ФГУП ВНИИ ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ им.проф. В.П.Вологдина

ФГУП ВНИИ ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫим.проф. В.П.Вологдина

Применение Применение электромагнитной электромагнитной обработки алюминия обработки алюминия и его сплавови его сплавовГорюшин Г. АГорюшин Г. А., ., Добровольская В. ИДобровольская В. И. ,. ,Иванов В. Н., Червинский В. И.Иванов В. Н., Червинский В. И., , (ВНИИТВЧ), (ВНИИТВЧ), Демидович В. БДемидович В. Б., ., Рассказова И. И.Рассказова И. И., , Чмеленко Ф. В.Чмеленко Ф. В., , (СПГЭТУ-ЛЭТИ), Санкт-Петербург(СПГЭТУ-ЛЭТИ), Санкт-Петербург

Методы электромагнитнойМетоды электромагнитнойобработки алюминияобработки алюминияв жидком и твердом в жидком и твердом состояниисостоянии

ПлавкаПлавка ПеремешиваниеПеремешивание Зонная плавка и очисткаЗонная плавка и очистка Термическая обработкаТермическая обработка Нагрев под прессованиеНагрев под прессование Нагрев перед тиксоформовкойНагрев перед тиксоформовкой Высокочастотная сваркаВысокочастотная сварка Сепарация ломаСепарация лома

Плавка алюминияПлавка алюминия ИндукционнИндукционн

ая плавка в ая плавка в графитовых графитовых тигляхтиглях

Емкость тигля-до 250 кг

Мощность-до 250 кВт

Частота тока-2400--Гц

Малогабаритные печи для Малогабаритные печи для вакуумно-компрессионной плавкивакуумно-компрессионной плавки

Получение алюминия Получение алюминия особой частоты марки особой частоты марки А999А999

Применение:Применение: Платы микросхемПлаты микросхем Волоконная оптикаВолоконная оптика Отражающие поверхностиОтражающие поверхности

Зонная очистка материала основана на принципе

сегрегации.На слитке методом индукционного нагрева создается локальная зона расплава, которую перемещают вдоль слитка.

Примеси понижающие Тпл алюминия остаются в расплаве и перемещаются в конец слитка.

Примеси повышающие Тпл внедряются в растущий кристалл и остаются в начале слитка .

Величина эффективного коэффициента распределения примеси определяется выражением:

(1 )exp( )эф

ж

КK

VK K

D

, где 0Т

ж

СК

С - коэффициент концентрации

примесей в твердой и жидкой фазах;

0V - скорость перемещения зоны плавления;

- толщина диффузионного слоя;

жD - коэффициент диффузии примеси в жидкости.

h 0

?

h h 0

γ γж < тв

h=h 0

h 0

h 0

?

h h 0

γ γж < тв

h=h 0

h 0

h 0

?

h h 0

γ γж < тв

h=h 0

h 0

ж

тв02h (1- )arctg

l

ПроизводительносПроизводительность -2500кг/год при ть -2500кг/год при годовом ресурсе-годовом ресурсе-7000часов 7000часов Непрерывный Непрерывный цикл-200часовцикл-200часовЗагрузка-100 кгЗагрузка-100 кгМощность-100 кВтМощность-100 кВтРасход Расход электроэнергии- электроэнергии-

200кВт200кВт**час/кгчас/кг

Установка для зонной Установка для зонной очисткиочисткиалюминия «Кристалл 806»алюминия «Кристалл 806»

Индукционный нагрев Индукционный нагрев в Тиксотехнологияхв Тиксотехнологиях Реолитье (Реолитье (Rheocasting)-Rheocasting)-

электромагнитное перемешивание электромагнитное перемешивание расплава в зоне кристаллизации расплава в зоне кристаллизации при полунепрерывном литье при полунепрерывном литье слитковслитков

Нагрев (ННагрев (Нeating)eating) заготовки до заготовки до двухфазного (жидко-твердого) двухфазного (жидко-твердого) состояния с последующей состояния с последующей тиксоформовкой (тиксоформовкой (Thixoforming)Thixoforming)

Схема Тиксо-процессаСхема Тиксо-процесса

Индукционный нагревИндукционный нагрев

Управляемость процессаУправляемость процесса Регулирование и стабилизация Регулирование и стабилизация

напряжениянапряжения Равномерность распределения Равномерность распределения

температурытемпературы Разработка двумерной Разработка двумерной

электротепловой модели электротепловой модели индукционного нагревателяиндукционного нагревателя

Оптимизация конструкции индуктораОптимизация конструкции индуктора Контроль температурыКонтроль температуры

Образец детали полученной тиксоформовкой

Проектирование и преимущества многослойных Проектирование и преимущества многослойных индукторов для нагрева заготовок перед индукторов для нагрева заготовок перед прессованиемпрессованием При питании нагревателя от сети для согласования При питании нагревателя от сети для согласования

напряжения сети и индуктора применяются напряжения сети и индуктора применяются согласующие трансформатоы либо 2-3-х слойные согласующие трансформатоы либо 2-3-х слойные концентрические индукторы с отпайками на концентрические индукторы с отпайками на наружном слое.наружном слое.

Недостатки:низкие ремонтнопригодность и КПДНедостатки:низкие ремонтнопригодность и КПД

Многослойный индуктор из отдельных галет

Преимущество:

-высокая ремонтнопригодность

-высокий КПД

-различные варианты соединения галет между собой

. Оптимальная толщина для N-слойного индуктора определяется по формуле

Ng

.d 1321 ,

где δ1 – глубина проникновения тока в

материал индуктора, g–коэффициент заполнения обмотки по длине индуктора.

Медный проводник Алюминиевый проводник

Число слоев Толщина проводника, мм

КПД cos φ Толщина проводника, мм

КПД cos φ

1 15,7 0,565 0,317 18,6 0,541 0,316 3 9,6 0,617 0,265 12,5 0,584 0,258 4 8,8 0,638 0,24 10,5 0,604 0,238 5 8,0 0,655 0,221 9,2 0,621 0,221 6 7,2 0,669 0,208 8,6 0,634 0,205 7 6,9 0,678 0,193 8,0 0,644 0,192

Оптимальные толщины токопровода, изготовленного из меди и из алюминия

( Длина слитка-1000 мм,диаметр-300 мм)

КПД 7-слойного индуктора из алюминия отличается от КПД 5-слойного индуктора из меди на 1,5%

Индуктор с многослойной катушкой галетного типа

Распределение удельной Распределение удельной мощности вдоль слиткамощности вдоль слитка

Красная линия-3-х фазный 3- секционный индуктор

Синяя линия- однофазный 3-х секционный индуктор

Зеленая линия- галетный индуктор с питанием от тиристорного преобразователя с частотой 50Гц

Питание индуктора от Питание индуктора от тиристорного преобразователя с тиристорного преобразователя с частотой тока 50Гцчастотой тока 50Гц

Преимущества:Преимущества: Равномерность распределения Равномерность распределения

температуры по длине слиткатемпературы по длине слитка Плавное регулирование напряжения на Плавное регулирование напряжения на

индуктореиндукторе Возможность регулирования и Возможность регулирования и

стабилизации температуры слиткастабилизации температуры слитка Симметричная загрузка 3-х фазной сетиСимметричная загрузка 3-х фазной сети