Вакуумная газоразрядная установка Советский патент 1993 года по МПК H05B7/18 

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

Целью изобретения является улучшение качества переплавляемого металла и увеличения надежности работы печи путем повышения 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

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

00

со

откачки, плазмртроны 2, установленные на камере 1 с помощью шаровых вакуумных уплотнений с возможностью осевого перемещения 3, установленных на камере 1 электроизолированно, переплавляемый металл 4 в водоохлаждаемом кристаллизаторе 5, установленном на камере 1 с помощью вакуумных электроизолирующих уплотнений б, водоохлаждаемый поддон 7, бункер 8 со шнековым механизмом 9 для подачи в кристаллизатор 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, за- датчик тока соленоида 14, датчика тока плазмотронов 15, выход которого соединен с усилителем 16, сумматор 17, входы которого соединены с выходами за датчика 14 и усилителя 1 б, а выход соединен с управляющим входом источника питания соленоида 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 плазмотронов 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 газоразрядная 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

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

5 питания постоянного тока 12, осуществляющего питание пяазмотронов 2. Разрядные столбы 18 находятся в продольном магнитном поле, создаваемом соленоидом 11. Разрядные столбы 18 состоят из потока

0 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 гори

5 зонтальной составляющей скорости можно определить по правилу левой руки электродинамические силы, действующие на частицы, причем эти силы лежат в плоскости параллельной аноду 7 и направле0 ны в противоположные стороны для противоположных плазмотронов. Вертикальная составляющая скорости при этом определяет время пролета частицы от катода до анода, а произведение горизонталь5 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

0 собой дуги окружности, радиус кривизны которых при портоянной начальной скорости частиц определяется величиной магнитной индукции. Длина этих дуг 24 при постоянной начальной скорости частиц оди5 накова, что позволяет графически построить траектории анодных пятен 25, задаваясь различными значениями магнитной индукции. При увеличении магнитного поля анодные пятна противоположных плазмотронов

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

5 пятен 19 в знакопеременном магнитном поле.

- При увеличении тока разряда столб разряда за счет собственного магнитного поля становится более жестким и для его де- формации требуется магнитное поле большей величины. Для того, чтобы сохранить форму развертки и ее размеры при изменении тока разряда плазмотронов необходимо регулировать магнитное поле соленоида 11, например, при увеличении тока разряда увеличивать ток соленоида. С этой целью на вход управления источника питания соленоида 13 подается через усилитель 16 и сумматор 17 дополнительный сигнал отдатчика тока плазмотронов 15.

Соленоид может быть подключен с помощью коммутационной панели 21 непосредственно к одной из фаз сети питания источника 12 (фиг. 3), при этом происходит синхронное изменение токов в плазмотро- нах и соленоиде, что позволяет стабилизировать развертку при изменении мощности плазмотронов. Для ступенчатого регулирования магнитного поля в области столбов разрядов соленоид выполнен секционйро- ванным как по радиусу, так и по высоте и снабжен коммутационной панелью 21.

С целью синхронного изменения токов в плазмотронах и соленоиде, а также согласования параметров сети питания плазмот- ронов с параметрами соленоида источник питания соленоида может быть выполнен в виде трансформатора тока 22, включенного в одну из фаз питающей сети источника питания плазмотронов 12 (фиг. 4). Секции соленоида в этом случае целесообразно включать параллельно, чтобы улучшить условия для работы трансформатора тока.

Регулируя изменение магнитного поля во времени, можно регулировать распреде- ление мощности вдоль траектории развертки анодного пятна, что достигается путем регулировки формы тока в соленоиде.

Применение изобретения позволяет получить значительный экономический эф- фект за счет улучшения качества переплавляемого металла и увеличения надежности работы установки. При этом снижается

удельный расход электроэнергии на единицу продукции, расширяются возможности регулировки зоны нагрева, возможна оптимизация технологического процесса.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Вакуумная газоразрядная установка, содержащая вакуумную камеру, плазмотро- ны, подключенные к одному из выводов, источник питания постоянного тока, второй выход которого соединен с выводом камеры, а вход предназначен для подключения к Сети, соленоид, расположенный соосно с камерой, и источник.питания соленоида, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества переплавляемого металла и увеличения надежности работы печи путем Повышения равномерности распределения мощности по поверхности переплавляемого металла, плазмотроны расположены в камере центрально-симметрично и под углом к ее оси, а источник питания соленоида выполнен в виде управляемого источника пё - рёменного тока.-.- : : ,

2.Установка по п, 1, отл ича ющая- с я тем, что она Снабжена датчиком тока плазмотронов, усилителем, задатчикомтока соленоида и сумматором, причем выход датчика тока соединен с входом усилителя, при этом выход усилителя и выход зэдатчика тока соединены с входами сумматора, выход которого соединен с управляющим входом источника питания соленоида.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что источник питания соленоида выполнен в виде коммутационной панели, подключенной к входу одной из фаз указанного источника питания постоянного тока.. ;,: ,. ... ,. „ ; .,

4. Установка по пп. 1-3, о т л и ч а ю- ща я ся тем, что соленоид выполнен секционированным, причем секции соленоида снабжены коммутационными отпайками.

€l8Sm

(ptsaQ

Сущность изобретения: вакуумная газоразрядная установка содержит вакуумную камеру, управляемый источник постоянного тока для питания плазмотронов, плазмотро- ны, переплавляемый металл в качестве анода, соленоид, расположенный соосно с камерой и источник питания соленоида. Источник питания соленоида выполнен в виде источника переменного тока, а плазмотро- ны 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