Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11262
.pdf
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=412934&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB412934A
[]
ПАТЕН Тр,-к Т ци'д №
Дата проведения конвенции (США): 14 марта 1932 года.
Дата подачи заявления (в Соединенном Королевстве): 31 октября 1932 года.
Завершено: 2 июля 1934 г.
412,934 № 30,632/32.
a III. Полная спецификация.
Черный металл и способ его производства.
Мы, компания «The Ambrican Rolling Company», должным образом зарегистрированная в соответствии с
законами штата Огайо по адресу: 7103, Curtis Avenue, Middletown, State of Ohio, United States of America,
настоящим заявляем о характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут
подробно описаны и установлены в следующем заявлении.
Наше изобретение относится к новому продукту из черного железа, который характеризуется практической
устойчивостью к старению, синей хрупкости и сохранением своего состояния после обработки,
предотвращающей растяжение.
Кроме того, пластичность нашего металла существенно не снижается за счет процентного снижения холодной
деформации, которое существенно уменьшило бы пластичность обычной низкоуглеродистой стали и
товарного железа.
В промышленных чугунах и сталях обычно содержатся определенные компоненты, такие как, например, O,
FeO, которые способны растворяться в расплавленном железе и при затвердении образовывать с
железом (ферритом) твердый раствор, нестабильный при атмосферной температуре, что приводит к
образованию так называемого «затвердевания».
Настоящее изобретение в самом широком смысле направлено на достижение стабилизированного состояния
железа или стали, благодаря чему предотвращается образование трещин. Процесс, посредством которого
это достигается, кратко описан следующим образом.
После получения партии товарного железа или стали указанные выше растворимые в феррите компоненты
удаляются из соединения с железом с помощью подходящего обрабатывающего металла, например, титана,
в той степени, в какой это практически возможно в условиях коммерческого производства. Такая обработка
оставляет определенное, но крайне малое количество указанных элементов в соединении с железом. Железо
или сталь, содержащие таким образом радикально уменьшенное количество растворимых в феррите
компонентов и небольшое количество легирующих компонентов, после обработки до желаемой формы, затем
подвергаются термической обработке, включающей нагрев до температуры от 7000 до 13500 °F и медленное
охлаждение, что приводит к состоянию «не более чем насыщенного раствора феррита при атмосферной
температуре». Под этой фразой мы хотим обозначить стабилизированное состояние, существующее в
обработанном таким образом металле, где растворимые в феррите компоненты сведены к минимальному
количеству, а состояние металла таково, что он сохранит любое его количество. Растворимые в феррите
компоненты могут оставаться в металле, не выпадая в осадок, из-за прошедшего времени, благодаря чему
физические свойства металла сохраняются практически без изменений. 65 Металлурги и те, кто занимается
формовкой железа и стали, особенно в листовой форме, хорошо знакомы с пагубными последствиями
старения, синей хрупкостью и растяжением, 70 хотя лишь в последние годы этому вопросу и связанным с ним
проблемам уделяется более пристальное внимание.
Одной из распространенных особенностей стали и железа, используемых для глубокой вытяжки, является то,
что при определенной степени деформации металл при вытяжке не деформируется равномерно по всей
длине, что приводит к образованию вытянутых нерегулярных углублений в местах локализации деформации
— дефекта, обычно называемого растяжением.
Мягкая сталь или железо подвергаются холодной прокатке или валковой обработке перед формовкой или
вытяжкой, чтобы придать металлу напряжение 85, предотвращающее растяжение.
Трудность этой практики заключается в том, что если обычной стали или железу придать такую деформацию
или «закалку», как это называется, для подготовки к волочению, то волочение необходимо проводить
достаточно быстро, иначе теряется свобода растяжения, обеспечиваемая холодной прокаткой, поскольку
после старения металла в нем вновь появляется определенный предел текучести. После холодной прокатки
даже с такой незначительной степенью деформации, которая позволяет избежать растяжения, твердость
такого металла постепенно увеличивается, а пластичность уменьшается.
атмосферные температуры, а также повторное формирование определенной точки выхода, как отмечено
выше (пункт 100).
Сталь и чугун в значительной степени теряют свои желаемые обрабатывающие свойства в процессе
старения, настолько, что термин «старение» в промышленности означает увеличение (например, увеличение
количества) нмт анл? ie'sile 412,934 прочность, развитие твердости и потеря пластичности с течением
времени.
Хрупкость в низкоуглеродистой стали или железе, независимо от того, отожжено оно или нет, развивается
после предварительной деформации металла. Хрупкость, по-видимому, присутствует в металлах, которые
также обладают характеристикой, известной как «синяя хрупкость». Эта характеристика заключается в
значительном увеличении предельной прочности и твердости и резком уменьшении пластичности в
диапазоне температур, характерном для каждого металла, обычно выше 3000 °F.
и ниже 9000 °F.
В химическом отношении мы сосредоточили внимание на создании стали или железа, легированного
небольшим количеством металла, такого как титан, обладающего высокой аффинностью к газообразным
элементам, таким как кислород, так что в конечном анализе железа или стали будет присутствовать
достаточное количество неокисленного дегазирующего вещества. Количество остаточного дегазатора будет
достаточным, по крайней мере, для обеспечения полного раскисления металла. По-видимому, из такого
состава следует, что после обработки, нагрева и медленного охлаждения полученного стального или
железного изделия кислород и любые другие вредные элементы, остающиеся либо в сочетании с
дегазатором, либо с ферритом, не будут образовывать нестабильную связь с ферритом, которая, как мы
полагаем, является причиной старения. Дегазаторы, отличные от титана, на которые ссылаются заявители,
указаны в конце спецификации. Практика использования каждого дегазатора не приводится, и считается, что
она не является необходимой.
Заявители обнаружили важность стабилизирующей термообработки как этапа процесса согласно их
изобретению. Мы считаем, что первыми начали коммерчески производить листовой металл из железа или
стали, который не приобретает этих характеристик. При рассмотрении производства нестареющего листового
металла из железа или стали необходимо учитывать нагрев и охлаждение, а также воздействие обработки,
применяемой при обычной прокатке, для придания стали или железу коммерческой формы. Мы обнаружили,
что надлежащий химический анализ не является единственным критерием для листов, произведенных
коммерческим способом, но что помимо надлежащего анализа нам необходимо проводить последующую
термообработку листового изделия для установления желаемого состояния после прокатки.
Последующая холодная обработка не приведет к старению полотна.
Химический анализ образца товарной железной продукции, произведенной нами в соответствии с нашим
изобретением, выглядит следующим образом: C, MnO, P(O), S, C, S, S, S, S, S, S, S, S,
S, S, S, S, S, S, S, S, S. Для настоящих целей содержание титана, указанное в приведенном
выше анализе, было обозначено как «титан, растворимый в азотной кислоте», как определено
аналитическими методами, предложенными в обычных справочниках по этой теме, таких как «Химический
анализ материалов сталелитейных заводов» Фреда Ибботсона, Longmans Green & Company, Лондон, 1920,
стр. 160.
Избыток дегазатора, титана, в приведенном выше анализе 80, является важной особенностью нашего
изобретения. Мы обнаружили, что содержание Ti в железе ниже примерно 0,8% не делает его настолько
твердым и хрупким, чтобы он был непригоден для обработки. В коммерческом чугуне 85 при обработке с
титаном мы обнаружили, что по меньшей мере около 0,2% должно присутствовать в сочетании с железом (а
не с кислородом). В чистом чугуне остаточное содержание титана, вероятно, должно быть больше, чем в
стали или железе, содержащих марганец.
Независимо от того, используется ли в качестве избыточного дегазатора или раскислителя титан или
какой-либо другой дегазирующий металл, мы обнаруживаем, что некоторый избыток необходим для того,
чтобы обеспечить достижение желаемого стабильного состояния путем надлежащей термической обработки.
При производстве этого металла применялась обычная мартеновская технология. Для этого конкретного
металла мы приводим следующие данные о производстве (100%).
В основную мартеновскую печь к примерно 112 000 фунтам доменного железа было добавлено около 178 000
фунтов известнякового лома (11 %), доведенного до содержания железа около 105 31 000 фунтов, и
термическая обработка проводилась обычным способом для получения коммерчески чистого железа до
достижения содержания марганца 0,27. Перед отливкой было добавлено 1000 фунтов кварцевого песка. В
ковш было добавлено 130 фунтов алюминиевого прутка в мешках. В литниковый канал между печью и ковшом
во время розлива было подано 410 фунтов заводского алюминия, а также 1220 фунтов ферротитана (25 % Ti
и 7 % Al), и еще 280 фунтов было добавлено в ковш во время розлива. В ковш было добавлено 500 фунтов
смеси обожженной извести и флюорита. Слитки были выдержаны обычным способом и прокатаны в
заготовки, слябы, прутки, черновые листы толщиной около 108 дюймов и, наконец, в листы толщиной около
0,5 дюйма путем горячей или холодной прокатки, или обоими способами, обычным способом.
Затем листы подвергли следующей термической обработке (R).
Готовые прокатанные листы были нормализованы, а затем подвергнуты окончательной термообработке,
состоящей из отжига в печи, включающего нагрев до температуры 11800 мкТл и выдержку при этой
температуре в течение приблизительно трех часов, после чего печь извлекали из печи и давали ей остыть на
воздухе, что занимало около трех дней, по истечении которых печь открывали, что соответствует скорости
охлаждения в среднем приблизительно 10-15 градусов по Фаренгейту в час. Следует понимать, что это
пример без ограничений. Скорость охлаждения может быть максимально высокой, насколько это возможно, с
учетом обстоятельств, связанных с термообработкой большой массы металла, как в данном случае. Что
касается свойств, не подверженных старению, то вышеупомянутая нормализация, по-видимому, не требуется.
Практический диапазон температур составляет от Ac до Ac 1 и может несколько отличаться для разных
составов.
Температура, до которой металл нагревается при заключительной обработке, время выдержки при этой
температуре и скорость охлаждения скоординированы таким образом, чтобы количество составляющих, таких
как оксиды, осаждающиеся при более высокой температуре, плюс составляющие, которые выпадают в осадок
при понижении температуры и остаются в растворе при комнатной температуре, было таким, чтобы
обеспечить состояние не более чем насыщенного твердого раствора феррита, или приблизительно такое
состояние. Этот термин «состояние насыщенного твердого раствора феррита» следует рассматривать как
ориентир при термической обработке. Другими словами, термическая обработка должна быть такой, которая
на теоретических основаниях приведет к такому состоянию.
При более высокой температуре металл не следует выдерживать длительное время, так как это может
указывать на то, что при более высокой температуре будет происходить агломерация осадка, которая будет
прогрессировать и препятствовать свободному осаждению по мере снижения температуры.
При слишком низкой температуре для достижения начального осаждения в промышленных условиях
требуется слишком много времени. Если нагрев слишком сильный, охлаждение будет нецелесообразным,
поскольку оксиды будут осаждаться из очень высокой степени насыщения, необходимой для получения
требуемых результатов. Хотя различные виды термической обработки дадут одинаковые или сопоставимые
результаты, наш выбор диапазона температур обусловлен практической работой мельницы. Необходимо
получить раствор, не превышающий указанный выше уровень насыщения.
Температура и время выдержки, а также время охлаждения, необходимые для получения не более чем
насыщенного раствора при комнатной температуре, называются нами «стабилизирующей термической
обработкой», и это не вопрос фиксированных или критических температур. Действительно, помимо
теоретических оснований и с учетом различных используемых составов и различных методов восстановления
стали и железа до товарной формы, применяемых в сталелитейной промышленности, специалист в данной
области сможет и, возможно, будет обязан методом проб и ошибок определить термическую обработку,
выбрав не слишком высокую температуру нагрева и не слишком быстрое охлаждение, а также применив
ускоренные испытания на старение, чтобы определить обработку, которая дает наиболее
удовлетворительные результаты. Под «стабилизирующей термической обработкой» мы подразумеваем
любую такую термическую обработку, которая придает материалу желаемые характеристики, описанные нами
здесь.
Следует понимать, что вышеприведенный пример является лишь одним из многих, и мы производим
множество других марок чугуна и низкоуглеродистой стали, которые относятся к категории товарного чугуна и
низкоуглеродистой стали, и все они обладают свойствами, не подверженными старению.
При нагреве выше примерно 15000 °F (7600 °C) не проявляющиеся свойства старения описанного выше
железного материала (9 г) не развивались, если охлаждение происходило как медленно, так и быстро.
При нагреве примерно до 12000 °F и быстром охлаждении свойства, препятствующие старению, не
проявлялись. Если отсутствовал остаточный раскислитель в 95%-ной неокисленной форме, соответствующая
термическая обработка не приводила к проявлению свойств, препятствующих старению. Практические
диапазоны температур будут несколько различаться для разных составов, но, имея приведенные данные,
металлург может легко определить диапазоны для любой производимой стали.
Нам неизвестна ни одна низкоуглеродистая сталь или коммерчески чистое железо, коммерческий лист 105,
которые по степени отсутствия синеватой хрупкости могли бы сравниться со стальными и железными
листами, изготовленными нами в соответствии с вышеуказанной практикой.
В качестве удобного метода определения различий между металлами, которые стареют и не стареют, а также
между металлами, которые являются или не являются хрупкими, мы считаем предпочтительным графический
график зависимости напряжения от деформации испытываемого металла.
Неровный или прерывистый ход кривой напряжение-деформация выше предела текучести в диапазоне
сине-хрупкости является чувствительным признаком сине-хрупкости, а ровный или плавный ход кривой
напряжение-деформация выше предела текучести в диапазоне сине-хрупкости указывает на отсутствие
сине-хрупкости. Кроме того, сине-хрупкость характеризуется заметным уменьшением удлинения и заметным
увеличением прочности на растяжение, что свидетельствует об отсутствии таких выраженных признаков,
характерных для сине-хрупкости, которая также показана на кривой напряжение-деформация, что, как мы
полагаем, справедливо и для старения. Наши наблюдения за прерывистыми кривыми
напряжение-деформация материала, испытанного в диапазоне сине-хрупкости, указывают на то, что этот
материал будет стареть.
Несоответствие кривых напряжение-деформация показывает, что в конечном итоге любой железо или сталь
могут демонстрировать излом кривой напряжение-деформация в точке текучести; и что любой железо или
сталь могут демонстрировать отсутствие излома кривой напряжение-деформация в точке текучести, если
железо или сталь ранее были перенапряжены, а затем испытаны без существенного промежутка времени.
Железо или сталь, подвергнутые старению, будут демонстрировать излом кривой напряжение-деформация в
точке текучести, однако, если они были перенапряжены и им дали отдохнуть некоторое время перед
испытанием; Однако железо или сталь, не подвергавшиеся старению, не будут снова демонстрировать излом
кривой напряжение-деформация в определенной точке текучести, если они были перенапряжены и им дали
отдохнуть некоторое время перед испытанием. Это согласуется с отмеченным выше фактом, что железо или
сталь, не подвергавшиеся старению, впоследствии не будут демонстрировать растяжение-деформацию, если
они были предварительно перенапряжены, т.е. подвергнуты холодной обработке путем прокатки или
растяжения на величину в диапазоне приблизительно 0,2-2% уменьшения толщины, или другой обработке,
приводящей к аналогичному перенапряжению, например, выравниванию валков. Таким образом, кривые
напряжение-деформация иллюстрируют то, что подразумевается под старением, синей хрупкостью и
растяжением-деформацией, но мы не исключаем других испытаний для описания других проявлений
процессов старения, синей хрупкости и растяжения-деформации.
На чертежах (рис. 1) представлена серия кривых напряжение-деформация для образцов листового металла
стандартной формы, шириной 5 дюймов и рабочей длиной 2 дюйма, снятых при температуре 4000 °F,
иллюстрирующая плавность кривой нашего металла по сравнению со стареющими сталями.
На рис. 2 представлена температурная диаграмма прочности на растяжение, иллюстрирующая отсутствие
увеличения прочности на растяжение с температурой для нашего металла по сравнению со стареющей
сталью на аналогичных образцах.
50: На рис. 3 представлена серия кривых напряжение-деформация аналогичных образцов, полученных при
комнатной температуре, иллюстрирующая особенность нашего изобретения, заключающуюся в отсутствии
растяжения и деформации.
На рис. 1, кривая 1, показана диаграмма напряжение-деформация для одного образца, взятого из конечного
продукта вышеуказанного конкретного примера. Эта кривая иллюстрирует плавность или отсутствие
неровностей кривой выше точки текучести; этот материал был правильно обработан дегазатором и правильно
подвергнут термической обработке, как указано выше.
На рис. 1 показана кривая 2, демонстрирующая поведение того же материала, который не был должным
образом подвергнут термической обработке. Хрупкость этого материала, проявляющаяся в виде синей
хрупкости, очевидна из неровности кривой, а также уменьшения удлинения при увеличении предела
прочности на растяжение выше точки текучести; этот материал мог бы стать менее хрупким при надлежащей
термической обработке.
На рисунке 1, кривая 3, показано поведение материала, который не был должным образом дегазирован и,
следовательно, не был так восприимчив к термической обработке для предотвращения хрупкости и старения.
Неравномерность выше предела текучести снова указывает на чувствительность к синей хрупкости.
Поведение, связанное с синей хрупкостью, также может быть проиллюстрировано, как на рисунке 2, где на
кривой 4 показана прочность на растяжение материала, подверженного синей хрупкости и старению, а на
кривой 4 – материала, который не подвержен. Кривая 4 показывает, что прочность на растяжение стареющего
материала значительно ниже в диапазоне синей хрупкости, чем при комнатной температуре, демонстрируя
выраженный максимум в этом диапазоне, тогда как на кривой 5, взятой из нашего нового материала,
наблюдается явное снижение прочности на растяжение в диапазоне синей хрупкости. В то время как при 500
°F на кривой 5 появляется незначительный горб, Предел прочности на растяжение всегда остается ниже, чем
при комнатной температуре. Таким образом, кривая 5 иллюстрирует превосходные характеристики нашего
нового материала.
Поскольку наличие определенной точки текучести указывает на то, что металл будет подвергаться
растяжению, на рис. 3 приведена серия кривых напряжение-деформация, снятых при комнатной температуре,
а именно кривые 6, 7 и 8, чтобы проиллюстрировать поведение нашего нового материала 105 в отношении его
практически постоянной свободы от растяжения, а также аналогичные кривые, а именно кривые 10 и 11,
чтобы проиллюстрировать материал, не обладающий этим свойством, причем последний материал
представляет собой типичную коммерческую низкоуглеродистую сталь.
Кривая 6 представляет собой кривую напряжение-деформация материала, имеющего состав и подвергнутого
термической обработке в соответствии с нашим изобретением 1 i 5. Кривая 7 представляет этот материал
после холодной деформации при 20% O.
Кривая S представляет тот же материал, что и кривая 7, однако после искусственного выдержки в течение 24
часов при температуре 2120 °F.
Следует отметить, что определенная точка текучести не появилась вновь, что мы рассматриваем как
свидетельство практически постоянной невосприимчивости нашего материала к растяжению и деформации
при хранении при комнатной температуре. 125. Рисунок 9 представляет собой кривую
напряжение-деформация материала, состав которого не соответствует нашему изобретению и который не
подвергся нашей термической обработке.
Кривая 10 представляет этот материал после 4129)J; 4:
412,934 5 Он подвергся холодной обработке с уменьшением толщины на 2%. Благоприятное и необычное
поведение кривой 11 представляет тот же материал, что и наш материал, в отношении старения, однако,
после искусственного старения в течение 24 часов при 2120 °F, как показано в прилагаемой таблице
испытаний, определенная точка текучести вновь появилась. Эта таблица показывает отсутствие изменения
твердости в нашем материале по Роквеллу, что не привело к практически постоянной твердости, точке
текучести, прочности на растяжение и удлинению при старении металла. Следовательно, несмотря на
обработку после холодной обработки до 2% для отсутствия деформации растяжения, такое уменьшение
толщины металла снова будет обнаружено в численных представлениях относительно короткого промежутка
времени. Таким образом, кривая S иллюстрирует превосходное поведение нашего металла. Что касается
практически постоянной свободы от деформации при растяжении после достаточной холодной обработки, то
ни в коем случае нет такой существенной разницы, как в случае допустимого растяжения после того, как оно
было скорректировано.
Тест 3 |; Твердость по Роквеллу " B " Шкала предела текучести Фунты на кв. дюйм
Предел прочности на растяжение, фунты на квадратный дюйм.
Удлинение в % на 2 дюйма.
Мы обнаружили, что при холодной прокатке с уменьшением толщины примерно на два-два с половиной
процента пластичность материала, измеряемая по удлинению, существенно не снижается. В случае
низкоуглеродистой стали уменьшение толщины при холодной прокатке на два процента обычно приводит к
снижению удлинения примерно на десять процентов.
Начальное удлинение. Это очень ценное свойство, поскольку оно значительно увеличивает степень
«закалки» при холодной прокатке, что позволяет избежать растяжения при подготовке материала к глубокой
вытяжке.
Что касается материалов, кривые напряжение-деформация которых приведены на рис. 3, то результатом
2%-ного холодного обжатия металла на кривой 6 стало увеличение пластичности с исходного значения
39,87%-ного удлинения до 40,62%, тогда как пластичность металла на кривой 9 снизилась после 2%-ного
холодного обжатия с 41,20%-ного удлинения до 37,85%.
7; Данные по типичному изделию из низкоуглеродистой стали. Обработка старением. Свежая сталь A
(выдержана 6 дней при температуре 212 °F).
Выдержано 30 дней при комнатной температуре. Свежее выдержано 6 дней при температуре 2120 °F (960 °C).
Выдержано 30 дней при комнатной температуре. Выдержано 6 дней при температуре 2120 °F.
Выдержано 30 дней при комнатной температуре. Свежее выдержано 6 дней при температуре 2120 °F (960 °C).
Физические свойства образцов, выдержанных 30 дней при комнатной температуре: 48,87 49,83 47,50 27,600
28,73 'r 28,887 43,737 44,250 44,025 40,12 39,00 41,62 в соответствии с нашим изобретением, приведены ниже:
Состав листа.
Углерод -0,042 % Марганец O 47 Фосфор 0,011 Сера 0,014 Кремний 0,073 Титан 0,058 Алюминий 0,037 A Vl,, O
0,19 Ti O 2 0,012 Этот материал был обработан обычным способом, включающим нормализацию после
прокатки, а затем, благодаря нагреву до 11000 °F и выдержке в течение 1 часа, охлаждению до комнатной
температуры в течение четырех дней, ему была придана устойчивость к посинению, хрупкости и старению.
Отсутствие деформации при растяжении в этом металле также было достигнуто за счет последующей
холодной прокатки с уменьшением толщины на 0,3%.
В заключение следует отметить, что исследованные нами до сих пор дегазаторы приводят к фиксации как
азота, так и кислорода, 412,934 412,934, поэтому отсутствие азота в результате нестабильного соединения с
железом может иметь некоторое значение для полученных нами результатов. Именно по этой причине мы
говорим о дегазации, а не просто о деоксидации, как об отличительной черте нашего изобретения.
В нашем описании титана мы включаем в него цирконий, поскольку оба элемента, как правило, проявляют
схожую активность.
Используя в прилагаемых пунктах формулы изобретения термин «дегазатор» или «деоксидант», мы не хотим
ограничиваться одним дегазирующим или деоксидирующим элементом, поскольку могут использоваться два
или более элементов, например, алюминий и титан, или марганец, алюминий и титан, или другие элементы,
добавляемые одновременно или, предпочтительно, последовательно, причем в последнем случае титан
следует добавлять последним.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
все, что мы предлагаем,
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_412935.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=412935&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB412935A
[]
PAENSE Rv C c ATI Oy
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата проведения конвенции (Германия): 2 декабря 1931 г.
412,935 m_ Дата подачи заявки (в Соединенном Королевстве): 2 декабря 1932 г. № 34,194/32.
Завершено: 2 июля 1934 г.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области электродуговых преобразователей или относящиеся к ним.
Я, д-р инженер Эрвин Маркс, проживающий по адресу: Ранкештрассе 3, Брауншвейг, Германия, гражданин
Германии, настоящим заявляю о характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые
будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к электродуговым преобразователям, в которых дуговое разрядное
воздействие через газообразную жидкость периодически инициируется вспомогательным разрядом, энергия
которого накапливается в емкости.
При работе таких преобразователей важно, особенно в случае многофазной работы, чтобы дуги зажигались с
уверенностью даже при небольшой разности рабочих напряжений между электродами. Это представляет
собой сложную задачу, особенно когда из-за работы при высоких напряжениях расстояние между
электродами велико, и главной целью изобретения является улучшение зажигания в преобразователях, к
которым относится данное изобретение.
Я обнаружил, что в рассматриваемых преобразователях нестабильное зажигание, от которого они страдают,
по крайней мере частично объясняется тем, что часто или обычно вспомогательный разряд прекращается до
того, как устанавливается основная дуга. По-видимому, это связано с тем, что основной ток не может течь
сразу после того, как основной дуговой разрядник становится проводящим, из-за индуктивности, всегда
присутствующей в основной цепи.
В соответствии с настоящим изобретением, эта трудность преодолевается за счет предоставления средств,
обеспечивающих достаточный период времени, в течение которого протекает вспомогательный разрядный
ток, и величину указанного тока.
Для надежного зажигания вспомогательной дуги не обязательно, чтобы она сохранялась до образования
основной дуги, но любой временной интервал между исчезновением вспомогательной дуги и образованием
основной дуги должен быть как можно короче, в то время как последствия вспомогательной дуги должны
сохраняться в течение достаточного времени. К таким последствиям относятся, в частности, нагрев газа в
зазоре основной дуги и ионизация газа. Нагревательный эффект значительно проявляется, когда член f u L i
dt велик, где UL — напряжение дуги, зависящее от силы тока, но постоянное в случае больших токов.
Предполагая, что UL является постоянной величиной, член f dt, а именно количество электричества,
подаваемого с помощью устройства зажигания 60 через искровой зазор, должен быть большим, чтобы
обеспечить достаточный нагрев. Ионизация газового пространства зависит главным образом от
максимального значения тока и 65 также от его длительности, поэтому вспомогательная дуга должна
поддерживаться в течение периода времени, достаточного для достижения ионизации, необходимой для
стабильного зажигания основной дуги 70. Для получения подходящего значения тока во вспомогательной дуге
и подходящей ее длительности устройство, подающее ток, должно накапливать относительно большое
количество энергии, и 75 в соответствии с настоящим изобретением в преобразователе электрической дуги
такого типа, в котором дугообразование через газообразную жидкость между электродами периодически
инициируется вспомогательным разрядом, энергия которого 80 хранится в емкости, предусмотрены средства,
благодаря которым мощность, рассеиваемая во вспомогательном разряде, в течение определенного периода
считается.
Значительно большая, чем мощность, необходимая только для поддержания разряда, указанное средство 85
включает в себя схему, обеспечивающую, чтобы напряжение, приложенное к зазору, через который
формируется вспомогательный разряд, было по меньшей мере вдвое больше абсолютного минимального
напряжения, необходимого для пробоя зазора, и 9 (что значение указанной емкости по меньшей мере
достаточно велико, чтобы при зарядке напряжением, необходимым для пробоя зазора, разряд через зазор
имел форму стабильной дуги 9 (Вспомогательная дуга может, например, возникать непосредственно между
основными электродами, и для получения надежного зажигания необходимо поддерживать благоприятные
условия для равномерной и стабильной работы в 10 (области, в которой формируется и горит
вспомогательная дуга. Например, когда, как это обычно бывает, поток газообразной жидкости протекает мимо
электродов, ток жидкости в указанной области не должен быть чрезмерным E 1 le' tr, d.
Например, схемы работы с потоками газообразной жидкости, протекающими мимо электродов, описаны в
патентных спецификациях 400,934, 406,003 и 406,999.
Важно, чтобы вспомогательная дуга работала надежно, и для повышения надежности зажигания, согласно
одной из особенностей изобретения, предусмотрены соответствующие средства для подачи газа,
содержащего газообразные ионы, на путь вспомогательной дуги до ее возникновения.
Я обнаружил, что регулярность работы и пропускная способность по току преобразователей,
соответствующих изобретению, значительно улучшены, момент зажигания стал гораздо более
определенным, чем в предыдущих конструкциях, и теперь преобразователи могут быть успешно
использованы в качестве инверторов для выработки постоянного тока высокого напряжения для передачи
электроэнергии.
Увеличение размеров конденсаторов устройства зажигания влечет за собой увеличение затрат, и в одном из
вариантов многофазного преобразователя в соответствии с изобретением, с целью экономии средств и
пространства, энергия для вспомогательных зон аккумулируется в конденсаторе или конденсаторах,
предназначенных для обслуживания всех фаз преобразователя.
На рисунках 1 и 2 прилагаемых чертежей в качестве примера показаны две схемы преобразователей,
соответствующих изобретению и пригодных для выпрямления или инверсии больших напряжений.
На рисунке 1 X представляет собой часть линии электропередачи постоянного тока, а K — вторичные обмотки
I, V, W трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого не показаны. Вторичные обмотки
соединены звездой и заземлены, в то время как клеммы указанных обмоток Id Vt A соответственно соединены
через дуговые лампы L, M, N и вторичные обмотки трех высокочастотных трансформаторов G, H, J с общей
клеммой, соединенной с линией X. Вспомогательный трансформатор A заряжает через выпрямитель B
(например, термоэлектронную лампу) большой конденсатор C, который во время работы устройства
зажигания сохраняет свое напряжение почти до полного значения. Колебательный конденсатор E заряжается
от C через резистор D, и при каждом зажигании с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, в
момент его работы, образуется колебательный контур.
Первичные обмотки высокочастотного трансформатора последовательно подключаются к конденсатору E
посредством вращающегося искрового разрядника или разрядника F. Таким образом, конденсатор E и
зарядное устройство для него обеспечивают питание всех фаз преобразователя.
Кроме того, питание конденсатора E постоянным током дает дополнительное преимущество, поскольку этот
конденсатор полностью заряжается при каждом зажигании независимо от момента его осуществления.
Следовательно, момент зажигания можно легко регулировать. Конечно, сопротивление D должно быть
рассчитано таким образом, чтобы обеспечить достаточно быструю зарядку E. Более того, только благодаря
заряду постоянным током использование одного конденсатора E возможно для всех цепей зажигания. На
рисунке 1 показан лишь один пример принципа, согласно которому одно и то же устройство зажигания
используется для разных фаз многофазной системы соединений. Также возможно, например, путем
интерполяции выпрямителя использовать трансформатор K, который подает переменный ток, подлежащий
выпрямлению, одновременно для питания конденсатора C вместо использования вспомогательного
трансформатора A. Аналогично, можно питать конденсатор C от постоянного тока. Какой из этих способов
более подходит, будет зависеть от условий эксплуатации. трансформирующее устройство.
При генерации напряжения зажигания с помощью трансформаторов, как показано на рисунке 1, возникают два
основных альтернативных подхода к генерации напряжения зажигания, которое в показанной схеме
обязательно очень высокое, поскольку вспомогательная зона создается искровым разрядником между
основными электродами, а именно, во-первых, резонансная настройка двух высокочастотных цепей,
соединенных вместе, и, во-вторых, так называемое ударное возбуждение. В случае резонансной настройки
первичная и вторичная обмотки трансформаторов G, E, IT слабо связаны, и напряжение во вторичной цепи
постепенно возрастает до своего максимального значения D1. В это время амплитуда колебаний в первичной
цепи постепенно уменьшается. Энергия полностью сосредоточена во вторичной цепи, когда амплитуды
напряжения в первичной цепи падают до нуля. Следовательно, в случае такой резонансной настройки
наилучший эффект будет получен, если в первичную цепь включен искровой разрядник с подавлением искры,
так что искра гаснет. Когда амплитуды напряжения для 120 впервые становятся равными нулю, в случае
ударного возбуждения первичная и вторичная обмотки трансформатора (G IH, 1) тесно связаны, и разряд
имеет импульсный характер, так что напряжение 125 во вторичной цепи достигает своего максимального
значения приблизительно в то же время, когда первичное напряжение достигает своего первого
максимального значения. Для этой цели необходима очень тесная связь двух катушек EI 8 412:93 o 412,935.
Такая тесная связь может быть достигнута даже при высоких напряжениях путем установки обеих катушек в
масле, распределения первичной катушки почти по всей длине вторичной катушки, многослойных вторичных
катушек или с помощью автотрансформатора. Для того чтобы в случае этого ударного возбуждения получить
особенно удовлетворительный эффект, подойдет следующая схема и метод работы. Разряд между
основными электродами устанавливается Когда напряжение на вторичной обмотке достигает своего
максимального значения, в результате разряда образуется замкнутая цепь (см. рис. 1) через один из искровых
зазоров ламп L, M, N. С помощью коммутирующих конденсаторов O, P и Q, параллельно соединенных с
обмотками трансформатора G, и, при необходимости, с помощью дроссельных катушек R, S, T, соединенных
последовательно с вторичными обмотками U, V, W трансформатора K, достигается состояние резонанса. При
возникновении разряда в одном из искровых зазоров между первичной и вторичной цепями трансформаторов
G, I или J резонансные токи будут протекать через емкость O, P или Q, емкость O Y, которая частично или
полностью равна емкости линии X, вторичные обмотки трансформаторов O, II или J, а также через зазор L, M
или N, достигая большей силы и сохраняясь дольше, чем если бы указанные цепи не были настроены. На
практике достигается тот же эффект. За счет увеличения емкости конденсатора E в первичных цепях,
поскольку в этом случае первичная сторона, из-за короткого замыкания вследствие пробоя основного зазора,
будет подавать энергию во вторичную цепь. Как правило, напряжение на линии постоянного тока X можно
считать постоянным. Если это еще не так из-за индуктивности, обусловленной линией на большом
расстоянии, этого можно достичь с помощью сглаживающего конденсатора, подключенного параллельно
напряжению постоянного тока, в схеме, показанной между линией X и землей.
Еще одна возможность генерации напряжения зажигания 3 обеспечивается многофазной системой
импульсных соединений, то есть системой, в которой конденсаторы заряжаются параллельно и разряжаются
последовательно. Такая система показана в качестве примера на рисунке 2 чертежей, где для наглядности
указана только однофазная система.
Трансформатор А подает питание на конденсаторы А и С2 через два выпрямителя В, А) и В. Эти
конденсаторы заряжают конденсаторы от Е до Е через резисторы D до Dm. Разряд происходит в
определенные моменты времени на вращающемся искровом разряднике F. За этим разрядом также следуют
разряды на искровых разрядниках F1 до F2. Таким образом, конденсаторы от Е1 до Е2 соединены
Соседние файлы в папке патенты