прогрева .(т.е. температуру в зоне установки термопары 14) и повышая температуру в зоне установки термопары 12.

Если-при этом температура в зоне установки термопары 12 меньше (больше) заданного уровня, то регулятор 17 напряжения увеличивает (уменьшает) напряжение на входе в преобразователь 15, изменяя-таким образом подводимую мощность, позволяя увеличит ь интенсивность нагрева нижней зоны и . снизить вверху. Положим, изменилось . давление в контейнере, например, до 100 МПа. Изменился характер теплопередачи. Конвекция газа и тепловой поток через контейнер резко yвeличи f лись. Это сказывается на показаниях термопар 12, 14. Упадет температура нижней зоны (термопара 14), а верхняя зона (термопара 12)- начнет опережать нижнюю. По аналогии с вьшаеопи- санным регулятор 16 температур вода- ет команду преобразователю 15 снизить частоту до такой величины, что

показания термопар 12, 14 выравняют- ся, затем последует команда от регулятора 17 напряжения соответственно изменить напряжение (т.е. мощность), подводимое к нагревателю 3 так, чтобы выйти на заданньй уровень температуры (по показаниям термопары 12).

Создание одной вместо нескольких автономных систем питания и регулирования нагревателя в значительной степени упрощает конструкцию и увеличивает рабочую зону печи, т.е. производительность газостата. Особенно существенный выигрьпп рабочего пространства наблюдается в малых газостатах. I.

Ниже приведен конкретный пример выполнения и использования описанной печи. Ступенчатый стакан выполнен из графита ГЭ. При зтом толщина стенки в верхней части стакана составляет 3 мм, в нижней части - 8 мм, высота донной части - 15 мм, внутренний диа - метр стакана - 50 мм. Частота нагрева для верхней час ти стакана выбрана из диапазона 9-10 - 3,5-10 Гц, для нижней части - из диапазона - 1,5-10 Гц. Использовался преобразователь частоты с диапазоном 5-100 кГц Рабочее напряжение на индукторе 10 В, ТОК - 1000 А.

В результате применения такой пе- 1и обеспечивается равномерный с точ0

5

0

5

0

ностью 120°с) нагрев изделий в рабочей зоне размером 50 мм х 160 мм. (вместо мм - в известном варианте печи). Следовательно, объем рабочей зоны печи увеличился в 2,5 раза, что приводит к увеличению производительности установки в целом.

Формула изобретения

Индукционная печь газостата, содержащая индуктор, цилиндрический стакан для размещения заготовки, выполненный из токопроводящего материала, регуляторы температуры и напряжения, датчики температуры, а также системы энергопитания и управления, включающие преобразователь частоты и средства изменения частоты переменного токи, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, и повышения производительности за счет увеличения рабочей зоны печи, цилиндрический стакан выполнен со ступенчатой наружной поверхностью, причем участок меньшего диаметра расположен в верхней части стакана, при этом выход регулятора температуры соединен со средствами изменения частоты переменного тока, вход регулятора напряжения - с датчиком температуры, а выход - с входом преобразователя частоты.

Lq

Изобретение относится к индукционным печам газостатов. Цель - упрощение конструкции и повышение.про изводительности за счет увеличения рабочей зоны печи. При помощи регулятора 16 и преобразователя 15 частоты к индуктору 3 подводится ток соответствукяцей частоты, обеспечивающий прогрев наружного слоя стакана 10. В случае, если показания термопары 12 выгае показания термопары 14,то по сигналу регулятора 16 частоты понижается и толщина прогреваемого слоя стакана 10 увеличивается. При этом большая часть энергии нагрева выделя- ется в зоне с более толстой стенкой . стакана, т.е. ближе к месту установки термопары 4. Таким образом, ется свести к минимуму разность в- показаниях термопар 12 и 14. В случае превышения показаний термопары 14 регулятор 16 частоты увеличивает частоту преобразователя 15, уменьшая глубину прогрева и температуру в зоне термопары 14, а также увеличивая температуру в зоне термопары 12. Применение печи обеспечивает упрощение конструкции и увеличение объема рабо-. чей зоны печи. I ил. i S