Расчет индукционной установки

Список использованной литературы

1. Электротехнологические промышленные установки, под ред. А.Д. Свенчанского, М,- энергоатомиздат, 1982г, 399с.

2. Электронный ресурс “http://ru.wikipedia.org/wiki”.

3. Электронный ресурс “ http://www.reltec.biz/ru/txt_013.php ”.

4. RU2390700;Электромагнитная индукционная тигельная плавильная печь с u-образным магнитопроводом и горизонтальным магнитным потоком; Левшин Геннадий Егорович (RU), Попов Никита Александрович (RU); 20.01.2015.

5. RU 2291758 C2; Индукционная вакуумная печь; Котов Александр Николаевич (RU), Казаков Валентин Степанович (RU), Кривенко Георгий Георгиевич (RU), Новопашин Игорь Витальевич (RU), Богаткин Алексей Николаевич (RU), Шишкин Глеб Борисович (RU); 27.11.2012.

6. RU 2120202 C1; Индукционная канальная печь; Тимофеев Виктор Николаевич (RU), Тимофеев Николай Викторович (RU), Сергеев Николай Вячеславович (RU); 27.12.2011.

7. RU 2333439 C2; Индукционная тигельная печь; Тимофеев Виктор Николаевич (RU), Тимофеев Николай Викторович (RU), Христинич Роман Мирославович (RU), Темеров Александр Алексеевич (RU), Первухин Михаил Викторович (RU), Сергеев Николай Вячеславович (RU); 10.11.2011.

8. RU 2096713 C1; Высокотемпературная индукционная печь; Шаповалов Юрий Николаевич (RU), Ульянов Андрей Николаевич (RU), Комаров Владимир Петрович (RU), Куфа Эмма Николаевна (RU), Гусаров Олег Николаевич (RU); 10.08.2009.

9. RU 2046554 C1; Многофазная индукционная тигельная печь; Лузгин Владислав Игоревич (RU), Петров Александр Юрьевич (RU), Черных Илья Викторович (RU), Шипицын Виктор Васильевич (RU), Якушев Константин Викторович (RU), Рачков Сергей Александрович (RU), Сарапулов Федор Никитич (RU); 10.09.2008.

10. RU 2177132 C1; Индукционная печь; БРЕН Патрис (FR), ЛАКОМБ Жак (FR), ЛАДИРА Кристиан (FR), БУСКЕ Франсис (FR); 27.06.2007.

11. SU 1328653 A1; Индукционная тигельная печь-термос; Дятлов Валерий Александрович, Челтыгдашев Михаил Прокопьевич, Ширяев Алексей Васильевич; 27.09.2003.

12. Индукторы / Под. ред. А. Н. Шамова - 5-е изд. перераб. и доп. - Л: Машиностроение. Ленингр. отд - ние, 1989. - 69 с.

Приложение

(54) ТУРБОИНДУКЦИОННАЯ ТИГЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к комплексному оборудованию для плавки шихты, содержащей как черные, так и цветные металлы. Печь снабжена шунтирующими магнитопроводами с обмотками, при этом тигель состоит из верхней керамической чашеобразной части и нижней цилиндрической части из огнеупорного материала, m-фазный индуктор выполнен с возможностью чередования фаз для создания тяговых усилий в ванне расплава металла, направленных вверх вдоль стенок цилиндрической части тигля, вертикальные магнитопроводы выполнены Г-образной формы в количестве, кратном трем, на которые оперта верхняя чашеобразная часть тигля, под чашей тигля установлены шунтирующие магнитопроводы с обмотками, включенными по трехфазной схеме электропитания и создающими электромагнитное поле, обеспечивающее осевое вращение металла в верхней чашеобразной части тигля, а загрузочная площадка и теплоизолирующая крышка с механизмом перемещения установлены на горловине чащеобразной части тигля в плоскости поворота печи или в плоскости, перпендикулярной к плоскости поворота печи. Изобретение позволяет повысить технико-экономическую эффективность печей с осевым вращением металла и создать многофункциональный плавильный агрегат, способный перерабатывать полиметаллическую шихту, содержащую оксиды, в циклическом, непрерывном и полунепрерывном режимах работы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, а именно к комплексному оборудованию для плавки шихты, содержащей как черные, так и цветные металлы.

Индукционные тигельные печи (ИТП) широко используются в качестве плавильных агрегатов благодаря высокому к.п.д. и высокой технологической эффективности, в которых могут проводиться процессы расплавления шихты, рафинирования, приготовления сложных сплавов, переработки металлических отходов, металлолома и оксисодержащей шихты. Наиболее широкое распространение получили ИТП с однофазным цилиндрическим индуктором, внутри которого установлен тигель из огнеупорного материала со сливным носком и термоизолирующей крышкой с механизмом перемещения. Загрузка шихты в таких печах осуществляется через горловину тигля с помощью механизмов, находящихся на загрузочной площадке, а слив металла производится путем поворота тигля вокруг основного вала вращения, размещенного под его носком, с помощью двух гидравлических цилиндров, верхние оси которых установлены на раме тигля между осью симметрии тигля и вала его вращения, а их нижние оси закреплены на корпусе печи.

Известны конструкции ИТП, в которых для облегчения удаления шлака предусмотрен обратный наклон тигля, который обеспечивается путем установки дополнительно двух гидравлических цилиндров к главным наклоняющим цилиндрам печи. В задней части горловины печи имеется люк для удаления шлака. Цилиндры обратного наклона обеспечивают наклон тигля в противоположную сторону вокруг дополнительного вала. По шлаковому желобу тяжелый шлак легко удаляется по наклону вниз. Однако установка дополнительных гидравлических цилиндров обратного наклона усложняет и удорожает конструкцию ИТП и требует установки дополнительного комплекта гидравлической аппаратуры управления. Поэтому целесообразно применение механизмов, обеспечивающих двусторонний наклон тигля печи, имеющих только одну пару гидравлических цилиндров.

При традиционном однофазном питании индуктора ИТП расплав циркулирует по двум (верхнему и нижнему) тороидальным контурам, обусловленным наличием нормального сжимающего электродинамического давления, которое вследствие неравномерности магнитного поля по высоте имеет в центре максимальное значение. Такое силовое давление на металл приводит также к образованию положительного мениска (выпуклости) на поверхности расплава. Эти процессы негативно влияют на процессы плавки, в частности, плохо смешиваемые контуры циркуляции расплава приводят к неоднородности химического состава сплава, а положительный мениск приводит к переохлаждению поверхности и к необходимости использования большого количества защитного шлака.

Для достижения полного перемешивания металла в рабочем объеме печи необходимо обеспечить одноконтурную циркуляцию металла по всему рабочему объему тигля, при которой мениск имеет почти плоскую форму. Такую форму циркуляции можно получить при помощи бегущего магнитного поля, создаваемого m-фазным индуктором при питании от многофазного источника питания.

Одноконтурная циркуляция металла не в полной мере решает проблемы ведения плавки шихты, содержащей большое количество оксидов, так как для быстрого протекания реакций восстановления необходимо создавать высокие скорости циркуляции расплава. Повышение скорости движения металла достигается в индукционной тигельной печи, выполненной по патенту JP2004108666 (публикация от 2004-04-08), взятой в качестве прототипа, в которой имеется греющий индуктор, цилиндрический тигель, электромагнитное устройство (статор), создающее вращающееся магнитное поле и установленное в нижней части тигля. Такая конструкция обеспечивает интенсивное вращательное движение (турбодвижение) металла во всем объеме вокруг оси тигля. Возникающие при этом центробежные силы создают дополнительное давление металла на стенки тигля, а поверхность ванны расплава становится вогнутой (отрицательный мениск). В образовавшуюся лунку скатывается шлак и отсекается от стенок тигля, что предотвращает его разъедающее действие на стенки тигля. Интенсивное движение металла в подшлаковом слое позволяет увеличить температуру шлака и активизировать химические реакции при скольжении металла под шлаком. Кроме этого, вращательное движение обеспечивает интенсивное взаимодействие металла с загружаемой сверху мелкой шихтой или порошкообразными материалами и ускоряет протекание металлургического процесса.

Однако при классической форме тигля (отношение высоты к диаметру 1,5-2,0) в нижней его части создается высокое давление металла на стенки, складывающееся из гидростатического давления столба металла и давления центробежных сил вращения металла. Это приводит к ускоренному вымыванию футеровки в нижней части тигля при быстром движении металла и к снижению срока службы тигля. К тому же в цилиндрическом высоком тигле площадь зеркала металла остается небольшой, следовательно, и площадь соприкосновения металла и шлака недостаточна для интенсивного проведения химических реакций, что снижает эффективность ИТП с осевым вращением металла.

Данная конструкция печи позволяет вести плавку только в циклическом режиме, когда загружается порция шихты, а после расплавления и перегрева производится полный слив металла путем поворота тигля. В современных литейных производствах требуются адаптивные многофункциональные плавильные агрегаты, способные работать в различных режимах (циклическом, непрерывном, полупрерывном) и с различным составом и качеством шихты.

Предлагаемое изобретение - турбоиндукционная тигельная печь - позволяет повысить технико-экономическую эффективность индукционных тигельных печей с осевым вращением металла и решить задачу создания многофункционального плавильного агрегата, способного перерабатывать полиметаллическую шихту, содержащую оксиды в циклическом, непрерывном и полунепрерывном режимах работы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что турбоиндукционная тигельная печь, содержащая корпус, тигель со сливным носком, загрузочную площадку и теплоизолирующую крышку с механизмом перемещения, m-фазный индуктор, по внешней окружности которого вертикально вдоль оси установлены магнитопроводы, механизм поворота тигля вокруг основного вала вращения, размещенного под его носком, с двумя гидравлическими цилиндрами, причем она снабжена шунтирующими магнитопроводами с обмотками, при этом тигель состоит из верхней керамической чашеобразной части и нижней цилиндрической части из огнеупорного материала, m-фазный индуктор выполнен с возможностью чередования фаз для создания тяговых усилий в ванне расплава металла, направленных вверх вдоль стенок цилиндрической части тигля, вертикальные магнитопроводы выполнены Г-образной формы в количестве, кратном трем, на которые оперта верхняя часть тигля, под чашей тигля установлены шунтирующие магнитопроводы с обмотками, включенными по трехфазной схеме электропитания и создающими электромагнитное поле, обеспечивающее осевое вращение металла в верхней чашеобразной части тигля, а загрузочная площадка и теплоизолирующая крышка с механизмом перемещения установлены на горловине чашеобразной части тигля в плоскости поворота печи или в плоскости, перпендикулярной к плоскости поворота печи. Кроме этого, она содержит дополнительное устройство управляемого слива металла с дополнительным валом вращения печи, размещенным в нижней части боковой стенки верхней чашеобразной части тигля напротив сливного носка в плоскости поворота печи, а также снабжена платформой с двумя вертикальными стойками, в торцевой части которых установлены полуцилиндрические подшипники скольжения для дополнительного вала вращения печи и полуцилиндрические защелки, причем корпус печи размещен на платформе так, что основной и дополнительный валы вращения печи расположены на одном уровне с верхними осями гидравлических цилиндров, которые установлены в плоскости, проходящей через ось симметрии тигля перпендикулярно плоскости вращения печи, причем нижние оси гидравлических цилиндров закреплены на раме платформы.

Таким образом, заявляемый технический результат - создание высокоэффективной многофункциональной турбоиндукционной тигельной печи - достигается с использованием чашеобразной части тигля с большой поверхностью металла и размещенного под ней электромагнитного вращателя, обеспечивающего осевое вращение металла в верхней части тигля, а также с применением устройства управляемого слива металла для реализации непрерывной работы печи и устройства двунаправленного поворота тигля для обеспечения циклического и полунепрерывного режима работы печи.

На фиг.1 и 2 показано конструктивное исполнение предлагаемой турбоиндукционной печи. Разрез печи в вертикальной плоскости представлен на фиг.1, на которой обозначено: 1 - подина; 2 - цилиндрическая часть тигля; 3 - m-фазный индуктор; 4 - Г-образные магнитопроводы; 5 - устройство управляемого слива металла; 6 - шиберная заслонка; 7 - чашеобразная часть тигля; 8 - теплоизолирующая крышка; 9 - механизм перемещения крышки; 10 - шлак; 11 - расплав металла; 12 - сливной носок; 13 - основной вал вращения тигля; 14 - корпус печи; 15 - гидравлические цилиндры; 16 - обмотки электромагнитного вращателя; 17 - шунтирующие магнитопроводы; 18 - загрузочная площадка; 19 - верхние оси гидравлических цилиндров; 20 - вертикальные стойки; 21 - дополнительный вал вращения печи; 22 - полуцилиндрические защелки; 23 - полуцилиндрические подшипники скольжения; 24 - положение тигля при повороте вокруг дополнительного вала; 25 - положение тигля при повороте вокруг основного вала; 26 - колесные пары; 27 - нижние оси гидравлических цилиндров; 28 - платформа.

Предлагаемая турбоиндукционная печь может работать в циклическом непрерывном и полунепрерывном режимах. В циклическом режиме печь работает аналогично ИТП классического исполнения. Вначале через горловину печи при открытой крышке (8) производится завал шихты. После этого подается питание на m-фазный индуктор (3) и шихта расплавляется. По мере наплавления жидкого металла в цилиндрической части тигля (2) создается одноконтурное движение металла, так как при многофазном питании индуктора создаются тяговые усилия, направленные вверх вдоль стенок тигля. Когда металл наполняет чашеобразную часть тигля, включается электромагнитное вращающее устройство, образованное Г-образными магнитопроводами (4) и шунтирующими магнитопроводами (17) с обмотками (16). При этом верхние слои ванны расплава начинают вращаться в чаше тигля большого диаметра и поверхность расплава приобретает вогнутую форму (отрицательный мениск). В образовавшуюся лунку скатывается шлак и загружается мелкая шихта, а также подаются мелкая шихта и легирующие добавки. За счет вращательного движения в верхней части ванны расплава создаются высокие скорости движения металла в чаше тигля при относительно низком гидростатическом давлении на его стенки, что позволяет уменьшить размывание футеровки и увеличить срок ее службы. Высокая скорость движения металла под шлаком на большой поверхности в тигля способствует ускорению химических реакций и активизации металлургического процесса. Под действием центростремительных сил жидкий металл втягивается в цилиндрическую часть тигля и попадает в циркулирующий там поток металла. Таким образом, создается общая циркуляция металла в рабочем объеме тигля: в чашеобразной части - вращающийся поток; в центре цилиндрической части - ниспадающий поток; вдоль стенок цилиндрической части - восходящий поток. При этом скорость движения металла вдоль стенок в части тигля оказывается невысокой, следовательно, и размывание футеровки становится значительно меньше. Интенсивная циркуляция металла по объему тигля обеспечивает высокую равномерность распределения температуры и химического состава. В конце плавки производится полный поворот печи вокруг основного вала (26) под действием гидравлических цилиндров (15) при открытых полуцилиндрических защелках (22) и металл сливается в промежуточный ковш.

Предлагаемая турбоиндукционная печь обеспечивает работу в режиме непрерывной плавки шихты, когда в ее конструкции установлено устройство управляемого слива металла (5). В этом случае при вращении металла создается давление на боковую стенку чаши тигля под действием центробежных сил. Жидкий металл по каналу в боковой стенке тигля поступает в устройство управляемого слива (5) и через шиберную заслонку (6) дозированно сливается в промежуточный ковш или непосредственно в систему литья в формы.

При непрерывном сливе металла периодически производится дозагрузка шихты через горловину печи с загрузочной площадки (18) при открытой теплоизолирующей крышке (8), которые размещены в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота печи (см. фиг.1). Одновременно подаются гранулированные или порошковые материалы, необходимые для приготовления сплава требуемого химического состава. При интенсивном движении металла происходит быстрое расплавление металлической и оксидосодержащей шихты, а в подшлаковом слое ускоренно протекают восстановительные реакции, что позволяет эффективно контролировать химический состав получаемого сплава. Избыточное количество образующегося шлака удаляют путем частичного поворота печи вокруг основного вала (13) и слива шлака через сливной носок (12). Металлургический процесс непрерывного приготовления металла может выполняться с постоянной производительностью в необходимом временном интервале. При завершении работы печи металл, находящийся в тигле, удаляют путем полного поворота печи вокруг основного вала (13) под действием гидравлических цилиндров (15). Металл сливается через сливной носок (12) в промежуточный ковш. При этом печь находится в положении (25) (см. фиг.2).

Для обеспечения возможности работы печи в полунепрерывном режиме, когда требуется непрерывная подача металла в течение ограниченного интервала времени, а затем наступает технологический перерыв, механизм поворота выполнен с возможностью двустороннего поворота тигля, в котором используются только два гидравлических цилиндра (см. фиг.2). В этом случае на этапе непрерывной подачи металла печь работает аналогично описанному выше. На этапе технологической паузы производится дозированный слив остатка в тигле через устройство управляемого слива (5). При этом тигель поворачивается вокруг дополнительного вала (21) при замкнутых полуцилиндрических защелках (22) под действием гидравлических цилиндров (15), и печь становится в положение (24). Остаток металла сливается в систему литья в формы, после чего печь становится в исходное состояние и выключается. После перерыва работа печи может быть возобновлена. На время обслуживания печь может выкатываться из зоны непрерывной разливки металла с помощью платформы (28), на которой она установлена, и колесных пар (26), перекатывающихся по рельсам.

Формула изобретения

1. Турбоиндукционная тигельная печь, содержащая корпус, тигель со сливным носком, загрузочную площадку и теплоизолирующую крышку с механизмом перемещения, m-фазный индуктор, по внешней окружности которого вертикально вдоль оси установлены магнитопроводы, механизм поворота тигля вокруг основного вала вращения, размещенного под его носком, с двумя гидравлическими цилиндрами, отличающаяся тем, что она снабжена шунтирующими магнитопроводами с обмотками, при этом тигель состоит из верхней керамической чашеобразной части и нижней цилиндрической части из огнеупорного материала, m-фазный индуктор выполнен с возможностью чередования фаз для создания тяговых усилий в ванне расплава металла, направленных вверх вдоль стенок цилиндрической части тигля, вертикальные магнитопроводы выполнены Г-образной формы в количестве, кратном трем, на которые оперта верхняя чашеобразная часть тигля, под чашей тигля установлены шунтирующие магнитопроводы с обмотками, включенными по трехфазной схеме электропитания и создающими электромагнитное поле, обеспечивающее осевое вращение металла в верхней чашеобразной части тигля, а загрузочная площадка и теплоизолирующая крышка с механизмом перемещения установлены на горловине чащеобразной части тигля в плоскости поворота печи или в плоскости, перпендикулярной к плоскости поворота печи.

2. Турбоиндукционная тигельная печь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительное устройство управляемого слива металла с дополнительным валом вращения печи, размещенного в нижней части боковой стенки верхней чашеобразной части тигля напротив сливного носка в плоскости поворота печи.

3. Турбоиндукционная тигельная печь по 2, отличающаяся тем, что она снабжена платформой с двумя вертикальными стойками, в торцевой части которых установлены полуцилиндрические подшипники скольжения для дополнительного вала вращения печи и полуцилиндрические защелки, причем корпус печи размещен на платформе так, что основной и дополнительный вал вращения печи расположены симметрично относительно оси симметрии тигля под его чашей на одном уровне с верхними осями гидравлических цилиндров, которые установлены в плоскости, проходящей через ось симметрии тигля перпендикулярно плоскости вращения печи, причем нижние оси гидравлических цилиндров закреплены на раме платформы.

Рисунки

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата и номер государственной регистрации договора: 12.02.2013 № РД0118858

Лицо(а), передающее(ие) исключительное право:

Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" (RU)

Приобретатель исключительного права: Общество с ограниченной ответственностью "РЭЛТЕК" (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Общество с ограниченной ответственностью "РЭЛТЕК" (RU)

Дата внесения записи в Государственный реестр: 12.02.2013

Дата публикации: 20.03.2013

(54) ПЛАВИЛЬНО-ЗАЛИВОЧНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ОТЛИВОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к литейному производству, предназначено для получения малогабаритных тонкостенных отливок из химически активных металлов и сплавов титана и циркония и может быть использовано преимущественно в стоматологии для производства зубных протезов и других конструкций в нанотехнологии и машиностроительной отрасли для изготовления мелких изделий. Установка содержит рабочую камеру, в верхней части которой закреплен электрододержатель с электродом-катодом, тигель с тигледержателем, литейную форму, газовакуумную систему. Электрод-катод выполнен в виде водоохлаждаемого кольца, закреплен в водоохлаждаемом электрододержателе и установлен по окружности на равном расстоянии от тигля, достаточном для равномерного распределения тепловой энергии, необходимой для нагрева, расплавления и перегрева металла в тигле. Изобретение позволяет упростить технологический процесс расплавления с высокой однородностью и чистотой за счет высокого вакуума, а также обеспечивает неограниченный перегрев металла без воздействия микродуг на металл. 1 ил.

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для получения малогабаритных тонкостенных отливок из химически активных металлов и сплавов титана, циркония, и может быть использовано преимущественно в стоматологии для производства зубных протезов и других конструкций, в нанотехнологии, машиностроительной отрасли для изготовления мелких изделий.

Известна установка для литья протезов, состоящая из корпуса, внутри которого смонтированы плавильно-заливочная камера, где размещены плавильный узел с плавильным тиглем, центробежный стол для заливки литейных форм, металлоприемник, устройство подъема и опускания электрододержателя с неплавящимися электродами, газовакуумная система, блок управления, закрепленный снаружи корпуса. Неплавящиеся электроды закреплены в электрододержателе равномерно по окружности, на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения равномерного распределения тепловой энергии в процессе плавки. На штоке электрододержателя закреплена крышка-свод, выполненная из материала со свойством светового и теплового отражения, а именно из молибдена. В плавильно-заливочной камере размещен тигледержатель плавильного тигля, связанный с поворотным механизмом. Плавильно-заливочная камера связана через вакуумные разъемы с источником питания, с датчиками контроля вакуума в плавильно-заливочной камере. Количество неплавящихся электродов, используемых в установке, определяют опытным путем в зависимости от среднего внутреннего диаметра тигля, расплавляемого металла (сплава) и расстояния между электродами, достаточного для обеспечения равномерного распределения теплового эффекта при расплавлении заготовки (Патент РФ №2211419 от 27.08.2003 г.).

Данная установка имеет следующие недостатки.

В качестве электродов используются нерасходуемые (неплавящиеся) электроды в количестве 9 штук. Изготовление девяти равноценных нерасходуемых электродов, равномерно расположенных по высоте и друг от друга, является достаточно трудоемким процессом, но необходимым для стабильного функционирования дуги. Применение такого количества электродов усложняет конструкцию электродного узла и не позволяет надежно получать требуемую степень перегрева металла - процесс идет неустойчиво, что снижает эффективность и равномерность расплавления металла. Для устойчивого ведения технологического процесса с таким количеством электродов необходима достаточно большая величина тока, что естественно приводит к неэффективности получения малогабаритных отливок, чистота получаемых сплавов и металлов в защитной атмосфере аргона ниже, чем при плавке в высоком вакууме.

Задачей заявляемого технического решения в качестве изобретения является упрощение конструкции установки и технологического процесса плавления химически активных металлов и сплавов, повышение качества литья. При решении поставленной задачи достигается следующий технический результат - упрощается конструкция установки и технологический процесс плавления металла с высокой однородностью и чистотой.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной плавильно-заливочной установке для получения малогабаритных отливок из химически активных металлов и сплавов, содержащей рабочую камеру, в верхней части которой закреплен электрододержатель с электродом-катодом, тигель с тигледержателем, литейную форму, газовакуумную систему, отличающаяся тем, что электрод-катод выполнен в виде водоохлаждаемого кольца, закреплен в водоохлаждаемом электрододержателе и установлен по окружности на равном расстоянии от тигля, достаточном для равномерного распределения тепловой энергии, необходимой для нагрева, расплавления и перегрева металла в тигле.

На фиг.1 представлен общий вид плавильно-заливочной установки для получения малогабаритных отливок, которая состоит из рабочей камеры 1, внутри которой размещены тигель 2 с тигледержателем 3, литейной формы для заливки металла 4, водоохлаждаемого электрододержателя 5, закрепленного на крышке-своде 6, источника питания 7, газовой системы для подачи рабочего газа аргона 8, для наблюдения за технологическим процессом плавки предусмотрено смотровое окно 9. Для исключения горения дуги предусмотрен экран 10, закрепленный с внешней стороны водоохлаждаемого электрода-катода 11 и препятствующий попаданию дуги на его боковую поверхность. Водоохлаждаемый электрод-катод 11 закреплен в водоохлаждаемом электрододержателе 5 равномерно по окружности на равном расстоянии от тигля 2, достаточном для обеспечения равномерного распределения тепловой энергии в процессе плавки. На крышке-своде 6 с боковой стороны через вакуумное уплотнение и диэлектрическую втулку установлен поджигающий электрод 12. Рабочая камера 1 через вакуумный затвор 13 связана с диффузионным насосом 14 и через вакуумные клапаны 15 - с форвакуумным насосом 16, с помощью которых в камере создается разрежение до 1-5·10^-3 Па. Расстояние между водоохлаждаемым электродом-катодом 11 и тиглем 2 определяют опытным путем в зависимости от среднего внутреннего диаметра тигля, расплавляемого металла, достаточного для обеспечения равномерного распределения теплового эффекта при расплавлении заготовки.

Плавильно-заливочная установка работает следующим образом: в литейный тигель 2, изготовленный из графита, устанавливают металлическую заготовку диаметром 20-25 мм и высотой 10-15 мм, располагая ее по центру от водоохлаждаемого электрода-катода 11. Литейный тигель 2 располагается на металлическом тигледержателе 3, который закреплен на литейной форме 4. Включают вакуумную систему, состоящую из форвакуумного 16 и диффузионного 14 насосов. По достижении необходимого вакуума, достаточного для ведения технологического процесса плавки 5·10^-1 -5·10^-2 Па, включают источник питания 7 и на кольцевой электрод-катод 11 подают напряжение. С помощью поджигающего электрода 12 осуществляют поджег вакуумной дуги, функционирующей в быстроперемещающихся катодных микродугах. При необходимости в рабочую камеру 1 подают рабочий газ аргон 8 до давления 5·10 ^-1 Па, который стабилизирует работу электрической дуги. За счет быстроперемещающихся микродуг, количество которых зависит от величины силы тока: при токе 80-100 А - функционирует одна микродуга, при токе 120-160 А - две микродуги и при токе 180-240 А - три, с увеличением тока дуги процесс нагрева и плавления заготовки интенсифицируется, а равномерность нагрева обеспечивается хаотическим, быстрым перемещением микродуг по поверхности катода от 3 до 6 метров в секунду. За счет быстрого перемещения микродуг по внутренней поверхности электрода-катода 11 обеспечивается равномерное распределение тепловой энергии, необходимой для нагрева, расплавления и перегерева металла в тигле 2. После расплавления заготовки металл заливают в литейную форму 4, которая за время ведения технологического процесса расплавления металла в тигле 2 нагревается до температуры 450-500°С, Нагрев литейной формы 4 осуществляется за счет прохождения электрического тока по тиглю 2, тигледержателю 3 и литейной форме 4, а также за счет микродуг, частично попадающих на тигледержатель 3 и литейную форму 4. После остывания отливок в литейной форме 4 до заданной температуры, рабочую камеру 1 разгерметизируют и литейную форму 4 с отливками извлекают для последующих операций.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает практически неограниченный перегрев металла без воздействия микродуг на металл, что исключает разбрызгивание его дугами. Упрощается технологический процесс расплавления, а высокий вакуум обеспечивает более высокое качество отливок.

Формула изобретения

Плавильно-заливочная установка для получения малогабаритных отливок из химически активных металлов и сплавов, содержащая рабочую камеру, в верхней части которой закреплен электрододержатель с электродом-катодом, тигель с тигледержателем, литейную форму, газовакуумную систему и крышку-свод, отличающаяся тем, что электрод-катод выполнен в виде водоохлаждаемого кольца, закрепленного в водоохлаждаемом электрододержателе и установленного по окружности на равном расстоянии от тигля, достаточном для равномерного распределения тепловой энергии, необходимой для нагрева, расплавления и перегрева металла в тигле.

Рисунки

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.04.2007

Извещение опубликовано: 10.07.2008 БИ: 19/2008

(54) ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ КАНАЛЬНОГО ТИПА

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным канальным печам. Печь выполнена по Ш-образной форме трансформатора с раздельными магнитопроводами и имеет вторую ванну для расплавленного металла, это укорачивает длину канала и упрощает их поперечное сечение, что дает возможность получать в печи расплавы железа, а также вести восстановительные процессы в рудотермии при выплавке ферросплавов. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к плавильным печам канального типа, в которых нагрев металла осуществляется индукционным способом.

Известны индукционные тигельные печи, включающие индуктор без сердечника.

Известны индукционные канальные печи, включающие индуктор с сердечником, канал с расплавленным металлом может быть открытый или закрытый, вертикальный или горизонтальный. Канальные индукционные печи в сущности представляют собой П-образный трансформатор с сердечником, первичной обмоткой которого является индуктор, а вторичной - "виток", образованный расплавленным металлом в кольцевом желобе, изготовленном из огнеупорного материала.

Индукционные канальные печи по сравнению с тигельными обладают рядом преимуществ: меньший расход электроэнергии, так как нагрев металла осуществляется непосредственно током, протекающим по металлу, хорошее перемешивание расплава, меньшие потери металла при плавке за счет угара, так как металл находится в закрытом канале.

Наиболее близким техническим решением является канальная индукционная печь с закрытым горизонтальным каналом из огнеупорного материала вокруг индуктора со стальным сердечником. Первичная обмотка этого П-образного трансформатора питается переменным током, обычно промышленной частоты, а вторичной обмоткой такого трансформатора является замкнутый виток расплавленного металла, сообщающийся с ванной расплавленного металла.

Однако существующие индукционные печи канального типа с закрытым каналом имеют ряд недостатков: 1. Канал в расплавленным металлом имеет сложную по радиусу форму, значительную длину и недоступен для осмотра и ремонта. 2. Низкая стойкость футеровки вследствие больших нагрузок на радиус при электродинамических и гидродинамических движениях металла в канале. 3. Трудность плавки материалов, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление, так как в этом случае для получения достаточно высокой мощности печи требуется поддерживать на расплавленном витке материала сравнительно высокое индукционное напряжение.

В основу изобретения положена задача создания индукционной канальной печи.

Поставленная задача решается тем, что индукционная печь канального типа, выполненная в виде трансформатора с первичной и вторичной обмоткой, образованной ванной для расплавленного металла и горизонтальным закрытым каналом, согласно изобретению, выполнена по Ш-образной форме трансформатора, состоящего из отдельных магнитопроводов, каждый из которых имеет первичную обмотку, и имеет вторую ванну для расплавленного материала.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено заявляемое устройство, вид сверху; на фиг. 2 показан разрез А-А.

Индукционная печь канального типа содержит две ванны с расплавом (1) и два канала с расплавом (2). Все это вместе образует вторичную обмотку трансформатора (3). Трансформатор (3) состоит из отдельных магнитопроводов. Каждый магнитопровод имеет первичную обмотку (4). Ванны расплава (1) и канал (2) имеют футеровку (5), что позволяет тепловые потери сделать минимальными. Отверстие ванны (6) служит для слива шлака, отверстие (7) служит для разлива получаемых сплавов. Отверстие (8) используется при ремонте печи для полного освобождения от расплава. Печь полностью герметизирована, закрыта крышками (9) и имеет дозаторы (10). Установлена печь на фундаменте (11), в котором имеются пазы для установки разливочного конвейера.

Индукционная канальная печь работает следующим образом.

При первоначальной сборке и в дальнейшем после каждого ремонта в каналы 2 и ванны 1 закладывается замкнутый металлический контур, который служит для предварительного разогрева печи. После разогрева и получения расплавленного витка через дозаторы (10) подается нужный состав шихты. Проплавление шихты и если необходимо проведение восстановительных процессов (например, получение ферросплавов) определяется регламентом работы печи. После окончания плавки производится разлив расплава.

Таким образом, выполнение индукционной печи по Ш-образной форму трансформатора с раздельными магнитопроводами, позволяет повысить ее эксплуатационные характеристики, так как при последовательном или раздельном соединении раздельных магнитопроводов, можно согласовать электрическую нагрузку печи (расплавленный виток металла) с источником питания без дополнительного трансформатора. Уменьшение длины и упрощение формы канала в поперечном сечении, уменьшает общее электрическое сопротивление канала, что дает возможность выплавлять металлы, имеющие высокое удельное электрическое сопротивление, увеличивает стойкость футеровки печи, что дает возможность выплавлять металлы с высокой температурой плавления, например, стали и различные ферросплавы.

Кроме того, Ш-образная форма трансформатора печи, уменьшает количество рассеянной электромагнитной энергии, что увеличивает коэффициент полезного действия печи.

Формула изобретения

Индукционная печь канального типа, выполненная в виде трансформатора с первичной и вторичной обмоткой, образованной для расплавленного металла и горизонтальным закрытым каналом, отличающаяся тем, что индукционная канальная печь выполнена по Ш-образной форме трансформатора, состоящего из отдельных магнитопроводов, каждый из которых имеет первичную обмотку, и имеет вторую ванну для расплавленного металла.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.04.1999

Номер и год публикации бюллетеня: 28-2002

Извещение опубликовано: 10.10.2002

(54) МНОГОФАЗНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ТИГЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к индукционной нагревательной технике и может быть использовано для плавки металлов и сплавов. Боковая поверхность цилиндрического тигля многофазной индукционной тигельной печи условно разделена на вертикальные сектора по внешней окружности тигля с боковыми сторонами каждого сектора, параллельными оси симметрии тигля. Каждая фазная обмотка выполнена в виде однослойной концентрической прямоугольной катушки, при этом в каждом вертикальном секторе расположена одна упомянутая фазная обмотка таким образом, чтобы две стороны каждого прямоугольного витка в каждой обмотке m-фазного индуктора - нижняя и верхняя - были перпендикулярны оси симметрии тигля, а вторые две стороны того же витка - левая и правая - были параллельны оси симметрии тигля. Все фазные обмотки многофазного индуктора расположены по длине внешней окружности тигля на одном уровне по отношению к нижней и верхней частям тигля, образуя горизонтальный ряд обмоток с высотой, равной высоте нагреваемого металла с одновременным образованием симметричного многофазного катушечного индуктора. Изобретение позволяет создать симметричную многофазную индукционную печь независимо от типа шихты, расположения ее по высоте тигля, скорости нагрева и расплавления шихты. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к индукционно-нагревательной технике и может быть использовано для плавки металлов и сплавов.

Известно, что индукционный нагрев металлов и сплавов осуществляется вихревыми токами, которые возбуждаются в нагреваемом металле переменным магнитным полем, которое, в свою очередь, создается индуктором, т.е. электромагнитной катушкой при пропускании через него переменного тока. Если индуктор возбуждает в нагреваемой детали (или расплаве) магнитное поле по оси детали, значит индукционный нагрев осуществляется в продольном магнитном поле, если же индуктор возбуждает магнитное поле, направленное перпендикулярно оси детали, значит индукционный нагрев осуществляется в поперечном магнитном поле. Так в известен индуктор для нагрева тонких лент в продольном магнитном поле (см. Шамов А.И., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. Изд. 2-е, доп.и переработ. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1974, 280 с, стр.136, рис.88 (1)), а также см. там же, индуктор для нагрева тонких лент в поперечном магнитном поле (см. стр.137, рис.89 (2)). Для индукционного нагрева не плоских, а, например, круглых деталей, часто применяется круглый индуктор в виде цилиндрической катушки, имеющей заданный диаметр и заданную длину в соответствии с размерами нагреваемой детали (см. там же, стр.112, рис.72 (3)), при этом как это видно из (3), индуктор часто выполняется трехфазным (или в общем случае многофазным) для того, чтобы равномерно загрузить отдельные фазы многофазного питающего источника переменного напряжения. Однако такая равномерная симметричная загрузка фаз питающего источника переменного напряжения возможна только при нагреве детали с неизменным поперечным сечением, как это показано в (3). При индукционном нагреве и плавке металлов и сплавов используется принятая в качестве прототипа индукционная тигельная печь, в которой индуктор также выполняется в виде электрической катушки, диаметр которой определяется внешним диаметром тигля, внутри которого помещается шихта, подлежащая нагреву и расплавлению, а длина этой катушки определяется высотой шихты в начале процесса индукционного нагрева, а затем высотой расплавленного металла (см. там же стр.46, рис.23 (4)). Поскольку в качестве питающего источника переменного напряжения для индукционных тигельных печей часто используется трехфазная промышленная сеть 50 Гц, для ее симметричной равномерной загрузки индуктор индукционной тигельной печи также целесообразно выполнять трехфазным (или в общем случае многофазным). Однако в индукторе индукционной тигельной печи с продольным магнитным полем, выполненном в соответствии с (4), симметричной равномерной загрузки отдельных фаз трехфазного источника питания (в общем случае многофазного) без специального симметрирующего устройства обеспечить, особенно в процессе плавки, не удается из-за того, что электрофизические параметры расплавляемого металла: удельное сопротивление и магнитная проницаемость существенно отличаются для холодного и расплавленного металла, поэтому эквивалентное сопротивление отдельных фазных обмоток многофазного индуктора, расположенных в вертикальном направлении одна под другой будет различным и будет изменяться по мере расплавления шихты, которое, как правило, начинается с нижней части тигля и постепенно доходит до его верхней части.

Таким образом, в прототипе не может быть достигнут заявленный технический результат - создание симметричной многофазной индукционной тигельной печи.

Предлагаемое изобретение - многофазная индукционная тигельная печь решает задачу создания устройства для индукционного нагрева, осуществление которого позволяет достичь заявленного технического результата, заключающегося в возможности создания симметричной многофазной индукционной тигельной печи независимо от типа шихты, ее расположения по высоте тигля, от скорости индукционного нагрева и расплавления шихты.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в многофазной индукционной тигельной печи, содержащей цилиндрический тигель из термостойкого материала и многофазный индуктор, где число фаз m>1 целое число, боковая поверхность тигля условно разделена на m вертикальных секторов по внешней окружности тигля с боковыми сторонами каждого сектора, параллельными центральной оси симметрии тигля, причем каждая фазная обмотка многофазного индуктора выполнена в виде однослойной концентрической прямоугольной катушки, при этом в каждом вертикальном секторе расположена одна упомянутая фазная обмотка многофазного индуктора, причем первые две стороны каждого прямоугольного витка каждой обмотки многофазного индуктора - нижняя и верхняя - перпендикулярны оси симметрии тигля, а вторые две стороны того же витка - левая и правая - параллельны той же оси симметрии тигля, причем все m фазных обмоток многофазного индуктора расположены по длине внешней окружности тигля на одном уровне по отношению к нижней и верхней частям тигля, образуя горизонтальный ряд обмоток с высотой, равной высоте нагреваемого металла с одновременным образованием симметричного многофазного катушечного индуктора, при этом каждая фазная обмотка многофазного индуктора может быть выполнена с магнитопроводом. Кроме того, в индукционной тигельной печи дополнительно введены (m-1) горизонтальных рядов катушек обмоток многофазного индуктора, при этом m-m катушек многофазного индуктора расположены на боковой поверхности тигля в «шахматном порядке» по m катушек обмоток многофазного индуктора в каждом горизонтальном ряду по окружности тигля, перпендикулярном оси тигля, и по m катушек обмоток многофазного индуктора в каждом вертикальном секторе, параллельном оси тигля, при этом каждая фазная обмотка многофазного индуктора содержит отдельные, последовательно соединенные катушки этой фазной обмотки многофазного индуктора, причем каждая последующая в последовательной цепи катушка каждой фазной обмотки многофазного индуктора расположена одновременно в соседнем вертикальном секторе по отношению к предыдущему и в соседнем горизонтальном ряду по отношению к предыдущему с одновременным образованием симметричного многофазного многокатушечного индуктора.

Таким образом, заявленный технический результат - создание симметричной многофазной индукционной тигельной печи достигается с использованием многофазного катушечного индуктора, так и с использованием многофазного многокатушечного индуктора.

На фиг.1 - 6 показаны принципы конструктивного исполнения и схемы предлагаемых многофазных индукционных тигельных печей.

На фиг.1 показан вид фазной однослойной концентрической прямоугольной катушки обмотки О многофазной индукционной тигельной печи без магнитопровода в соответствии с п.1 формулы, а на фиг.2 показан вид трехфазной индукционной тигельной печи без магнитопровода (вид сверху), где обозначено: 1 - катушка обмотки трехфазной индукционной тигельной печи, вид которой приведен на фиг.1, 2 - тигель трехфазной индукционной тигельной печи. На фиг.3 показан вид фазной однослойной концентрической прямоугольной катушки обмотки многофазной индукционной тигельной печи с магнитопроводом в соответствии с п.2 формулы, а на фиг 4 показан вид трехфазной индукционной тигельной печи с магнитопроводом (вид сверху), где обозначено: 1 - катушки обмотки трехфазной индукционной тигельной печи, вид которой приведен на фиг.3, 2 - тигель трехфазной индукционной тигельной печи, 3 - магнитопровод трехфазной индукционной тигельной печи.

На фиг 5 показан вид боковой развертки тигля и схема трехфазной индукционной тигельной печи с трехфазным трехкатушечным индуктором, с вертикальными секторами C₁ , С₂ и С₃ и размещенными в каждом секторе катушками фазных обмоток O₁ , O₂ и O₃, каждая из которых может быть выполнена либо в соответствии с фиг.1 без магнитопровода, либо в соответствии с фиг.3 - с магнитопроводом. На фиг.5 обозначено: h_и=h _м - равные по значению высоты индуктора h _и и металла h_м; h _т - высота тигля; l₀ - длина окружности боковой поверхности тигля. К трем фазным обмоткам O ₁, O₂ и O₃ подведено трехфазное переменное напряжение сети АВС.