RU1815813C

RU1815813C - Vacuum gas discharger

Info

Publication number: RU1815813C
Authority: RU
Inventors: Виталий Романович Коринец; Федор Иванович Преснов; Владимир Стефанович Литвинчук; Андрей Владимирович Лактионов; Анатолий Михайлович Кручинин
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-05-15

Abstract

Сущность изобретени : вакуумна газоразр дна установка содержит вакуумную камеру, управл емый источник посто нного тока дл питани плазмотронов, плазмотро- ны, переплавл емый металл в качестве анода , соленоид, расположенный соосно с камерой и источник питани соленоида. Источник питани 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 усилител , а выход усилител и выход задатчика тока соединены с входами сумматора, выход которого соединен с управл ющим входом источника питани соленоида. Соленоид может быть включен в разрыв одной из фаз питающей сетки источника питани плазмотронов , источник питани соленоида может быть выполнен в виде трансформатора тока, установленного в одной из фаз питающей сети источника питани плазмотронов. Кроме того, соленоид может быть выполнен секционированным, причем секции соленоида снабжены коммутационными отпайками . 3 з.п, ф-лы, 6 ил. ел сSUMMARY OF THE INVENTION: A vacuum gas discharge installation comprises a vacuum chamber, a controlled constant current source for supplying plasmatrons, plasmatrons, a remelted metal as an anode, a solenoid located coaxially with the chamber and a solenoid power supply. The power supply of the solenoid is made in the form of an alternating current source, and the plasmatrons are placed in the furnace chamber centrally symmetrically and at an angle to its axis. The installation can be equipped with a plasmatron current sensor, an amplifier, a solenoid current generator, an adder, the output of the current sensor being connected to the amplifier input, and the amplifier output and the current generator output connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the control input of the solenoid power supply. The solenoid can be included in the gap of one of the phases of the power supply of the plasmatron power supply, the power supply of the solenoid can be made in the form of a current transformer installed in one of the phases of the power supply of the plasmatron power supply. In addition, the solenoid can be made partitioned, and the sections of the solenoid are provided with switching solders. 3 s.p., f-ly, 6 ill. ate with

Description

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к электротермии и может быть использовано дл нагрева металлов в услови х вакуума, в частности в вакуумной электротехнологии и электрометаллургии.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrothermal and can be used to heat metals under vacuum, in particular in vacuum electrical technology and electrometallurgy.

Целью изобретени вл етс улучшение качества переплавл емого металла и увеличени надежности работы печи путем повышени равномерности распределени мощности по поверхности переплавл емого металла.The aim of the invention is to improve the quality of the melted metal and increase the reliability of the furnace by increasing the uniformity of power distribution over the surface of the molten metal.

На фиг. 1 изображен продольный разрез вакуумной газоразр дной установки; на фиг. 2 - поперечный разрез вакуумной газоразр дной установки; на фиг. 3 - схемаIn FIG. 1 shows a longitudinal section through a vacuum gas discharge system; in FIG. 2 is a cross section through a vacuum gas discharge unit; in FIG. 3 - diagram

включени секционированного соленоида в разрыв одной из фаз питающей сети источника питани плазмотронов; на фиг. 4 - схема питани секционированного соленоида от трансформатора тока, установленного в одной из фаз питающей сети источника питани плазмотронов; на фиг. 5 - скорости электронов в разр дных столбах и силы, действующие на них в продольном магнитном поле соленоида; на фиг. 6 - траектории анодных п тен и проекции разр дных столбов на поверхность анода при увеличении напр женности магнитного пол .the inclusion of a sectioned solenoid in the rupture of one of the phases of the supply network of the plasmatron power supply; in FIG. 4 is a power diagram of a partitioned solenoid from a current transformer installed in one of the phases of the power supply of the plasma torch power supply; in FIG. 5 - electron velocities in the discharge columns and the forces acting on them in the longitudinal magnetic field of the solenoid; in FIG. 6 - trajectories of the anode spots and the projection of the discharge columns on the surface of the anode with increasing magnetic field strength.

Вакуумна газоразр дна установка содержит вакуумную камеру 1 со средствамиThe vacuum gas discharge installation contains a vacuum chamber 1 with means

0000

соwith

откачки, плазмртроны 2, установленные на камере 1 с помощью шаровых вакуумных уплотнений с возможностью осевого перемещени 3, установленных на камере 1 электроизолированно, переплавл емый 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 дл подачи в кристаллизатор 5 шихты 10, соленоид 11, установленный соосно с камерой 1, управл емый источник питани плазмотронов 12, минус которого соединен с наружными част ми корпусов плазмотронов, а плюс с поддоном 7, управл емый однофазный источник питани 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 усилител 1 б, а выход соединен с управл ющим входом источника питани соленоида 13.evacuation, plasmtrons 2 mounted on chamber 1 using ball vacuum seals with axial movement 3 mounted on chamber 1 electrically insulated, remelted metal 4 in a water-cooled mold 5 mounted on chamber 1 using vacuum electrically insulated seals b, water-cooled tray 7, hopper 8 with a screw mechanism 9 for feeding the mixture 10 into the mold 5, a solenoid 11 mounted coaxially with the chamber 1, a controlled power source of the plasma torches 12, the minus of which is connected to the external parts and plasmatron housings, and plus with a pallet 7, a controlled single-phase AC power supply 13, the output of which is connected to a solenoid 11, a current sensor of a solenoid 14, a current sensor of plasmatrons 15, the output of which is connected to an amplifier 16, an adder 17, the inputs of which connected to the outputs of the sensor 14 and the amplifier 1 b, and the output is connected to the control input of the power supply of the solenoid 13.

На фиг. 2 показан поперечный разрез вакуумной газоразр дной установки с шестью плазмотронами 2, установленными центрально симметрично, и показаны траектории 19, по которым перемещаютс анодные п тна разр дных столбов 18.In FIG. Figure 2 shows a cross section through a vacuum gas discharge system with six plasmatrons 2 mounted centrally symmetrically, and shows the paths 19 along which the anode spots of the discharge columns 18 move.

На фиг. 3 показан секционированный по оси и радиусу соленоид с секци ми 20, которые с помощью коммутационной панели 21 соединены последовательно и согласно дл включени в фазу А питающей сети источника питани плазмотронов 12,In FIG. Figure 3 shows a solenoid sectioned along the axis and radius with sections 20, which are connected in series using the patch panel 21 and according to which a power source for the plasma torches 12 is connected to phase A of the power supply network;

На фиг. 4 показан секционированный по оси и радиусу соленоид с секци ми 20, которые с помощью коммутационной панели 21 соединены параллельно и согласно дл соединени с вторичной обмоткой трансформатора тока 22, установленного, в фазе А питающей сети .источника питани плазмотронов 12.In FIG. Figure 4 shows a solenoid sectioned along the axis and radius with sections 20, which are connected in parallel using the patch panel 21 and, respectively, for connecting to the secondary winding of a current transformer 22 installed in phase A of the power supply. The power source of the plasma torches 12.

На фиг. 5 показаны разр дные столбы 18 плазмотронов 2 в продольном магнитном поле соленоида 11, а также элементарна частица столба разр да 23. Показаны вертикальна и горизонтальна составл ющие скорости частицы 23 и электродинамическа сила, действующа на эту частицу.In FIG. Figure 5 shows the discharge columns 18 of the plasmatrons 2 in the longitudinal magnetic field of the solenoid 11, as well as the elementary particle of the discharge column 23. The vertical and horizontal velocity components of the particle 23 and the electrodynamic force acting on this particle are shown.

На фиг. 6 показаны проекции разр дных столбов на поверхность анода 24 при различных значени х индукции продольного магнитного пол , а также траектори движени анодного п тна по поверхности анода 25 при увеличении индукции продольного магнитного пол .In FIG. Figure 6 shows the projections of the discharge columns on the surface of the anode 24 for various values of the longitudinal magnetic field induction, as well as the trajectory of the anode spot along the surface of the anode 25 with increasing induction of the longitudinal magnetic field.

Работает вакуумна газоразр дна установка следующим образом. В камере 1 создают вакуумное разрежение 0,1-10 Па. В полости катодов плазмотронов 2 подаютThe vacuum gas discharge unit operates as follows. In the chamber 1 create a vacuum vacuum of 0.1-10 Pa. In the cavity of the cathodes of the plasmatrons 2 serves

плазмообразующий газ, например, аргон. Одним из известных способов, например, пробоем разр дного промежутка, зажигают разр ды 18 между катодами плазмотронов и анодом 4, Производ т нагрев и плавлениеplasma gas, for example argon. One of the known methods, for example, by discharging a discharge gap, ignites discharges 18 between the plasma torch cathodes and anode 4. Heating and melting are performed

0 анода, в качестве которого используетс подаваема из бункера 8 шихта 10. Подача шихты осуществл етс шнековым механизмом 9. Мощность, подводима к аноду регулируетс путем регулировки тока источника0 of the anode, which is used as the charge supplied from the hopper 8. The charge is supplied by the screw mechanism 9. The power supplied to the anode is regulated by adjusting the source current

5 питани посто нного тока 12, осуществл ющего питание п азмотронов 2. Разр дные столбы 18 наход тс в продольном магнитном поле, создаваемом соленоидом 11. Разр дные столбы 18 состо т из потока5, the supply of direct current 12, which feeds the pazmotrons 2. The discharge columns 18 are located in a longitudinal magnetic field created by the solenoid 11. The discharge columns 18 consist of a stream

0 отрицательно зар женных частиц 23. которые движутс вдоль осей плазмотронов 2 по направлению к аноду 7 (фиг, 5). Если разложить скорости частиц 23 на вертикальную и горизонтальную составл ющие, то дл гори0 negatively charged particles 23. which move along the axes of the plasmatrons 2 towards the anode 7 (Fig. 5). If we decompose the particle velocities 23 into vertical and horizontal components, then for

5 зонтальной составл ющей 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 дл противоположных плазмотронов. Вертикальна составл юща скорости при этом определ ет врем пролета частицы от катода до анода, а произведение горизонталь5 ной составл ющей скорости на индукцию магнитного пол кривизну траектории частицы в горизонтальной плоскости. На фиг. 6 показаны проекции траекторий частиц 23 на плоскость анода 4, которые представл ют5 of the zonal velocity component, electrodynamic forces acting on the particles can be determined by the rule of the left hand, these forces lying in a plane parallel to the anode 7 and directed in opposite directions for opposite plasmatrons. In this case, the vertical velocity component determines the time of flight of the particle from the cathode to the anode, and the product of the horizontal velocity component and the magnetic field induction is the curvature of the particle path in the horizontal plane. In FIG. 6 shows projections of particle trajectories 23 onto the plane of anode 4, which represent

0 собой дуги окружности, радиус кривизны которых при порто нной начальной скорости частиц определ етс величиной магнитной индукции. Длина этих дуг 24 при посто нной начальной скорости частиц оди5 накова, что позвол ет графически построить траектории анодных п тен 25, задава сь различными значени ми магнитной индукции . При увеличении магнитного пол анодные п тна противоположных плазмотронов0 are arcs of a circle, the radius of curvature of which at a ported initial particle velocity is determined by the magnitude of the magnetic induction. The length of these arcs 24 at a constant initial particle velocity is the same 5, which makes it possible to graphically plot the trajectories of the anode spots 25, given various values of magnetic induction. With increasing magnetic field, the anode spots of opposite plasmatrons

0 движутс в противоположные стороны. При изменении направлени магнитного пол на противоположное анодные п тна также будут двигатьс в противоположные стороны . На фиг. 2 показаны траектории анодных0 move in opposite directions. When the direction of the magnetic field is reversed, the anode spots will also move in opposite directions. In FIG. 2 shows the trajectories of the anode

5 п тен 19 в знакопеременном магнитном поле .5 point 19 in an alternating magnetic field.

- При увеличении тока разр да столб разр да за счет собственного магнитного пол становитс более жестким и дл его де- формации требуетс магнитное поле большей величины. Дл того, чтобы сохранить форму развертки и ее размеры при изменении тока разр да плазмотронов необходимо регулировать магнитное поле соленоида 11, например, при увеличении тока разр да увеличивать ток соленоида. С этой целью на вход управлени источника питани соленоида 13 подаетс через усилитель 16 и сумматор 17 дополнительный сигнал отдатчика тока плазмотронов 15.- As the discharge current increases, the discharge column becomes more rigid due to the intrinsic magnetic field and requires a larger magnetic field to deform it. In order to maintain the shape of the sweep and its dimensions when the discharge current of the plasmatrons changes, the magnetic field of the solenoid 11 needs to be adjusted, for example, to increase the discharge current, increase the solenoid current. To this end, an additional signal of the current detector of the plasma torches 15 is supplied to the control input of the power source of the solenoid 13 through the amplifier 16 and the adder 17.

Соленоид может быть подключен с помощью коммутационной панели 21 непосредственно к одной из фаз сети питани источника 12 (фиг. 3), при этом происходит синхронное изменение токов в плазмотро- нах и соленоиде, что позвол ет стабилизировать развертку при изменении мощности плазмотронов. Дл ступенчатого регулировани магнитного пол в области столбов разр дов соленоид выполнен секционйро- ванным как по радиусу, так и по высоте и снабжен коммутационной панелью 21.The solenoid can be connected using the patch panel 21 directly to one of the phases of the power supply source 12 (Fig. 3), while there is a synchronous change in currents in the plasma torches and the solenoid, which allows you to stabilize the sweep when the power of the plasma torches. For stepwise regulation of the magnetic field in the region of the discharge columns, the solenoid is made sectioned both in radius and in height and is equipped with a patch panel 21.

С целью синхронного изменени токов в плазмотронах и соленоиде, а также согласовани параметров сети питани плазмот- ронов с параметрами соленоида источник питани соленоида может быть выполнен в виде трансформатора тока 22, включенного в одну из фаз питающей сети источника питани плазмотронов 12 (фиг. 4). Секции соленоида в этом случае целесообразно включать параллельно, чтобы улучшить услови дл работы трансформатора тока.In order to synchronously change the currents in the plasma torches and the solenoid, as well as to match the parameters of the power supply network of the plasma torches with the parameters of the solenoid, the power supply of the solenoid can be made in the form of a current transformer 22 included in one of the phases of the power supply network of the power source of the plasma torches 12 (Fig. 4) . In this case, it is advisable to include sections of the solenoid in parallel in order to improve the conditions for operation of the current transformer.

Регулиру изменение магнитного пол во времени, можно регулировать распреде- ление мощности вдоль траектории развертки анодного п тна, что достигаетс путем регулировки формы тока в соленоиде.By controlling the change in the magnetic field in time, it is possible to control the power distribution along the path of the scan of the anode spot, which is achieved by adjusting the shape of the current in the solenoid.

Применение изобретени позвол ет получить значительный экономический эф- фект за счет улучшени качества переплавл емого металла и увеличени надежности работы установки. При этом снижаетс The application of the invention allows to obtain a significant economic effect by improving the quality of the molten metal and increasing the reliability of the installation. It decreases

удельный расход электроэнергии на единицу продукции, расшир ютс возможности регулировки зоны нагрева, возможна оптимизаци технологического процесса.specific energy consumption per unit of production, possibilities for adjusting the heating zone are expanding, and process optimization is possible.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и FORMULA AND SECTION

Claims

1. A vacuum gas discharge installation containing a vacuum chamber, plasmatrons connected to one of the terminals, a DC power source, the second output of which is connected to the camera terminal, and the input is for connecting to the network, a solenoid located coaxially with the camera, and a solenoid power supply, characterized in that, in order to improve the quality of the remelted metal and increase the reliability of the furnace by increasing the uniformity of power distribution over the surface of the remelted metal, the plasma torches are located In the chamber, they are centrally symmetrical and at an angle to its axis, and the power supply of the solenoid is made in the form of a controlled source of alternating current.-.-::,

2. The installation according to claim 1, is distinguished by the fact that it is equipped with a plasmatron current sensor, an amplifier, a solenoid current sensor and an adder, the output of the current sensor being connected to the amplifier input, while the amplifier output and the output of the current sensor are connected to the inputs of the adder the output of which is connected to a control input of a solenoid power supply.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the power supply of the solenoid is made in the form of a patch panel connected to the input of one of the phases of the specified DC power supply ..;,:,. ...,. „; .,

4. Installation according to paragraphs. 1-3, with the fact that the solenoid is made sectioned, and the sections of the solenoid are provided with switching solders.

€ l8Sm

(ptsaQ