190461. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémek folyamatos öntéséhez
1 19046! 2 (5*) Qk = v(BB)-B(Bv) alakban, ahol a pontok a skaláris szorzatot jelölik. Az (5*) egyenletből látható, hogy a Lorentz erőnek mind v mind B irányú komponense is van. A függőlegesen emelő erő sűrűségét kv-vel, a v függőleges iránya és a B által bezárt szöget pedig 0-val jelölve, adódik (6) kv = |v|B2 - |B|cos 0 ()B| |v|cos 0) = , = |v|B2sin2 0 = jv|B2h = FLB2h' ahol Bh a B vízszintes komponense. Ezért megállapítható, hogy az emelő erő csakis a mágneses indukció vízszintes komponensétől függ. A megszilárduló rúdra ható teljes emelő erő kiszámításához képezni kell a (6) jobb oldalának átlagértékét, és ezt meg kell szorozni a rúdnak a lebegtetőbe eső térfogatával. Normális esetben a lebegtető körülveszi a rúd egész hosszát, amelyben a külső rész elegendő vastagságot és szilárdságot ért el, hogy elejét vegye a törésnek, és elegendő mértékben összezsugorodott, hogy a hőkicserélő belső csövével való további adhéziót és súrlódást elkerülje. Alacsony frekvenciákon a tér a megszilárduló fém teljes belső terére kiterjed, és a (6) egyenlet azt mutatja, hogy az emelő erő ebben a tartományban arányos az F frekvenciával. Magas frekvenciákon azonban a folyékony fém belsejében lévő teljes tér a jól ismert, elektromágneses szkin mélységi jelenség következtében legyengül. A Bh vízszintes irányú tér a frekvenciával még gyorsabban csökken, mint a teljes tér, annak következtében, hogy egy adott erővonal kevésbé hatol be a folyékony fémbe, és egyre inkább párhuzamossá válik a rúd tengelyével, így a (6) egyenletben Bh átlagértéke hirtelen leesik a frekvencia növekedtével olyan frekvencia érték fölött, amelynél áz elektromágneses szkinmélység összehasonlíthatóvá válik a rúd sugarával. Ezért létezik egy frekvencia, amelynél az emelő erő maximális. A 8. ábra az emelő erőre kapott számítógépes eredményeket mutatja egy 6 fázisos, 3, 12 cm tekercs átmérőjű és 15 cm hosszúságú lebegtető esetére, amely egy 1,6 cm átmérőjű, 24 mikroohm cm fajlagos ellenállású olvasztott rézoszloppal dolgozik. A 120 mikroohm cm fajlagos elektromos ellenállású ötvözetre kapott eredményeket is bemutatjuk. Mind az emelő erő, mind az indukált Joule-hő görbéit ábrázoltuk. Az emelő erő és a fém súlyának hányadosát százalékosan kifejezve „lebegtetési hányadosnak” hívjuk. Látható, hogy a lebegtetési erő jelentősen lecsökken, adott tekercs gerjesztési áram mellett, az optimális sávtól távol eső frekvenciákon vagy olyan frekvencia tartományban, amelyik a két fém fajlagos ellenállásainál különböző. Az adhéziós megelőzése érdekében a réz súlyával egyenlő nagyságúnak választott lebegtetési erő eléréséhez sokkal nagyobb tekercs gerjesztés szükséges, ha a választott frekvencia az optimális sávon kívül esik. Például, ha réz esetében a lebegtetőt 60 Hz-cel működtetjük 1,5 kHz helyett, akkor a tekercset 25-ször nagyobb gerjesztési teljesítménnyel kell üzemeltetni az alacsonyabb frekvencián, hogy ugyanazt a lebegtetési erőt érjük el. 1,6 cm átmérőjű réz rúddal végzett kísérletekben a tekercs gerjesztésének tipikus értéke 3 kW, amelynél az adhézió megelőzése érdekében teljes lebegtetés érhető el. 60 5 10 15 20 25 30 35 Hz-nél történő lebegtetéshez így 3 x 25 = 75 kW lenne szükséges. A hozzátartozó tekercsáramok a tipikus 350 A értékről 350 x 5 == 1750 A-re emelkednének. Az ilyen nagy áram elviselésére képes többfázisú lebegtető tervezése és konstrukciója sok műszaki problémát jelent a szükséges, nagy vezető méretek miatt. Bár a tekercs hődisszipációja ilyen módon csökkenthető, a nagy vezető méretek jelentősen növelnék a lebegtetési tekercsek hatásos keresztmetszetét, ami viszont még nagyobb gerjesztéseket tenne szükségessé a lebegtetett, megszilárduló rúd belsejében kívánatos térerő eléréséhez. A joulehő görbék vizsgálata azt mutatja, hogy a rúd hoszszégységére eső, abszorbeált teljesítmény az optimális frekvencia környezetében ugrásszerűen megnő. Ez arra enged következtetni, hogy a jelentősen az optimális frekvencián túli értéknél való működtetés elektromos melegedéshez vezethet, amelyik fékezheti a rúd megszilárdulását, különösen a nagyobb fajlagos ellenállású fémek esetében. További, más rúd átmérőkre végzett komputeres számítások - megfelelően méretezett lebegtetőkkel - azt mutatják, hogy az optimális lebegtetési frekvencia közelítő értékét az alábbi képlet határozza meg: (7) F = 36 e/D2, ahol F a frekvencia kHz-ben, q a fajlagos ellenállás mikroohm cm-ben, és D a rúd átmérő mm-ben. A tekercs gerjesztő áramát illető gyakorlati megfontolások miatt a lebegtetőnek az optimális lebegtetési frekvenciánál kisebb nagyságrendhez közelítő frekvenciákon való működtetését ki kell zárni. Tehát úgy tűnik, hogy az optimáüis frekvencia tartomány egy ilyen minimumtól az F optimális frekvenciánál nem lényegesen nagyobb felső határig terjed, amely minden fémre fajlagos ellenállásától és a rúdátmérőtől függően különböző, ahogyan ezt a (7) egyenlet mutatja. 40 Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás fémek öntésére, amelynek során öntőedényben lévő fémolvadékot elektromágneses térbe 45 vezetünk és az edényen, illetve az elektromágneses téren keresztülvezetett megdermedő fémoszlopot az öntőedényből kihúzzuk, azzal jellemezve, hogy függőlegesen nyújtott, felfelé haladó váltóáramú elektromágneses teret hozunk létre az öntőedény 50 (11) belsejében és a megdermedő fémoszlopot (20) az öntőedény (11) és az elektromágneses tér belsejében úgy vezetjük, hogy közben az elektromágneses térrel lebegtetést és formázást végzünk a fémoszlop (20) legalább egy része mentén oly módon, hogy a 55 megdermedő fémoszlop (20) és az. öntőedény (11) belső fala között gyűrű alakú rés (45) vagy legalább nyomás nélküli érintkezés maradjon. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektromágneses térrel 75 és 200% kögQ zötti lebegtetési hányadost valósítunk meg a folyékony fém hosszegységre eső súlyára vonatkoztatva 3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a váltóáramú elektromágneses tér 7/_ frekvenciáját F = —Ç értéken tartjuk, ahol F a 65 D2 9
