UA54412C2 - Електрод плазмового дугового генератора, генератор, що його містить, та спосіб обробки рідкого металу, який твердіє - Google Patents

Abstract

Винахід, що пропонується, стосується конструкції головного електрода плазмового дугового генератора, конструкції генератора, що містить зазначений електрод, і способу обробки рідкого металу, в процесі твердіння, за допомогою генератора. Головний и допоміжний електроди генератора призначені для формування плазмового дугового розряду, що безперервно переміщається вздовж замкнутого контуру. Безперервне переміщення плазмового дугового розряду забезпечується завдяки спеціальній конструкції головного електрода. Головний електрод виконаний у вигляді трубчастого елемента, одна торцева частина якого з'єднана з джерелом постійного струму, а через другу торцеву частину забезпечується формування плазмового дугового розряду. Трубчастий електрод поділений зазором на дві секції. Взаємне положення згаданих секцій електрода вибрано таким чином, щоб забезпечити безперервне переміщення дугового розряду.

Description

Опис винаходу

Настоящее изобретение относится к дуговьім плазменньім генераторам, как к перемещаемому, так и к 2 неперемещаємому типам, и, более конкретно, к плазменному устройству типа генерирующего плазменную дугу, которая циркулирует в замкнутом контуре. Изобретение далее относится к злектроду для применения в плазменньїх генераторах особого типа.

Дуговье плазменнье генераторь применяются для тепловой обработки различньх предметов в многочисленньїх технологических процессах, например в металлургических процессах для так назьіваемой плазменной переплавки, плазменной отливки, плазменной очистки, и пр. Одним из своих аспектов, изобретениє относится к способу нагревания циркулирующей плазменной дугой жидкого металла, закаливающегося и кристаллизующегося внутри литейной формьі, с целью исключения типичньїх дефектов отливки, таких как образование газовьх пузьірей и пористости, сегрегации, образование усадочньїх раковин, неоднородности химического состава и кристаллизационной структурь! поперек слитка, и пр. 19 Плазменньюе генераторьї, включающие плазменнье горелки для газозлектрической сварки, известнь! в практике, и общее описание их конструкции и их использование в различньїх металлургических применениях можно найти в многочисленньїх технических монографиях или справочниках, например, глава "Плазменная плавка и отливка" в Справочнике по металлам, Девятое издание, Том 15, Меїаівз Рагк, Опіо, и монография "Плазменная металлургия, Основь!" М. ЮетроузкКу, Еіземіег, 1985, стр. 314-315.

По существу, плазменнье генераторьї можно разделить на две группь!: те, в которьїх оба, катод и анод, образуют часть устройства, которье известньі как плазменнье генераторьі с неперемещаемьми дугами или генераторьї с неперемещаемой плазменной дугой; и те, которне включают только один злектрод, в то время как противоположньій злектрод является основой проводящей злектричество, которье известнь! как плазменнье генераторьі с перемещаемьіми дугами или генераторьі! с перемещаемой плазменной дугой. с

Патент БВ 1268843 описьівает генераторьі с неперемещаеємой плазменной дугой, включающие катод со (3 водяньм охлаждением и два кольцевьх анода, один для зажигания, а другой для регулярной работи, присоединенньсе к источнику питания. Наконечник катода защищается путем нагнетания инертного газа, такого как аргон, гелий или азот.

Патент О5-А-4,958,057 описьівает типичньіїй генератор с перемещаемой плазменной дугой для применения сч при нагреваний металла в способе непрерьівной отливки. Он включаєт цилиндрический злемент держащий че катод с приспособлением для водяного охлаждения, анод зажигания и кольцеобразньій катод, имеющий внутренний канал для нагнетания инертного защищающего газа. Злектрический разряд действует между М катодом и основой для обработки, которая устанавливаєтся в качестве анода. «І

Недостатком свойственньмм традиционньм плазменньм генераторам, как неперемещаемого, так и перемещаємого типов, являєтся то, что для простого функционирования требуется нагнетаниє задищающего о газа или водяное охлаждение. Там, где применяется газовое охлаждение, используются так назьіваемье плазменнье горелки, которне включают сопло подающее плазму. Нагнетание инертного газа под давлением в горелку связано с образованием продолговатой плазменной струий вьібрасьваемой с вьісокой скоростью из « сопла З 70 з подающего плазму, которая, в случае обработки твердеющего отлитого металла, с вьізьївает воздействие локализованного давления на поверхность еще твердеющего металла, приводя к з» образованию больших полостей во время закалки.

Присутствие охлаждающей водьі является опасньм, потому что любая утечка водьі, которая достигает горячего жидкого металла, может вьізвать взрьв.

Известньі также плазменньюе генераторьі, в которьіх плазменная дуга контролируемо перемещается по і-й отношению к обрабатьіваемой основе в открьітой, например линейной, или закрьїтой, например круглой форме «їз» вдоль соответствующим образом оформленного злектрода. Такие перемещения дуги исключают перегревание, обеспечивают более однородную обработку основьі и уменьшают зрозию злектродов, тем самьмм продлевая шк время зксплуатации устройства. Таким образом, Патент 05 5,132,511 раскрьівает горелку с неперемещаємой -щ 20 плазмой, имеющую два коаксиальньх трубчатьх злектрода, которне аксиально располагаются относительно друг друга и снабжаются злектромагнитной катушкой для вращения дуги. Катушка устанавливаєтся в о герметизированной цилиндрической камере, расположенной между двумя злектродами.

Патент 05 5,393,954 описьівает горелку с неперемещаемой плазмой, которая включает два коаксиальньх трубчатьїх злектрода, по крайней мере, один из которьїх окружаєется магнитньім полем, которое связьівается с 25 здектронньмми средствами контроля, тем самьм опора дуги перемещаєтся в контролируемой форме. Когда

ГФ) генерирующий плазму газ нагнетается в камеру, разделяющую указаннье злектродьі, происходит зажигание дуги. о Известно, что дуга в плазменном генераторе может перемещаться под действием пондеромоторной силь, известной как сила Лоренца. Сила Лоренца возникает, когда злектрический заряд движется в магнитном поле, и 60 является пропорциональной магнитной индукции поля, злектрическому заряду, его скорости, и также зависит от угла между векторами магнитной индукции и скорости движения заряда. Известно, что сила Лоренца возникает в плазменном генераторе в результате взаимодействия между дугой (являющейся интенсивнь!м злектрическим разрядом), ее магнитньмм полем, и магнитньм полем возникающим в генераторе посредством злектрического тока протекающего через злектродьі. Когда злектродьі образуют так назьіваемую двухрельсовую структуру, 62 сила Лоренца ускоряєт и перемещаєт злектрическую дугу.

Термин "двухрельсовая структура" ("ймо-гаї! вігисійге"), используемьй здесь со ссьілкой на злектродь! в плазменньїх генераторах, следует понимать как означающий два параллельньїх проводящих ток предмета (так назьіваемьсе рельсьї), расположеннье на расстояний друг от друга, и где каждьйй соединен с одним из полей Мсточника злектропитания. Когда злектрическая дуга возникает между злектродами, она движется вдоль рельсов в сторону от места их злектрического контакта с источником питания.

Согласно прежнему уровню технологии, плазменнье дуговье генераторь, в которьїх разряд дуги ускоряется пондеромоторной силой внутри пространства между двумя параллельньми злектродами, иногда относят к злектромагнитньїм рельсовьм ускорителям или плазменньїм ускорителям с рельсовой геометрией. 70 Явление, посредством которого сила Лоренца ускоряет и перемещает плазменную дугу в плазменном дуговом генераторе с двухрельсовой структурой, известно как принцип злектромагнитного ускорения. Оно упоминается в литературе со ссьлкой на плазменнье ускорители, или магнитнье гидродинамические генераторьі, например в "Импульснье плазменньсе ускорители", Александров и др., Парков, 1983, стр. 192, 194 и в "Сварка и плавка злектрошлака" Г. Компан и Е.Щербинин, Машиностроение, 1989, -С. 191, 192. 7/5 Специфическое применение силь! Лоренца описьіваєтся в "зсаїпо Гамуз г Ріазта Аптаїшгев іп Кайдипе" ру

ІІпазеу 0. ТогппіЇ апа ОїНегв, Тгапзасіюпз ої Ріазта Зсіепсе, Мої. 21, Мо. 3, дипе 1993, 289-290.

Пример генератора с неперемещаемой плазменной дугой с магнитньім рельсовьім ускорением описьівается в Патенте 5 890567. В озтом генераторе, злектродьі изготавливаются в форме двух коаксиальньмх зллиптических трубок и пространство между злектродами занимает дизлектрический материал. Стенка каждой 2о трубки аксиально прорезаєтся так, что прорезь в одной трубке соответствует непрорезанной части стенки другой трубки. К каждой прорези примькает по одному злектрическому контакту и таким способом достигается двухрельсовая структура. Для непрерьівной циркуляции плазменной дуги, она должна обладать способностью пересекать прорези и, с зтой целью, ширина каждой прорези должна бьіть меньше, чем толщина дуги. Однако, пересекая какую-либо из прорезей дуга попадает точно в зону смежного злектрического контакта, где с Ннаправление ее дальнейшего движения является неопределенньм, и, следовательно, скорость, с которой дуга движется вблизи прорезей, снижается и разряд иногда даже прерьваеєется, что является очевидньм і) недостатком.

Авторское свидетельство, Бюл.Мо 2, 1981г. 5 847533 описьівает генератор с перемещаемой плазменной дугой для обработки основьї проводящей злектричество. Он включаеєт главньій злектрод образующий часть с зо генератора, а основа, проводящая злектричество, устанавливается в качестве противоположного злектрода.

Главньй злектрод изготавливается в форме спирально накрученного полого удлиненного тела имеющего - единую обмотку, чьи частично перекривающие концьй смещень под углом относительно друг друга со «р образованием зазора между ними. Край одного конца спирального тела помещается вблизи основь! (ближний край) и соединяется с полем злектрического источника питания с помощью соединительного средства, которое - з5 располагается около указанного зазора. Спиральная конфигурация злектрода соответствует следующему ю уравнению: ч-код где У- является шагом спирали, К- является козффициентом пропорциональности, и Х- является линейнь!м « расстоянием вдоль окружности спирали между соединительньм средством и концом спирали. Согласно такому уравнению, предположительно обеспечивается ускорение дуги вдоль спирального злектрода. - с Однако, применение злектрода, чья конфигурация удовлетворяет условиям вьішеуказанного соотношения, а связано с рядом допущений: ,» (а) изготовление спирального злектрода из графита или вольфрама или некоторьїх других материалов, традиционно используемьх для производства злектродов для плазменньїх дуговьїх генераторов, является трудньм и дорогим; 1 (Б) благодаря зкспоненциальному увеличению У как функции Х, поток плазмь! пульсирует и, следовательно, 1» на практике, плазменньій дуговой генератор, согласно Патенту БО 847533, способен надежно работать без вспомогательньїх средств с диаметром спирали не более 6 см, так как при более крупньїх диаметрах может ї случиться прерьівание плазмь!. Чтобьї предвосхитить такие прерьівания, плазменньій дуговой разряд должен шу 20 повторно зажигаться при каждом цикле с помощью вьісоковольтного осциллятора; (с) так как плазма ускоряется неравномерно вдоль края спирального ближнего злектрода, злектрод що) нагревается неравномерньім образом, что требует зффективной и надежной системь! водяного охлаждения с соответствующим оборудованием для зффективного контроля температурь! водь! и давления. Все зто делает плазменньй генератор дорогим и делает невозможньім его применение для решения задач, где использование охлажденной водьі является нежелательньм из-за опасньїх последствий любой утечки.

Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение простого и недорогого злектрода для о плазменного дугового генератора, приспособленного для генерации непрерьвно циркулирующей, іме) самостабилизированой плазменной дуги без необходимости в каком-либо водяном охлажденийи или нагнетаний защищающего газа, и которьйй, по крайней мере, вплоть до мощности на вьіходе 50 киловатт, может работать в бо течение значительного периода времени.

Другой задачей изобретения является обеспечение плазменного генератора, включающего новьій злектрод.

Еще другой задачей настоящего изобретения является обеспечение плазменного генератора типа перемещаемой дуги, специфически пригодного для тепловой обработки твердеющего жидкого металла в формах. 65 Еще дальнейшей задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенного способа тепловой обработки твердеющего жидкого металла в формах циркулирующей плазменной дугой.

В следующем описаний и формуле изобретения терминь! "продольньй" ("Іопойцаїпа!") и "продольно" ("опадйчаїіпану") применяются по отношению к злектроду, генерирующему плазменную дугу, с трубчатьм телом с двумя полюсньіми краями, для описания любого пути или направления вдоль стенки трубчатого тела, которое Ведет от одного края к другому; и терминь "поперечньій" ("Іаїега!") и "поперечно" ("ІагегаПйу") означают направление пересекающее продольную линию.

Одним из его аспектов, изобретение обеспечиваєт злектрод плазменного дугового генератора, которьй совместно с противоположньм злектродом обеспечивает двухрельсовую структуру способную генерировать разряд плазменной дуги способной перемещаться вдоль замкнутого контура в первом направлений, злектрод, 7/0 Которьій имеет злектрические средства соединения для соединения с источником постоянного тока злектропитания и включает в основном трубчатое тело с первьім краем, образующим часть области первого края, и вторьм, рабочим краем, образующим часть области второго края и служащим для разряда злектрической дуги, злектрод, в котором: (Ї) указанньіе злектрические средства соединения включают, по крайней мере, одно место соединения на /5 Ззпектроде; (ії) указанное трубчатое тело имеет, по крайней мере, один продольно протягивающийся зазор с зазорньі!м пространством области первого края, главньмм зазорньм пространством и зазорньім пространством области второго края, зазорьі, каждьій из которьїх разделяется поперечно между двумя секторами стенки, где каждьй имеет первую и вторую краевую части, причем один из указанньїх секторов стенки содержит место соединения 2о связанное с зазором; (ії) вторая краевая часть одного из указанньїх секторов стенки имеет передающую зону плазменной дуги, и вторая краевая часть другого сектора стенки, содержащая указанное место соединения, имеет принимающую зону плазменной дуги, плазменной дуги, передающая и принимающая зонь!ї которой разделяются и граничат на зазорном пространстве области второго края указанного продольно протягивающегося зазора, образуя, таким с Образом, две сторонь! указанного зазорного пространства; (ім) указанное связанное с зазором место соединения располагается так, чтобьі его проекция на вторую і) краевую часть поперечно смещалась от указанной принимающей зоньй плазменной дуги во втором направлений, которое является противоположньім указанному первому направлению, посредством которого во время работь! в указанной двухрельсовой структуре генерируется сила Лоренца, заставляя образовьіваться с зо плазменную дугу между указанньмм злектродом генератора плазменной дуги и противоположньмм злектродом для непрерьіваемого движения в замкнутом контуре в указанном первом направлений вдоль указанной области (7-7 второго края и поперек каждого из указанньїх зазорньїх пространств области второго края. «Е

В основном трубчатое тело злектрода плазменного генератора, согласно изобретению, может бьть цилиндрическим, призматическим, многогранньім с звездообразньім очертанием и им подобньм. -

Согласно одному варианту изобретения, указанное трубчатое тело имеет один единичньй зазор и ю указаннье два сектора стенки сливаются в единое тело, протягивающееся от одной сторонь! зазора до другой.

Таким образом, согласно зтому варианту, злектрод имеет трубчатое тело с одним единичньім прорезанньм зазором.

В соответствии с другим вариантом изобретения, указанное трубчатое тело имеет несколько зазоров и « несколько секторов стенки, причем каждьй сектор стенки протягивается между двумя зазорами. в с Часть плазменной дуги, которая находится в контакте со второй краевой областью, назьівается в указанной области техники "опорой" (Тоо0ої"). Во время работьї злектрода плазменного дугового генератора, согласно ;» изобретению, опора плазменной дуги движется в закрьттом контуре вдоль области второго края.

В соответствии с предпочтительньм вариантом злектрода плазменного дугового генератора согласно

Мзобретению, каждое зазорное пространство области второго края изготавливается с таким размером, что оно с бьло в основном не шире, чем найменьший диаметр фактического столба плазменной дуги; и расстояние между указанной проекцией места соединения связанного с зазором на участке второго края и указанной о принимающей зоной злектрической дуги является в основном не меньшим, чем найбольший диаметр опорь ї5» фактического столба плазменной дуги.

Замечено, что диаметр столба дуги и диаметр опорьії дуги являются видимо определяемьми величинами, - которне можно измерять зкспериментально. Величиньї наименьшего и найбольшего диаметров столба дуги

Із могут кроме того рассчитьіваться из величин найбольшего и найменьшего токов дугового разряда, с помощью уравнений известньїх специалистам в данной области. Например, в газообразной окружающей среде при атмосферном давлениий, и при токе дугового разряда около 300 А, диаметр столба дуги на твердом злектроде

Б будет достигать около 5см, а диаметр опорь дуги обьічно находится в пределе диапазона от З до 5мм.

Значение вьішеуказанньїх положений состоит в том, что возможньій найболее узкий столб дуги возникаеєт в (Ф, устройстве, которое должно бьїть способньмм пересекать зазор, и найболее широкая опора дуги не должна ка перекрьвать зону лежащую ниже места соединения во время пересечения зазорного пространства области второго края, но вместо зтого передвигаться через зону принимающую злектрическую дугу, которая поперечно бо смещается от места соединения способом, которьій является специфичньм, тем самьм обеспечивается непрерьівистое движение злектрической дуги.

Предпочтительно, чтобь! место соединения помещалось вблизи области первого края.

Если желательно, область второго края злектрода может бьть скошенной, тем самьм поверхность для злектрического разряда увеличивается и отклоняется от нормали к оси трубчатого тела, делая, таким образом, 65 невозможньм контролирование ориентации дуги.

В соответствий с одним вариантом злектрода плазменного дугового генератора согласно изобретению,

главному пространству указанного по крайней мере одного продольно протянувшегося зазора придаєтся такая форма, чтобьі проекция указанного связанного с зазором места соединения, на участок второго края находилась в том секторе стенки, которьій вмещаєт передающую зону злектрической дуги.

Согласно одному варианту изобретения, секторьі указанного трубчатого тела конструируются так, чтобь проекция каждого связанного с зазором места соединения на участок второго края находилась на некотором расстоянии от замкнутого контура, или внутри или с внешней стороньії периметра указанного замкнутого контура.

Если желательно, секторьі стенки злектрода плазменного дугового генератора согласно изобретению могут 7/0 Конструироваться так, чтобь, по крайней мере, пространство области второго края каждого зазора формировалось с перекрьтием между примькающими участками секторов стенки, включающих указаннье передающую и принимающую зоньі плазменной дуги. При такой конфигурации, площадь поперечного сечения злектрода возрастает за пределами цилиндрического трубчатого тела, периметр которого определяется с помощью места соединения на первом крає. Например, трубчатое тело злектрода может иметь звездообразную у75 Многогранную форму и собираться из множества модульньх сегментов тела, частично перекрьвающихся вблизи их краев.

Будучи приведен в действиє, злектрод плазменного генератора, согласно изобретению, например из графита или тугоплавкого металла, способен генерировать разряд плазменной дуги мощностью вплоть до 5Оквт, без необходимости водяного охлаждения. Однако, для злектродов согласно изобретению, с поперечньм го размером не превишающим 7см, может потребоваться работа с прерьіваниями.

Согласно второму аспекту изобретения, обеспечиваєтся устройство плазменного дугового генератора, включающее злектрод специфического вида. Устройство плазменного дугового генератора может бьіть или неперемещаемого, или перемещаемого типа. Устройство генератора с неперемещаємой плазменной дугой согласно изобретению может использоваться для плазменной обработки непроводяших основ, таких как сьірье с об для строительной промьішленности, отходь! или любой другой дизлектрический материал.

Посредством одного варианта, изобретение обеспечиваєт устройство генератора с перемещаємой і) плазменной дугой, включающего злектрод плазменного дугового генератора для взаймодействия с проводящей злектричество основой, которая служит противоположньм злектродом, злектрод плазменного дугового генератора и противоположньй злектрод, которье образуют вместе двухрельсовую структуру способную су зо Генерировать разряд плазменной дуги способной перемещаться вдоль замкнутого контура в первом направлений, злектрод плазменного дугового генератора, которьій имеет злектрические средства соединения 87 для соединения с источником постоянного тока злектропитания и включаєт в основном трубчатое тело с «г первьім краем, образующим часть области первого края, и вторьмм, рабочим краем, образующим часть области второго края и служащим для разряда злектрической дуги, злектрод, в котором: - (ї) указаннье злектрические средства соединения включают, по крайней мере, одно место соединения на ю злектроде; (і)указанное трубчатое тело имеет, по крайней мере, один продольно протягивающийся зазор с зазорньм пространством области первого края, главньмм зазорньім пространством и зазорньм пространством области второго края, зазорьі, каждьій из которьїх разделяєется поперечно между двумя секторами стенки, где каждьй « 70 имеет первую и вторую краевую части, причем один из указанньїх секторов стенки содержит место соединения Пе) с связанное с зазором; (ії) вторая краевая часть одного из указанньїх секторов стенки имеет передающую зону плазменной дуги, и ;» вторая краевая часть другого сектора стенки, содержащая указанное место соединения, имеет принимающую зону плазменной дуги, плазменной дуги, передающая и принимающая зоньї которой разделяются и граничат на

Зазорном пространстве области второго края указанного продольно протягивающегося зазора, образуя, таким г образом, две стороньї указанного зазорного пространства; (мм) указанное связанноеє с зазором место соединения располагается так, чтобьі его проекция на вторую о краевую часть поперечно смещалась от указанной принимающей зоньі плазменной дуги во втором ї» направлений, которое является противоположньім указанному первому направлению, посредством которого во

Время работь! в указанной двухрельсовой структуре генерируется сила Лоренца, создавая плазменную дугу, - действующую между указанньім злектродом генератора плазменной дуги и противоположньім злектродом для

ГІ непрерьшваємого движения в замкнутом контуре в указанном первом направлений вдоль указанной области второго края и поперек каждого из указанньїх зазорньїх пространств второй краевой области.

В следующем описаний злектрод плазменного дугового генератора согласно изобретению, образующий часть устройства плазменного дугового генератора, будет назьіваться зпизодически "главньмм злектродом".

В одном варианте, устройство генератора с перемещаемой плазменной дугой согласно изобретению, (Ф, включаєт цилиндрический кожух, окружающий главньй злектрод, и расположенньй относительно него так, ко чтобьі образовать с ним кольцевую камеру. Если желательно, может обеспечиваться кришка для изоляции кожуха от торца являющегося ближним к первому краю злектрода. Кроме того, если желательно, средства бо зажигания для зажигания разряда плазменной дуги могут монтироваться внутри кольцевого пространства между кожухом и главньм злектродом вблизи первого края, тем самьм для зажигания генерируется вспомогательная дуга, которая дает начало главной дуге.

Типично, что средства зажигания могут включать первьій стержневидньйй злектрод, содержащийся внутри второго, коаксиального трубчатого злектрода в пространственном отношений, первьій и второй злектродь, 65 Которьіе являются способньми соединяться с двумя полями источника постоянного тока злектропитания, третий стержневидньій злектрод, которьій монтируеєтся в основном перпендикулярно к указанному второму трубчатому злектроду в его торцевой части, третий злектрод, которьй способен для злектрического соединения с осциллятором вьісокого напряжения. Предпочтительно, чтобьі указанная торцевая часть трубь изготавливалась с внутренним вьіступом с тем, чтобьї сформировать суженньій зазор между стержневидньм и трубчатьм злектродом в области, где вьсокое осцилляторноє напряжение подаєтся через третий, стержневидньй злектрод.

С помощью одной особой конструкции, средство зажигания крепится к крьішке кожуха и протягиваєтся аксиально к области второго края главного злектрода.

В соответствии с предпочтительньм вариантом устройства генератора с перемещаєемой плазменной дугой 7/0 согласно изобретению, обеспечиваются средства для аксиального перемещения главного злектрода, тем самьїм расстояние второго края от основь! может регулироваться и оптимизироваться в ходе работи.

Типичньім применением устройства генератора с перемещаеємой плазменной дугой согласно изобретению, является тепловая обработка жидкого металла во время твердения в соответствующей форме, такой как форма слитка.

Соответственно, еще другим аспектом изобретение обеспечиваєт способ тепловой обработки твердеющего жидкого металла внутри формь, включающий ообеспечение устройства генератора с перемещаемой плазменной дугой, имеющего главньійй злектрод для взаимодействия с злектропроводящей основой, служащей в качестве противоположного злектрода, главньйй злектрод, которьй совместно с указанной злектропроводящей основой обеспечиваєт двухрельсовую структуру способную генерировать разряд плазменной, дуги способной го перемещаться вдоль замкнутого контура в первом направлений, главньй злектрод, которьій имеет злектрические средства соединения для соединения с источником постоянного тока злектропитания и включаеєт в основном трубчатое тело с первьім краем, образующим часть области первого края, и вторьм, рабочим краем, образующим часть области второго края и служащим для разряда злектрической дуги, злектрод, в котором: (ї) указаннье злектрические средства соединения включают, по крайней мере, одно место соединения на с ов Ззпектроде; (ії) указанное трубчатое тело имеет, по крайней мере, один продольно протягивающийся зазор с зазорньм і) пространством области первого края, главньмм зазорньім пространством и зазорньм пространством области второго края, зазорьі, каждьій из которьїх разделяєется поперечно между двумя секторами стенки, где каждьй имеет первую и вторую краевую части, причем один из указанньїх секторов стенки имеет место соединения (сі зо связанное с зазором; (її) вторая краевая часть одного из указанньїх секторов стенки имеет передающую зону плазменной дуги, и. 7 вторая краевая часть другого сектора стенки, несущая указанное место соединения, имеет принимающую зону «г плазменной дуги, плазменной дуги, передающая и принимающая зоньі которой разделяются и граничат на зазорном пространстве области второго края указанного продольно протягивающегося зазора, образуя, таким - з5 образом, две сторонь! указанного зазорного пространства; ю (мм) указанное связанноеє с зазором место соединения располагается так, чтобьі его проекция на вторую краевую часть поперечно смещалась от указанной принимающей зоньі плазменной дуги во втором направлений, которое является противоположньмм указанному первому направлению, установку указанного плазменного генератора так, чтобьї указанньій второй край являлся ближайшим к поверхности жидкого металла « 70 на приемлемо вьібранном расстояниий от него, соединение указанного главного злектрода с одним полем -о с злектропитания и жидкого металла с другим его полем, зажигание злектрической дуги, посредством которой, во

Й время работьї, в двухрельсовой структуре включающей указанньй главньій злектрод и Ууказанньй а противоположньій злектрод, генерируєтся сила Лоренца, которая заставляет плазменную дугу, возникшую между указанньм главньм злектродом и противоположньм злектродом, непрерьваємо перемещаться в

Замкнутом контуре в указанном первом направлений вдоль указанной области второго края и поперек каждого г из указанньїх зазорньїх пространств области второго края; и продолжение обработки до тех пор, пока жидкий металл не достигнет затвердевания. о Контроль режима закаливания и твердения жидкого металла путем тепловой обработки плазменной дугой в ї» соответствии с изобретением, улучшает качество застьившего металла. В соответствии с изобретением, бьло Ообнаружено, что такое улучшение создается благодаря перемещению плазменной дуги вдоль замкнутого - контура под действием силь! Лоренца, которая генерируется внутри нового плазменного генератора. Далее

Із бьіло обнаружено в соответствии с настоящим изобретением, что благодаря такой обработке дефекть! отливки предьдущего уровня развития техники, такие как образование газовьїх пузьірей и пористости, сегрегация, образование усадочньїх раковин и неоднородности химического состава и кристаллической структурь! поперек спитка, исключаются. Біло таюке обнаружено, что в соответствии с изобретением уменьшается количество металлического лома. Еще далее бьло найдено, что, как следствиєе горячей обработки согласно изобретению, (Ф, кристаллическая структура застьівшего металла улучшаєтся, возможно, в результате злектромагнитньх полей, ко которне являются причиной возникновения силь! Лоренца.

Краткое описание рисунков во Для лучшего понимания, теперь будут описьіваться некоторье специфические варианть! изобретения, только путем примеров, со ссьілкой на прилагаемьсе рисунки, в которьх:

Фиг. 1 представляєт схематическое трехмерное изображение одного варианта злектрода плазменного дугового генератора согласно изобретению;

Фиг. 2А представляет вид сбоку другого варианта злектрода согласно изобретению, показьівающим также в5 схематично противоположньй злектрод; 17

Фиг. 2Б представляет вид сверху варианта показанного на Фиг. 2А;

Фиг. З представляет схематическое трехмерное изображение еще другого варианта злектрода плазменного дугового генератора согласно изобретению, вместе с противоположньім злектродом;

Фиг. 4 представляет схематическое трехмерное изображение еще другого варианта злектрода плазменного дугового генератора согласно изобретению;

Фиг. 5 представляет схематический вид поперечного сечения одного варианта ;

Фиг. б представляет схематический вид поперечного сечения одного варианта устройства генератора с перемещаемой плазменной дугой согласно изобретению; 70 Фиг. 7А представляет схематический аксиальньй вид поперечного сечения другого варианта устройства генератора с перемещаемой плазменной дугой согласно изобретению;

Фиг. 7Б представляет вид снизу варианта показанного на Фиг. 7А;

Фиг. 8 представляет увеличенньій вид поперечного сечения средства зажигания в устройстве плазменного дугового генератора согласно изобретению;

Фиг. 9 представляет общий вид установки для проведения контролированного закаливания и твердения жидкого металла в форме, с помощью устройства плазменного дугового генератора согласно изобретению; и

Фиг. 10 представляет слитки, которье затвердели с и без обработки циркулирующей плазменной дугой согласно изобретению.

Детальное описание специфических вариантов

Фиг. 1 иллюстрирует перспективное изображение одного варианта злектрода плазменного дугового генератора согласно изобретению. Как показано, злектрод 2 включает трубчатое цилиндрическое тело имеющее продольную ось, первьій край 3, второй, рабочий край 4 служащий для разряда злектрической дуги и являющийся составной частью двухрельсовой структурьі, которая в процессе работьї формирует замкнутьй контур для движения злектрической дуги в результате действия силь! Лоренца, генерируемой в устройстве. с Боковая стенка 5 цилиндрического тела злектрода разрезается на части единьім проходящим насквозь зазором 6, протягивающимся, в основном, в аксиальном направлений и имеющим зазорное пространство 7 области і) первого края, главное зазорное пространство 8 и зазорное пространство 9 области второго края. Как показано, главное зазорное пространство 8 включаєет две части; образующие между собой тупой угол. Зазор 6 разделяется между двумя секторами 10 и 11 стенки 5. Злектрод 2 имеет на первом крає З связанное с зазором с зо Место 12 соединения плотно прилегающееє к соединителю 13, которьій служит для соединения с полем источника постоянного тока (не показан). Замечено, однако, что место соединения не нуждается, чтобь его - располагали на первом краю и может размещаться на любом уровне трубчатого тела, но предпочтительно на /«ф достаточном расстояний от рабочего края 4 так, чтобьї не подвергаться воздействию плазменной дуги и парам основьі. Штриховая стрелка 14 на Фиг. 1 показьівает направление движения генерированной злектрической дуги - з5 В процессе работьі в результате действия силь! Лоренца, т.е. так назьваемое первое направление. Как ю упоминалось, для цели зтого движения, злектрод 2 со вторьім краем 4 является одним компонентом требуемой двухрельсовой структурь,, а противоположньй злектрод 15 является другим компонентом.

Зазорное пространство 9 области второго края разделяется между передающей зоной 16 злектрической дуги и принимающей зоной 17 злектрической дуги. Принимающая зона 17 располагается на том же самом « бекторе 11 стенки как и место 12 соединения. з с Как зто видно, в зтом варианте, зазор 6 сконструирован так, что проекция 19 места 12 соединения на второй край 4 злектрода 2 располагается вблизи к зоне 16 передающей злектрическую дугу и смещается от зонь 17 ;» принимающей дугу в направлений (так назьіваемом втором направлений), которое является противоположньм упомянутому первому направления на расстояние І. Зто расстояние не является существенно меньшим, чем найбольший диаметр опорь! генерированной столба плазменной дуги. с Когда дуга инициируеєтся между злектродом 2 и противоположньм злектродом 15, она образует токопроводящее плазменное тело, соединяющее в виде моста два злектрода. Так как два злектрода о составляют двухрельсовую структуру, злектрический ток создает магнитное поле, которое взаймодействует с ї5» током дугового разряда и его магнитнь!м полем, вьізьівая, таким образом, генерирование силь! Лоренца, которая передвигает столб дуги вдоль второго края 4 в направлений противоположном от проекции 19 места 12 - соединения, т.е. в направлений показанном пунктирной стрелкой 14.

Із Согласно изобретению, непрерьіваемое движение плазменной дуги достигается благодаря тому факту, что при каждом пересечениий зазорного пространства 9 второго края опора плазменной дуги является расположенной дальше по ходу движения (относительно движения дуги в направлений стрелки 14) зоной ов Ззпектрического влияния места 12 соединения, т.е. расположенной дальше по ходу движения проекцией 19.

Фигурь 2А и 2Б иллюстрируют другой вариант злектрода согласно изобретению, включающий (Ф, прямоугольное трубчатое тело 20, которое собрано из определенного количества сегментов, образующих ка секторьі 21 стенки злектрода и разделенньїх множеством наклонньїх зазоров 22. Верхние грани сегментов 21 образуют первьій край 24 злектрода 20, а нижние грани их образуют второй край 27 его, причем каждьй из бо секторов 21 имеет, таким образом, первую и вторую краєвье части. Каждьй из секторов 21 злектрода обеспечиваєтся злектрическим местом соединения плотно соединенньм с поперечно вьіступающим соединителем 23 и расположенньм на верхней внутренней части секторов 21 вблизи их первого края. Все соединители 23 являются взаймосвязанньми с помощью общей токопроводящей пластинь 25, которая может злектрически соединяться с полем источника питания постоянньім током (не показан) через токопроводящую б5 шину 26. В основном, расположение каждого связанного с зазором соединителя 23 относительно связанного зазора 22 и передающих и принимающих зон злектрической дуги, а также расположение проекции каждого места соединения на участке второго края являются аналогичньмми устройству, показанному на Фиг. 1, хотя формь! и количества секторов и зазоров являются различньми. Как можно видеть, проекция каждого соединителя 23, связанного с отдельньм сектором 21 тела злектрода, на горизонтальную поверхность,

Включающую второй край 27 злектрода 20 падает на смежньй сегмент злектрода, вблизи его передающей зонь плазменной дуги. На Фигурах 2А и 2В8 представлен схематически показанньій противоположньй злектрод 28, которьій располагается под вторьім краем 27 злектрода 20. Противоположньій злектрод обеспечивается клеммой 29 для соединения с противоположньім полем источника питания постоянньім током (не показан).

Когда возникает разряд злектрической дуги между злектродами 20 и 28, генерируется сила Лоренца, 7/0 посредством которой плазменная дуга перемещаеєтся непрерьшаємо вдоль второго рабочего края 27 трубчатого тела в направлений пунктирной стрелки на Фиг. 2Б (первое направление).

Фиг. З иллюстрирует еще другой вариант злектрода 30 согласно изобретению, имеющему звездообразную форму и включающему в основном трубчатое тело собранное из множества усеченно-треугольньїх сегментов, которье образуют множество секторов 31 стенки разделенньїх аксиально протягивающимися зазорами 32. В /5 аксиальном направлений трубчатое тело злектрода ЗО протягиваєтся между первьм (верхним) краем З3 и вторьїм (нижним), рабочим краем 34. Усеченно-треугольньюе секторьі 31 стенки имеют каждьій первую часть 35 стенки, которая включаєет принимающую зону плазменной дуги и также злектрический соединитель 37, и вторую часть 36 стенки, которая включаєт передающую зону плазменной дуги. Грань 38 первой части 35 сектора 31, которая находится вблизи связанного зазора 32 рассматривается здесь как ближняя грань, а противоположная 2о грань 39 второй части 36 смежного сектора 31 рассматриваеєется здесь как дальняя грань 39. Злектрические средства 37 соединения всех секторов 31 злектродов соединяются с общей токопроводящей пластиной 40, обеспеченной шиной 41 для соединения с полем источника питания постоянньім током (не показан). Ниже злектрода 30 схематично показьівается противоположньій злектрод 42 с клеммой 43 для соединения с противоположньїм полем источника питания постоянньм током (не показан). с

Можно видеть, что секторь! 31 злектрода устанавливаются таким образом, что проекции соединителей 37 на втором крае 34 располагаются внутри периметра замкнутого контура движения дуги в указанном первом і) направлений, которое показано штриховой стрелкой. Кроме того, каждая первая часть 35 сектора 31 частично перекрьвает вторую часть 36 стенки смежного сектора 31 злектрода с образованием указанньїх зазоров 32.

Таким образом, каждая ближняя грань 38 со связанньмм соединителем 37 перемещается от смежной найболее с зо удаленной грани 39 во втором направлений, которое является противоположньмм указанному первому направлению, на расстояние Ї. В зтом специфическом варианте зтот просвет является также расстоянием - между принимающей зоной злектрической дуги и проекцией места средства 37 злектрического соединителя на «Е втором крае 34. (Как определено, передающая зона дуги и принимающая зона дуги образуют стороньї каждого из зазоров 32 в области второго края 34.) Благодаря такому устройству, каждая передающая зона « злектрической дуги (не показана) передает движущийся столб дуги со смежной принимающей зоной дуги через ю зазорное пространство второй краевой области в местоположение, которое располагается дальше по ходу движения от места соединителя 37, обеспечивая, таким образом, непрерьіваемое перемещение дуги в указанном первом направлений штрихованной стрелки.

Фиг. 4 показьівает схематично еще другой вариант 44 злектрода согласно изобретению. Аналогично, каки в « 70 варианте Фиг. З, зазорьі являются аксиальньми с их зазорньім пространством первой краевой области, главное 7) с зазорное пространство и зазорное пространство второй краевой области являются центрированньіми, и также проекции средств соединения 45 на плоскость Р, включающую второй рабочий край 46 злектрода 44, находятся ;» за пределами замкнутого контура 47 движения плазменной дуги на той же плоскости Р. Однако, в отличие от варианта Фиг. З, проекции соединительньїх средств 45 падают за пределами периметра контура 47, и секторь 48 стенки не перекрьівают друг друга вблизи зазоров 49. Аналогично Фиг. З, каждая проекция соединителя 45 на с плоскость Р, включающем второй край 46 смещаєется от связанной передающей зоньії плазменной дуги в направлений противоположном направлению движения плазменной дуги на расстояние |, тем самьм в о процессе работьі! обеспечивается непрерьіваемое движение плазменной дуги вдоль ее замкнутого контура. ї5» Все варианть! злектродов, которне иллюстрируются на Фигурах 1-4, предназначаются для обеспечения непрерьваемого разряда циркулирующей плазменной дуги в плазменньх генераторах. Как упоминалось, - ширина зазорного пространства второй краевой области предпочтительно не должна бьть больше, чем

Із диаметр наийболее узкого столба дуги предназначенного для создания на злектроде, и расстояние /. предпочтительно не должно бьїть меньше, чем найболее широкая опора дуги, которая генерируется на злектроде. Конфигурация злектрода согласно изобретению позволяет применять ее для относительно больших Ззпектродов без какого-либо водяного охлаждения и нагнетания задищающего газа для стабилизации разряда плазмь, и по крайней мере вплоть до мощности на вьіходе около 5Оквт. (Ф, Фигурь 5 и б иллюстрируют схематично и путем лишь примера, вариантьї устройства плазменного ка генератора согласно изобретению, соответственно неперемещаемого и перемещаемого типов.

Ссьлаясь вначале на Фиг. 5, в аксиальном виде поперечного сечения показьшваєтся один вариант бо устройства 50 плазменного генератора, которьій включаеєт главньй трубчатьшй злектрод 51 согласно изобретению, имеющий наклонньій проходящий насквозь зазор 52, и которьій обеспечивается злектрическими средствами 53 соединения. Главньй злектрод 51 концентрически окружается проводящим цилиндрическим кожухом 54, имеющим крьішку 55. Отмечается, что крьішка 55 является необязательной. Главньй злектрод 51 и кожух 54 связьшваются с двумя противоположнь!ми полями мощного источника 56 питания постоянного тока, как б5 известно само по себе, с кожухом 54, служащим в качестве противоположного злектрода в устройстве.

Устройство 50 также обеспечиваєется средствами 57 зажигания для создания дополнительного разряда дуги.

Средства зажигания включают злектрод 58 зажигания, которьій получает знергию от осциллятора 59 вьісокого напряжения, как известно само по себе, и вьіступ 60, устроенньйй на внутренней стенке кожуха и расположенньй вблизи главного злектрода 51, служит для облегчения зажигания дополнительной дуги 61, которая после Зажигания передвигается к области нижнего края главного злектрода. Вертикальное перемещение дополнительной дуги также вьізьівается силой Лоренца, которая в зтом особом случае появляется благодаря существованию токопроводящей, рельсовидной структурьї, включающей главньй злектрод 51 и кожух 54.

Разряд 62 главной дуги устанавливается между областью нижнего края главного злектрода 51 и противоположньі!м злектродом 54, и начинает циркулировать вокруг нижнего края 63 трубчатого злектрода 51, 7/0 обеспечивая, таким образом, тепловую обработку основь! 64 (например, бетонной плить)).

Фиг. б иллюстрирует схематично изображение поперечного сечения перемещаемого устройства 70 плазменного дугового генератора согласно изобретению. Главньій трубчатьй злектрод 71 устройства имеет вьішеописанную конфигурацию и связьшаєтся с положительньм полем источника 72 питания постоянньім током, в противоположность отрицательному полю, которое соединяется с злектропроводящей основой 73, 7/5 Которая является обьектом обработки и служит в качестве противоположного злектрода. Отрицательное поле источника 72 питания также соединяется с цилиндрическим кожухом 74, концентрически окружающим главньй злектрод 71. нижняя часть внутренней стенки кожуха 74 покрьївается вьісокотемпературно устойчивьм злектроизолирующим слоем, например, окрашенньім подходящей краской (не показано). Злектрод 75 зажигания устанавливаєтся в кольцевом пространстве, образованном между главньм злектродом и кожухом. Когда в го ппавньй злектрод зажигания 75 подается знергия посредством осциллятора 76 вьісокого напряжения, генерируется дополнительная дуга между главньм злектродом и злектродом зажигания, и затем передается вниз в область 78 нижнего края главного злектрода 71. Область нижнего края 78 является скошенной, как показано на рисунке, обеспечивая, таким образом, желаемую форму и ориентацию разряда 79 главной дуги.

Скошенная область 78 края и окрашенная стенка кожуха 74 заставляют дугу 79 возникать от края 78 до сч ов поверхности 73, скореє чем до кожуха 74.

Фигурьі 7А и 7Б показьшвают схематично аксиальное изображение поперечного сечения и вида снизу, і) соответственно, еще другого варианта 80 перемещаемого устройства плазменного генератора согласно изобретению. Устройство включает главньій трубчатьй злектрод 81, установленньій внутри цилиндрического кожуха 82 изолированного сверху крьішкой 83, из которьїх последняя является необязательной. Генератор с зо соединяется с блоком 84 питания постоянньім током, которьій включает источник мощного тока и осциллятор вьісокого напряжения (не показан), служащий для обеспечения знергией главного и противоположного - злектродов и средств 85 зажигания устройства. Продольная ось главного злектрода 81 является вертикальнойк «р поверхности обьекта, которьій будет обрабатьваться, например, кусок металла, которьій устанавливается в качестве противоположного злектрода 86. Кожух 82, которьій вмещает главньй злектрод 81, устанавливаєтся « з5 на расстояниий УУ от поверхности куска металла, чтобьі обеспечить рабочее пространство для разряда ю плазменной дуги. Главньій злектрод 81 согласно изобретению, может изготавливаться из графита или из злектропроводного, зрозионно-стойкого тугоплавкого материала. Средства 85 зажигания вьіступают из крьішки 83 и располагаются в кольцевом пространстве, образованном между главньмм злектродом 81 и кожухом 82.

Злектропроводньій соегдинитель 93 сьемно монтируеєется в крьішке 83 и злектрически соединяется с одним « Концом блока питания 84, а противоположньмм концом соединяется с главньім злектродом 81 так, чтобь в с обеспечить его злектрической знергией. . Зазор 88, показанньій на Фиг. 7А, простираєется от первого (верхнего) края 89 цилиндрического трубчатого и?» главного злектрода 81 вниз ко второму (нижнему), рабочему его краю 90, и имеет зазорное пространство 91 области первого края, главное зазорное пространство и пространство 92 области второго края. Как далее показано на Фиг. 7А, зазор 88 включает две части, вертикальную часть, которая параллельна образующей с цилиндрической боковой стенке злектрода 81, и наклонную часть, части, которне составляют между собой тупой угол. Благодаря такой конструкции зазора 88, зазорнье пространства 91 и 92 областей первого и второго о краев не находятся на одной линии, а размещаются под углом, как показано на Фиг. 7Б. Злектрод 81 включает ї5» один сектор злектрода плотно соединенньій с одним злектрическим соединителем 93, которьій установлен в Кришке 83 с помощью изолирующей втулки и имеет свое место на первом крає 89 злектрода в - непосредственной близости к зазорному пространству 91 области первого края. Проекция соединителя 93 на

Із второй край 90 располагается между зазорньім пространством 92 области второго края и проекцией зазорного пространства 91 области первого края на второй край 90, на расстояний ГІ. от пространства 92 в направлений противоположном направлению движения плазменной дуги, показанном стрелками на круговой штрихованной в линии 94.

Фиг. 8 иллюстрирует один вариант средства зажигания в устройстве плазменного дугового генератора

Ф) согласно изобретению, например такой, как показанньій на Фиг. 7А под номером 85. Средство 85 зажигания ка может сьемно плотно устанавливаться в криішке 83 устройства Фигур 7А и 7Б так, чтобьі! вьіступать между главньім злектродом 81 и боковой стенкой кожуха 82. Однако, являются возможньми другие местоположения бо средств зажигания. В варианте показанном на Фиг. 8, средства 85 зажигания состоят из первого, второго и третьего злектродов 95, 96 и 97, которне являются злектрически соеєдиненньми с блоком питания 84 и закрепляются внутри кришки 98, изолирующей вьісокое напряжение. Злектрод 95 имеет форму продолговатого стержня, которьій частично и коаксиально размещается внутри второго, трубчатого злектрода 96 пространственно взаймосвязано с образованием кольцевого пространства 99. Третий злектрод имеет форму 65 горизонтального стержня 97, установленного вблизи верхней кромки трубчатого злектрода 96 с внутренней концевой частью вблизи к злектроду 95. Злектрод 97 располагается в основном перпендикулярно к злектродам

95 и 96 и злектрически соединяется с осциллятором вьісокого напряжения (не показан).

Является преимуществом, если верхняя область трубь! 96 изготавливается с внутренним вьіступом 100 так, чтобьї образовать предназначенньй для зтого узкий зазор между злектродами 95 и 96 в области, где применяется осциллятор вьісокого напряжения.

Предпочтительно, чтобь! средства зажигания 85 устанавливались на некотором расстояний от рабочего пространства МУ, так как в зтом случае на его функционирование не будет существенно влиять воздействие, горячей и вьісоко зрозионной атмосферь, присутствующей в рабочем пространстве. На практике, рекомендуется, чтобь! средства зажигания изготавливались как модуль с тем, чтобь! біло возможно бьістро и 7/0 удобно обслуживать и заменять их.

Устройство плазменного дугового генератора, которое иллюстрируется на Фигурах 7А, 7Б и 8, приводится в действие следующим образом. Включается знергия и рабочее напряжение приблизительно 170 вольт подается одновременно внутрь рабочего пространства между главньім злектродом 81 и металлической поверхностью 86, между главньім злектродом 81 и кожухом 82, а также внутрь кольцевого пространства 99 между злектродами 95 7/5 М 96 средств 85 зажигания. После зтого включается осциллятор вьісокого напряжения с тем, чтобь! подавать колеблющееся вьісокое напряжение достаточное для создания злектрического разряда между злектродами 97 и вьіступом 100, а также разряда между краем 100 и злектродом 95. За зтим дуговьім разрядом следует образование дополнительной плазменной дуги внутри зазора между коаксиально расположенньіми злектродньіми средствами 95 и 96. Плазменная дуга смещается вниз вдоль боковой стенки главного злектрода 81 благодаря рельсовому ускорению, которое предусматриваєтся между соответствующими параллельньми поверхностями цилиндрического кожуха 82 и главньмм злектродом 81, и проталкивается в направлений второго края 90 со скоростью около 40м/сек. Полное время, требуемое для стадии зажигания, не превьішаєт 0.002 сек.

После того, как дополнительная плазменная дуга, генерируемая разрядом зажигания, достигнет второго края 90, она приобретает форму разряда 101 главной плазменной дуги между вторьім краем 90 главного злектрода и сч ов поверхностью 86 металла, которьій будет обрабатьваться, главной плазменной дуги, которая вращаєтся в рабочем пространстве МУ. і)

Фиг. 9 показьшвает схематично, как плазменньй генератор согласно настоящему изобретению может применяться для тепловой обработки жидкого металла, твердеющего внутри формь! слитка.

Установка, показанная на Фиг. 9, включаєт форму 120 слитка, которая имеет донное устройство для заливки с зо 5 заливочной задвижкой 121. Жидкий металл 122 заливаєется из ковша (не показан) в литниковую чашу 124 заливочной системь!ї 121 задвижки, входит в форму 120 слитка через его дно и наполняет его вплоть до вьІсоть - контролируемой датчиком 125. Смежно с верхней частью формь 120, располагаєтся устройство 126 «г плазменного дугового генератора, содержащее главньй злектрод 127 согласно изобретению, которьй находится в тележке 128, имеющей колеса 135, которье установлень на рельсьі 129 и, таким образом, « з5 способньі двусторонне перемещаться между положением покоя за пределами соосности с формой 120 и ю рабочим положением при соосности с формой. Кроме того, обеспечиваются средства (не показань!) способнье поднимать и опускать устройство 126. Устройство 126 плазменного дугового генератора включаєт главньй источник 130 знергии, осциллятор 131 вьісокого напряжения и контрольную панель 132 для контролирования перемещения устройства 126 к и от рабочего положения, а также его функционирования во время рабочего « 470 цикла. С зтой целью, контрольная панель 132 оборудуется соответствующими злектронньіми контрольньми в с средствами (не показань) способньми работать методом ручного управления или в соответствии с запрограммированньім режимом. ;» Шина 133 с соответствующим злектрическим кабелем обеспечивается для злектрической связи между источниками 130, 131 знергиий через контрольную панель 132, с плазменньм генератором 126, жидким

Мметаллом 122 через соединитель 134, механизмом 135 и датчиком 125. с На практике, плазменньй генератор 126 приводится в рабочее положение над формой слитка 120, жидкий металл заливается в форму вплоть до определенного уровня, которьій контролируется датчиком 125, уровень, о которьій определяет ширину МУ рабочего пространства между поверхностью жидкого металла 122 в форме и їх вторьім (нижним) краем главного злектрода 127. Ширина МУ обьічно сохраняєется в пределах 8-10мм, если действующее напряжение находится в пределах 60-80 вольт. При действующих напряжениях вьіше, чем 80 - вольт, ширина возрастает, и при 170 вольт, например, она составляет 25мм. После того, как требуемая ширина

Із рабочего пространства отрегулирована, источник 130 знергиий и осциллятор вьісокого напряжения 131 включаются, тем самьм зажигается разряд дополнительной дуги и поддерживаєется до тех пор, пока не возникнет разряд главной плазменной дуги и не начнется тепловая обработка металлической поверхности. Осциллятор вьісокого напряжения обьічно действует, пока не осуществится разряд главной дуги, о наличий которой свидетельствует злектрический ток соответствующий по мощности, которая требуется для особого

Ф) применения. Например, при напряжений 170 вольт, разряд главной дуги может бьіть достигнут током З00 ампер, ка которьій обеспечиваєт злектрическую мощность 50 квт. Вьісота главного злектрода 127 составляет приблизительно 40-6б0мм для слитка, имеющего массу около 20ОКкг. 60 Продолжительность разряда главной дуги, т.е. время, которое требуется для тепловой обработки, может контролироваться с помощью соответствующего таймера (не показан). На практике, таймер должен бьть пригодньім для непрерьвного или периодического действия источника знергиий во время твердения слитка внутри формні.

После завершения тепловой обработки, устройство плазменного дугового генератора отключается и 65 перемещается из рабочего положения, и при дальнейшем охлаждений закаленньй слиток может бьіть удален из форми.

Следует заметить, что благодаря устойчивой циркуляции разряда главной дуги, достигнутой в соответствий с настоящим изобретением, является возможнь!м вьіполнить требуемую тепловую обработку, одновременно изменяя ширину рабочего пространства. Таким образом, если желательно, плазменньій генератор может

Обеспечиваться средствами (не показань) для вертикального обратно-поступательного движения главного злектрода 127 внутри кожуха 126, регулируя тем самьм ширину рабочего пространства МУ (Фиг. 7А). Такое вертикальное перемещение может непрерьівно контролироваться датчиком 125, регулирующим уровень жидкого металла в форме, обеспечивая, таким образом, понижение злектрода 127 в соответствии со сжатием металла, тем самьм обработка, которая ведет к ликвидации дефектов в слитке улучшается, и количество /о металлического лома уменьшается.

Результат тепловой обработки согласно изобретению иллюстрируется на Фиг. 10, на которой показьіваются фотографии двух слитков (а) и (б) из алюминиевого сплава АЗ32.0, которьій затвердел без (а) обработки и с (Б) обработкой методом циркулирующей плазменной дуги согласно изобретению. Масса слитков составляет 7.2 кг.

Традиционньй слиток (а) имеет газовьй пузьірь в верхней части, и, следовательно, значительньй слой слитка /5 должен бьть срезан пользователем. Напротив, слиток (Б), которьій подвергался во время закаливания обработке плазменной дугой согласно изобретению в течение периода 50 сек, имеет гладкую верхнюю поверхность и не требует никакой дополнительной обработки, так как он имеет требуемье точнье размерь!.

Claims (24)

Формула винаходу

1. Злектрод плазменного дугового генератора, которьій совместно с противоположньм злектродом обеспечиваєт двухрельсовую структуру, способную генерировать разряд плазменной дуги, способной перемещаться вдоль замкнутого контура в первом направлений, и которьій имеет злектрические средства для сч ов боединения с источником постоянного тока злектропитания и включает в основном трубчатое тело с первьім краем, образующим часть области первого края, и вторьім рабочим краем, образующим часть области второго о) края и служащим для разряда злектрической дуги, отличающийся тем, что злектрические средства соединения включают по крайней мере одно место соединения на злектроде генератора плазменной дуги, трубчатое тело имеет по крайней мере один продольно проходящий зазор с зазорньім пространством в области первого края, сч зо ппавньм зазорньм пространством и зазорньім пространством в области второго края, зазорь), каждьй из которьїх разделен поперечно между двумя секторами стенки, где каждьй имеет первую и вторую краевую части, (/ж7 причем один из указанньїх секторов стенки содержит место соединения, связанное с зазором, вторая краевая « часть одного из указанньїх секторов стенки имеет передающую зону плазменной дуги, и вторая краевая часть другого сектора стенки, содержащая указанное место соединения, имеет принимающую зону плазменной дуги, « передающая и принимающая зонь плазменной дуги которой разделяются и граничат на зазорном пространстве ю области второго края продольно проходящего зазора, образуя, таким образом, две стороньі указанного зазорного пространства, связанное с зазором место соединения расположено так, что его проекция на вторую краевую часть поперечно смещена от указанной принимающей зонь! плазменной дуги во втором направлений, которое является противоположньм первому направлению, так, что во время работьі в указанной « 20 двухрельсовой структуре генерируется сила Лоренца, формирующая плазменную дугу между указанньім ш-в с злектродом генератора плазменной дуги и противоположньм злектродом для непрерьшвного движения в замкнутом контуре в указанном первом направлений вдоль указанной области второго края и поперек каждого :з» из указанньїх зазорньїх пространств области второго края.

2. Злектрод по п. 1, отличающийся тем, что каждое зазорное пространство области второго края вьіполнено существенно не шире, чем наименьший диаметр фактического столба плазменной дуги; и расстояние І) между с проекцией места соединения, связанного с зазором на участке второго края, и принимающей зоной злектрической дуги существенно не меньше, чем наибольший диаметр опорьї фактического столба плазменной ве дуги. їз

3. Злектрод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что трубчатое тело злектрода плазменной дуги имеет один 5ор Зазор и указанньєе два сектора стенки слить в единое тело, проходящее от одной сторонь! зазора до другой.

-

4. Злектрод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что трубчатое тело имеет несколько зазоров и несколько ГК секторов стенки, причем каждьй сектор стенки проходит между двумя зазорами.

5. Злектрод по любому из пп. 1-4, огличающийся тем, что в по крайней мере одном продольно проходящем зазоре зазорнье пространства области первого и второго края расположень! не на одной линии.

6. Злектрод по п. 5, отличающийся тем, что зазорное пространство имеет две части, составляющие между собой тупой угол. (Ф)

7. Злектрод по п. 5, отличающийся тем, что по крайней мере один продольно проходящий зазор вьіполнен ГІ наклонньм.

8. Злектрод по любому из пп. 1 - 7, отличающийся тем, что каждое место соединения, связанное с зазором, бо расположено в области первого края или вблизи нее.

9. Злектрод по любому из пп. 1 - 8, отличающийся тем, что область второго края вьіполнена скошенной.

10. Злектрод по любому из пп. 1 - 9, отличающийся тем, что главному пространству указанного по крайней мере одного продольно проходящего зазора придана такая форма, что проекция указанного связанного с зазором места соединения на участок второго края находится в том секторе стенки, которьій вмещает де передающую зону злектрической дуги.

11. Злектрод по любому из пп. 1 - 10, отличающийся тем, что секторь в основном трубчатого тела вьіполненьі так, что проекция каждого связанного с зазором места соединения на участок второго края находится на некотором расстояний от указанного замкнутого контура.

12. Злектрод по п. 11, отличающийся тем, что секторьі в основном трубчатого тела вьіполнень! так, что Ппроекция каждого связанного с зазором места соединения на участок второго края находится внутри указанного замкнутого контура.

13. Злектрод по п. 11, отличающийся тем, что секторьі в основном трубчатого тела вьіполнень! так, что проекция каждого связанного с зазором места соединения на участок второго края находится с внешней стороньї указанного замкнутого контура. 70

14. Злектрод по любому из пп. 1, 4, 8 - 13, отличающийся тем, что секторьї стенки злектрода плазменного дугового генератора вьіполнень! так, что по крайней мере пространство области второго края каждого зазора сформировано с перекрьтием между примьікающими участками секторов стенки, включающих передающую и принимающую зонь! плазменной дуги.

15. Злектрод по любому из пп. 1, 4, 8 - 13, отличающийся тем, что трубчатое тело имеет звездообразную 7/5 Многогранную форму и собрано из множества модульньїх усеченно-треугольньїх сегментов, каждьй из которьх образует сектор стенки и частично перекрьїт вблизи зазоров.

16. Плазменньй дуговой генератор, отличающийся тем, что включаєет злектрод по любому из пп. 1-15.

17. Генератор по п. 16, отличающийся тем, что указанньій злектрод плазменного дугового генератора может взаймодействовать с злектропроводящей основой, служащей в качестве противоположного злектрода и Образующей совместно с главньім злектродом двухрельсовую структуру.

18. Генератор по п. 17, отличающийся тем, что он содержит цилиндрический кожух, которьій окружает злектрод генератора и расположен относительно него так, что образует с ним кольцевую камеру.

19. Генератор по п. 18, отличающийся тем, что он содержит крьішку, которая изолирует кожух от торца, ближнего к первому краю злектрода. с

20. Генератор по п. 18 или 19, отличающийся тем, что он содержит средства зажигания, смонтированнье о внутри кольцевого пространства между указанньім злектродом и кожухом.

21. Генератор по п. 20, отличающийся тем, что средства зажигания смонтированьі вблизи указанного первого края.

22. Генератор по любому из пп. 16 - 21, отличающийся тем, что он включаєет средства для аксиального с зо перемещения злектрода, генерирующего плазменную дугу.

23. Способ тепловой обработки твердеющего жидкого металла внутри формьі, отличающийся тем, что (87 используют генератор с перемещаемой плазменной дугой, имеющий главньй злектрод для взаймодействия с «Е злектропроводящей основой, служащей в качестве противоположного злектрода, главньій злектрод совместно с злектропроводящей основой обеспечивает двухрельсовую структуру, способную генерировать разряд - з5 плазменной дуги, способной перемещаться вдоль замкнутого контура в первом направлений, главньій злектрод уУ вьіполнен по любому из пп.1 - 15, и устанавливают его так, что указанньій второй край близко расположен к поверхности жидкого металла на приемлемо вьібранном расстоянии от него, соединяют главньій злектрод с одним полюсом источника злектропитания, а жидкий металл - с другим его полюсом, поджигают злектрическую дугу, посредством которой, во время работьї, в двухрельсовой структуре, включающей указанньй главньй « зпектрод и указанньійй противоположньй злектрод, генерируется сила Лоренца, которая заставляет плазменную 7-3) с дугу, возникшую между указанньм главньм злектродом и противоположньм злектродом, непрерьвваемо перемещаться в замкнутом контуре в указанном первом направлений вдоль указанной области второго края и ;» поперек каждого из указанньїх зазорньїх пространств области второго края, продолжают обработку до тех пор, пока жидкий металл не достигнет затвердения.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что опускают злектрод, генерирующий плазменную дугу, так, чтобь с поддерживать постоянное расстояние между указанньїм вторьім краем и поверхностью металла внутри формьі. щ» щ» - 50 Ко) Ф) іме) 60 б5