Заливальний пристрій магнітодинамічного типу

Реферат: Винахід належить до галузі ливарного виробництва. Заливальний пристрій магнітодинамічного типу містить індуктор, розщеплений на дві частини, і міжполюсний простір С-подібного електромагніта розташовано відносно робочої зони каналу таким чином, що частина електромагніта з першою котушкою знаходиться всередині П-подібного каналу між частинами розщепленого індуктора, а друга частина електромагніта з другою котушкою - зовні каналу. Винахід підвищує гідравлічний напір потоку розплаву і знижує небезпеку розриву рідкометалевого витка під дією пінч-ефекту. UA 108335 C2 (12) UA 108335 C2 UA 108335 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі ливарного виробництва, переважно для одержання виливків із алюмінієвих сплавів як методом лиття під електромагнітним тиском, так і методом заливки в ливарні форми відкритим струменем. Відомо електромагнітний заливальний пристрій магнітодинамічного типу [1], що складається з ємності для металу, вертикального Ш-подібного каналу, двох замкнутих навколо бічних ділянок каналу магнітопроводів з обмотками, що живляться змінним струмом, знімного металопроводу, зчленованого з гирлом центральної ділянки каналу і С-подібного електромагніта, питомого змінним струмом, між полюсами якого розташована зона перерізу горизонтальної і центральної ділянок каналу (робоча зона). Даний пристрій використовується для дозованого розливання [2] і лиття під електромагнітним тиском [3, 4]. Перший недолік даного пристрою полягає в тому, що як при литті під електромагнітним тиском, так і при заливці в ливарні форми відкритим струменем, рівень надходження розплаву в форму щодо його максимального і мінімального рівнів в тиглі складає приблизно 200 і 450 мм відповідно. Ефективний гідравлічний напір дорівнює створюваному напору мінус висота підйому розплаву від його рівня в тиглі до рівня верхнього зрізу металопроводу. Наслідком цього є підвищена витрата електроенергії на підйом розплаву до рівня входу в ливарну форму, при литті під електромагнітним тиском або до рівня зливу в форму, при заливці відкритим струменем. Другий недолік пов'язаний з тим, що порожнина горизонтальної ділянки каналу в робочій зоні має звуження для зменшення відстані між полюсами електромагніта і для того, щоб полюси перекривали необхідну висоту робочої зони. Так само відсутня можливість підвищення електромагнітного тиску шляхом збільшення висоти робочої зони, оскільки більша частка електричного струму протікає в її верхній частині ближче до індукторів. Таким чином, форма порожнини горизонтальної ділянки каналу геометрично складна і нераціональна з енергетичної точки зору. Третій недолік обумовлений тим, що металопровід повинен бути притиснутий до центрального гирла каналу, що ускладнює експлуатацію установки. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу є заливальний пристрій установки для лиття під електромагнітним тиском, що включає індукційну канальну піч з Пподібним каналом, електромагніт з двома обмотками, розташованими на С-подібному магнітопроводі і металопроводі, зчленованому одним кінцем з робочою зоною каналу, а іншим з ливарною формою [5]. Цей же пристрій може бути застосовано для заливки ливарних форм через металопровід відкритим струменем. Головний недолік даного пристрою полягає в тому, що через нераціональне розташування полюсів електромагніта значна частина магнітного потоку (фіг. 1) проходить повз робочої зони і не бере участь у створенні електромагнітної сили. Крім того, як і у всіх індукційних канальних печах, щільність струму в каналі має максимальне значення біля стінки, яка розташована ближче до індуктора, в той час як при розташуванні полюсів електромагніта під кутом 90°, магнітна індукція має максимальне значення біля протилежної стінки. На фіг. 1 схематично показано розміщення магнітного потоку 1, створюваного електромагнітом 2 відносно робочої зони 3, яка заповнена розплавом 4. Електричний струм має напрям, перпендикулярний до площини малюнку. Зменшення щільності струму, по товщині робочої зони, зображена густотою вертикальних ліній 5, в напрямку від стінки робочої зони, розташованої зі сторони індуктора до протилежної стінки (зліва направо). Щільність струму вздовж кожної вертикальної лінії однакова, а в перпендикулярному напрямі від лівої стінки вона зменшується по експоненціальному закону. Названі обставини є причиною того, що в пристрої [5] гідравлічний напір знижується приблизно на 25 % відносно напору, створюваного пристроєм [1] при однакових енергетичних витратах. Другий недолік полягає в тому, що через вертикальне розташування металопроводу при заливці ливарних форм відкритим струменем необхідно використовувати довгий жолоб для подачі розплаву в ливникову чашу форми. Розплав при перебігу по жолобу окислюється і охолоджується. Таким чином, отриманий технологічний виграш, що складається в збільшенні терміну служби металопроводу та поліпшенні умов обслуговування пристрою, досягається ціною звуження його технологічних можливостей і відповідно області застосування. Задача винаходу - підвищення гідравлічного напору, створюваного заливальним пристроєм при литті під електромагнітним тиском і скорочення дистанції течії розплаву від металопроводу до ливарної форми при заливці відкритим струменем. Поставлена задача вирішується тим, що в пропонованому пристрої магнітодинамічного типу, який містить індукційну канальну піч з П-подібним каналом, електромагніт з двома обмотками, розташованими на С-подібному магнітопроводі і металопровід, зчленований з 1 UA 108335 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 робочою зоною каналу, згідно з винаходом, індуктор розщеплений на дві частини, і міжполюсний простір С-подібного електромагніта розташовано відносно робочої зони каналу таким чином, що частина електромагніта з першою котушкою знаходиться всередині Пподібного каналу між частинами розщепленого індуктора, а друга частина електромагніта з другою котушкою - зовні каналу. Висота робочої зони дорівнює ширині порожнини П-подібного каналу (розміру поперечного перерізу порожнини, паралельному центральним осям котушок індуктора), величину якої вибирають в інтервалі 0,09-0,30 м залежно від необхідного електромагнітного тиску з відповідним збільшенням висоти полюсів електромагніта і встановленої потужності пристрою. Канал кріпиться до дна тигля під кутом в діапазоні 0°-45°, відлічуваним вниз від горизонтальної площини. Котушки розщепленого індуктора з'єднують послідовно таким чином, щоб напрямки струмів у них збігалися, наприклад, якщо в одній котушці струм йде за годинниковою стрілкою, то так само має бути спрямований струм і в іншій котушці. При недотриманні цієї умови струм в каналі не буде індукуватися. На фіг. 2 представлено пропонований заливальний пристрій і його використання для лиття під електромагнітним тиском, а на фіг. 3 для заливки відкритим струменем. Заливальний пристрій магнітодинамічного типу складається з футерованого тигля 1, Пподібного каналу 2 з робочою зоною 3, розщепленого індуктора 4, С-подібного розімкненого магнітопроводу 5 з котушками 6 (електромагніта), металопроводу 7 та ливарної форми 8. Пристрій заповнено розплавом 9. Пристрій працює таким чином. Тигель 1 і канал 2 заповнюють розплавом 9, подають напругу на індуктор 4 і котушки 6 електромагніта. Величина напруги, що подається на електромагніт, повинна забезпечувати заданий рівень розплаву в металопроводі. При перервах у роботі розплав в металопроводі повинен бути нижче його рівня в тиглі для уникнення затвердіння, а при періодичних заливках вище рівня в тиглі, для скорочення шляху пробігу розплаву по металопроводу. Після досягнення розплавом заданої температури проводять заповнення ливарної форми 8 розплавом 9 шляхом змінювання напруги на електромагніті по заданому закону, який мотивується технологічним режимом течії розплаву в порожнині ливарної форми. Застосування в пропонованому заливальному пристрої С-подібного електромагніта, половина якого разом з котушкою розташована всередині П-подібного каналу між частинами розщепленого індуктора дозволить підвищити гідравлічний напір як в порівнянні з найближчим аналогом [5], так і з аналогом [1]. Це досягається тим, що магнітний потік використовується так само як в [1], тобто більш раціонально, ніж в [5]. Крім того, форма і розміри поперечних перерізів порожнини П-подібного каналу незмінні на всьому її протязі, як і в найближчому аналізі, при цьому розподіл щільності струму по висоті робочої зони однаковий у відмінність від [1]. Таким чином, магнітний потік і електричний струм в робочій зоні використовуються раціональніше, в порівнянні з [1, 5], тому електромагнітний тиск підвищується. Пропонований пристрій має також додатковий резерв підвищення електромагнітного тиску, відсутній в [1, 5] і забезпечуваний можливістю збільшення висоти робочої зони без змінювання товщини порожнини каналу. При збільшенні висоти робочої зони об'ємні електромагнітні сили підсумовуються на більшій відстані, тому зростає електромагнітний тиск, а відповідно і гідравлічний напір. Оскільки збільшення ширини порожнини каналу при збереженні його товщини призводить до збільшення площі поперечного перерізу каналу, то з'являється можливість збільшення сили струму в каналі без збільшення щільності струму. Як наслідок, верхня межа допустимої електричної потужності, при якій виключена можливість прояву негативних наслідків пінч-ефекту, може бути істотно підвищена. При цьому збільшення висоти робочої зони повинне супроводжуватися пропорційним збільшенням встановленої потужності пристрою. Таким чином, пропонований винахід поєднує в собі переваги аналога [1] і найближчого аналога [5], створює більш високий тиск, ніж [1, 5], забезпечує додатковий резерв його підвищення і знижує небезпеку розриву рідкометалевого витка під дією пінч-ефекту. Завдяки нахиленому положенню каналу, металопровід теж розташований нахилено, тому при заливці форм відкритим струменем скорочується відстань до заливальної чаші. Джерела інформації: 1. А. с. 288183 СССР, МКИ Н 05 В 5/02. Индукционная канальная печь с железным сердечником / В.П. Полищук, М.Р. Цин. - Опубл. 03.12.70, Бюл. № 36. 2. Полищук В.П., Цин М.Р., Горн Р.К. и др. Магнитодинамические насосы для жидких металлов. - Киев: Наук, думка, 1989. - 256 с. 2 UA 108335 C2 5 10 15 20 3. Фикссен В.Н., Полишук В.П., Трефняк В.А., Долбанцев В.Б. Литьё под низким электромагнитным давлением с применением магнитодинамической установки МДН-6 // ЛП. 1981. - № 8 - с. 21-22. 4. Фикссен В.Н., Дубоделов В.И., Котлярский Ф.М. Получение отливок из алюминиевых сплавов с использованием электромагнитного давления // Процессы литья. - 1996. - № 4. - С. 64-72. 5. А. с. 944779 СССР, МКИ В 22 D 18/04. Установка для литья под электромагнитным давлением / Ю.В. Моисеев, В.П. Полищук, А.В. Завилинский и др. - Опубл. 23.07.82, Бюл. № 27 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Заливальний пристрій магнітодинамічного типу, що містить індукційну канальну піч з Пподібним каналом, електромагніт з двома обмотками, розташованими на С-подібному магнітопроводі, і металопровід, з’єднаний з робочою зоною каналу, який відрізняється тим, що індуктор розщеплений на дві частини, і міжполюсний простір С-подібного електромагніта розташовано відносно робочої зони каналу таким чином, що частина електромагніта з першою котушкою знаходиться всередині П-подібного каналу між частинами розщепленого індуктора, а друга частина електромагніта з другою котушкою - зовні каналу. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що висоту робочої зони вибирають в інтервалі 0,090,30 м залежно від необхідного електромагнітного тиску з відповідним збільшенням висоти полюсів електромагніта і встановленої потужності пристрою. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що П-подібний канал кріпиться до дна тигля під кутом в 0°-45°, що відраховується вниз від горизонтальної площини. 3 UA 108335 C2 4 UA 108335 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5