Расчет индукционной установки

На фиг.6 показан вид боковой развертки тигля и схема трехфазной индукционной тигельной печи с трехфазным девятикатушечным индуктором с вертикальными секторами С₁, C ₂ и С₃ и горизонтальными рядами P ₁, P₂, и P₃ , а также размещенными в каждом прямоугольнике, образованном вертикальными линиями условного деления на вертикальные секторы и горизонтальными линиями условного деления на горизонтальные ряды, отдельными катушками трехфазного девятикатушечного индуктора О_1-1, O_1-2, O _1-3, О_2-1, O_2-2 , О_2-3, О_3-1, О _3-2 и О_3-3, каждая из которых может быть выполнена либо в соответствии с фиг.1 без магнитопровода, либо в соответствии с фиг.3 - с магнитопроводом. Также на фиг.6 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. Каждая фазная обмотка состоит из трех последовательно соединенных катушек в соответствии с п.3 формулы, т.е. первая фазная обмотка состоит из последовательно соединенных катушек О_1-1, О_2-3 и О_3-2, вторая фазная обмотка состоит соответственно из O_1-2, O _2-1 и О_3-3 и, наконец, третья фазная обмотка состоит соответственно из O_1-3, O_2-2 и О_3-1. К трем фазным, упомянутым выше обмоткам, подведено трехфазное переменное напряжение питающей сети АВС. Аналогично расположению и соединениям, приведенным на фиг.6, можно создать шестифазную индукционную тигельную печь с шестифазным тридцатишестикатушечным индуктором, а в общем случае многофазную индукционную тигельную печь с многокатушечным индуктором.

Предложенная многофазная индукционная тигельная печь работает следующим образом.

Во-первых, необходимо отметить, что в предложенной индукционной тигельной печи как в трехфазном трехкатушечном исполнении индуктора (фиг.5), так и в трехфазном девятикатушечном исполнении индуктора (фиг.6), а также в общем случае в многофазном многокатушечном исполнении индуктора каждая фазная обмотка этого многофазного индуктора состоит из последовательно соединенных катушек, расположенных по высоте тигля, значит они охватывают магнитным полем весь тигель по его оси, включая все горизонтальные слои нагреваемого металла, в том числе и расплавленный и нерасплавленный металл с разными электрофизическими параметрами, причем это чередование слоев для всех фазных обмоток совершенно одинаково. Именно этим обстоятельством и обеспечивается достижение заявленного технического результата, т.е. создание симметричной многофазной индукционной тигельной печи независимо от формы шихты, расположения ее по высоте тигля и скорости ее нагрева.

Рассмотрим работу трехфазной индукционной тигельной печи со схемой соединения обмоток трехфазного трехкатушечного индуктора, приведенной на фиг.5. Предположим, что обмотки O ₁, O₂ и О₃ индуктора соединены по схеме «звезда», что показано пунктиром. Поскольку сопротивления всех обмоток O₁ , O₂ и О₃ равны, при подключении их к трехфазной сети переменного тока АВС по этим обмоткам будет протекать симметричный трехфазный ток по контурам: A-O₁-X, В-O₂ -У и С-О₃-Z, который вызовет возбуждение трехфазного поперечного электромагнитного поля. Это поле при соответствующей напряженности и частоте обеспечивает, во-первых, в металлической шихте, находящейся внутри тигля, возникновение вихревых токов, а следовательно, нагрев и расплавление шихты, а, во-вторых, обеспечивает бегущую электромагнитную волну от поперечного электромагнитного поля и тяговую электромагнитную силу, обеспечивающую вращение жидкого металла вокруг оси тигля, что обеспечивает повышение качества выплавляемого металла или сплава.

Для дальнейшего увеличения интенсивности электромагнитного перемешивания авторами предложена многофазная индукционная тигельная печь с многофазным многокатушечным индуктором, один из вариантов которой, а именно, трехфазный девятикатушечный, показан на фиг.6. При подаче на обмотки упомянутого трехфазного индуктора, соединенные по схеме «звезда», переменного напряжения от трехфазного источника питания АВС по этим обмоткам будет протекать симметричный трехфазный ток по контурам: A-O_1-1-O _2-3-O_3-2-X, В-O_1-2 -O_2-1О_3-3-У и C-O _1-3-O_2-2-O_3-1 -Z, который вызовет возбуждение и трехфазного поперечного и трехфазного продольного электромагнитных полей. Эти поля при соответствующей напряженности и частоте также обеспечивают, во-первых, в металлической шихте, находящейся внутри тигля, возникновение вихревых токов, а следовательно, нагрев и расплавление шихты, а, во-вторых, обеспечивают бегущие электромагнитные волны как от поперечного, так и от продольного электромагнитных полей и тяговую электромагнитную силу, обеспечивающую движение жидкого металла как вокруг оси симметрии тигля, так и параллельно оси симметрии тигля, что еще больше увеличивает электромагнитное перемешивание жидкого металла. Поперечная электромагнитная бегущая волна, направление движения которой перпендикулярно оси тигля, и продольная бегущая электромагнитная волна, направление движения которой параллельно оси тигля, образуются в результате того, что в отдельных обмотках трехфазного индуктора, как в каждом горизонтальном ряду, так и в каждом вертикальном секторе протекает симметричная трехфазная (в общем случае многофазная) система токов. Так, например, в соответствии с фиг.6 в первом секторе C₁ по обмоткам O_1-1 , O_2-1 и О_3-1 протекают соответственно токи фаз А, В и С. Во втором секторе С ₂ по обмоткам O_1-2, O _2-2 и О_3-2 протекают соответственно токи фаз В, С и А. В третьем секторе С₃ по обмоткам O_1-3, O_2-3 и О_3-3 протекают соответственно токи фаз С, А и В. Именно упомянутые фазные токи создают и поперечную и продольную бегущие электромагнитные волны.

Возможность формирования поперечной бегущей электромагнитной волны обеспечивается тем, что в каждом витке катушек обмоток многофазного индуктора многофазной тигельной печи имеется две стороны прямоугольного витка, расположенных вертикально, т.е. параллельно оси тигля, а возможность формирования продольной бегущей электромагнитной волны обеспечивается тем, что в каждом витке катушек обмоток многофазного индуктора многофазной тигельной печи имеется две стороны прямоугольного витка, расположенные горизонтально, т.е. перпендикулярно оси тигля.

Формула изобретения

1. Многофазная индукционная тигельная печь, содержащая цилиндрический тигель из термостойкого материала для нагрева и расплавления шихты и многофазный катушечный индуктор, где число фаз m>1 целое число, отличающаяся тем, что боковая поверхность тигля условно разделена на вертикальные сектора 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, 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 оси симметрии тигля, причем 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.

2. Многофазная индукционная тигельная печь по п.1, отличающаяся тем, что каждая фазная обмотка многофазного индуктора выполнена с магнитопроводом.

3. Многофазная индукционная тигельная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит (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.

Рисунки

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.08.2013

Дата публикации: 20.06.2014

(54) ИНДУКЦИОННАЯ ВАКУУМНАЯ ПЕЧЬ С ХОЛОДНЫМ ТИГЛЕМ

(57) Реферат:

Использование: электрометаллургия, в частности, в индукционных вакуумных печах для плавки металлов и сплавов. Сущность: индукционная вакуумная печь с холодным тиглем содержит индуктор, выполненный из секций холодный тигель и вакуумкамеру, при этом вакуумкамера выполнена в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, расположенного между индуктором и холодным тиглем, причем холодный тигель установлен в вакуумкамере с зазором, заполненным порошком на основе оксида. 1 ил.

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к индукционным вакуумным печам для плавки металлов и сплавов.

Известно вакуумная индукционная печь с холодным тиглем, содержащая вакуумную камеру и установленный в ней холодный тигель и индуктор [1]

Недостатком указанной электропечи является относительно большие габариты и металлоемкость изготовления электропечи и тяжелые условия работы индуктора, находящегося в вакуумной камере, что требует надежной вакуумной изоляции индуктора и защиты этой изоляции от агрессивной атмосферы, которая во многих случаях присутствует в вакуумном объеме электропечи.

Эти недостатки, в основном, устраняются в электропечи, принятой нами в качестве прототипа, в которой тигель выполнен из секций, заключенных в оболочку из неэлектропроводного компаунда, армированного стекловолокнистым наполнителем, а наружная поверхность оболочки покрыта многослойной стеклолентой, пропитанной связующим. В оболочку герметично заделаны наружные стенки секций холодного тигля [2]

Исполнение индукционной печи с холодным тиглем, заделанным в вакуумгерметичную оболочку из стеклопластика позволяет повысить ее надежность в эксплуатации за счет выноса индуктора из вакуумного объема.

Недостатком указанной электропечи является полная неремонтопригодность холодного тигля, соответственно и вакуумной камеры электропечи, т. к. холодный тигель с герметично заделанными наружными стенками секций в оболочку из неэлектропроводного компаунда, образует вакуумную плавильную камеру. Так, при выходе из строя только одной секции холодного тигля, требуется замена тигля целиком и соответственно, вакуумной камеры, что существенно увеличивает эксплуатационные расходы.

Задачей изобретения является создание печи, в которой обеспечивается взаимозаменяемость секций холодного тигля без нарушения герметичности вакуумной камеры.

Поставленная задача достигается тем, что в индукционной вакуумной печи с холодным тиглем, содержащем индуктор, холодный тигель, выполненный из секций, и расположенную между ними вакуумную камеру из неэлектропроводного материала, холодный тигель установлен в вакуумной камере, выполненной в виде полого цилиндра с зазором, заполненным порошком на основе оксидов.

На чертеже представлена схема индукционной вакуумной печи с холодным тиглем.

Электропечь содержит индуктор 1, холодный тигель 2 с поддоном 3, образующий с вакуумной камерой 4 кольцевой зазор 5, заполненный порошком на основе оксидов, крышку 6, на которой расположен бункер 7 и вакуумный затвор 8, разгрузочную камеру 9, подводы охлаждающей воды 10, 11 и механизм вытягивания слитка 12.

Электропечь работает следующим образом.

В бункер 7 загружают переплавляемую шихту и затем осуществляют вакуумирование вакуумного объема, состоящего из вакуумной камеры 4, выполненный в виде полого цилиндра из вакуумплотного неэлектропроводного материала, крышки электропечи 6 и разгрузочной камеры 9. После окончания вакуумирования подают охлаждающую воду на холодный тигель 2 через подводы 10, на поддон 3 через подводы 11 и на индуктор 1.

Шихту из бункера 7 подают в холодный тигель, предварительно открыв вакуумный затвор 8, и включают электропитание на индуктор 1. После расплавления шихты в холодном тигле 2 осуществляют догрузку шихты из бункера 7, который периодически догружают при закрытом вакуумном затворе 8 в период плавки. После наплавления в холодном тигле 2 необходимого количества расплава осуществляют вытягивание слитка путем перемещения вниз поддона 3 механизмом вытягивания 12 (или осуществляют донную разливку расплава из холодного тигля 2 в форму, установленную в разгрузочной камере 9). При вытягивании слитка осуществляют догрузку шихты в холодный тигель 2 из бункера 7. После наплавления слитка требуемой длины электропитание индуктора 1 отключают, слиток перемещают в разгрузочную камеру 9, которую затем поворачивают в сторону и извлекают слиток.

В случае выхода из строя хотя бы одной секции снимают крышку 7 и извлекают холодный тигель 2 из вакуумной камеры 4. Отремонтировав или заменив секцию на новую холодный тигель 2 устанавливают в вакуумную камеру и закрывают крышку 7.

Использование предлагаемого изобретения позволяет осуществлять ремонт холодного тигля в том числе, замену его секций без разрушения вакуумгерметичного цилиндра, т. к. холодный тигель легко извлекается из вакуумной камеры и обратно устанавливается в рабочее положение, что обеспечивается наличием зазора между холодным тиглем и вакуумной камерой, выполненной в виде полого цилиндра из вакуумплотного неэлектропроводного материала. Заполнение зазора порошком на основе оксидов, например, Al₂O₃, ZrO₂, MgO, позволяет защитить вакуумную камеру от прямого излучения высокотемпературного расплава через зазоры между секциями холодного тигля и тем самым предотвратить разрушение его стенки.

Формула изобретения

Индукционная вакуумная печь с холодным тиглем, содержащая индуктор, выполненный из секций холодный тигель и вакуум-камеру, отличающаяся тем, что вакуум-камера выполнена в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, расположенного между индуктором и холодным тиглем, причем холодный тигель установлен в вакуум-камере с зазором, заполненным порошком на основе оксида.

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

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002

Извещение опубликовано: 20.04.2002

(54) ИНДУКЦИОННАЯ ТИГЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ

(57) Реферат:

Индукционная тигельная печь предназначена для плавки электропроводных материалов. Сущность изобретения: печь снабжена шестью соленоидами, расположенными равномерно вокруг соленоида, соединенного с источником постоянного тока, продольные оси симметрии которых нормальны его продольной оси симметрии, и соединенными с трехфазным источником переменного тока с возможностью возникновения в полости плавильного тигля вращающегося магнитного поля. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике.

Известна индукционная тигельная печь, содержащая плавильный тигель, охваченный шестью соленоидами, расположенными равномерно вокруг ее тигля, продольные оси симметрии которых нормальны его продольной оси симметрии и соединены с трехфазным источником переменного тока с возможностью возникновения в полости плавильного тигля вращающегося магнитного поля.

Недостаток этой индукционной тигельной печи низкая эффективность из-за снижения магнитной проницаемости шихты с повышением ее температуры ( ->> 1).

Цель изобретения устранение этого недостатка.

Цель решена тем, что индукционная тигельная печь снабжена дополнительным соленоидом, расположенным вокруг ее плавильного тигля и соединенным с источником постоянного тока с возможностью изменения величины электрического тока в нем.

На фиг.1 изображена схематично индукционная тигельная печь, вид сверху; на фиг.2 дан разрез А-А на фиг.1.

Индукционная тигельная печь содержит плавильный тигель 1, дополнительный соленоид 2, соединенный с источником постоянного тока через реостат (не показан), и шесть соленоидов 3, соединенных с трехфазным источником переменного тока (не показан) с возможностью возникновения в полости плавильного тигля 1 вращающегося магнитного поля. Дополнительный соленоид 2 расположен вокруг плавильного тигля 1. Соленоиды 3 расположены на магнитопроводе 4. Плавильный тигель 1, дополнительный соленоид 2 и магнитопровод 4 установлены на основании 5 из неэлектропроводного материала. Внутри плавильного тигля 1 помещается шихта (загрузка) 6 из электропроводного материала (металл). Удаление расплава загрузки 6 производится обычным способом, например через отверстие (не показано) в днище плавильного тигля 1.

Индукционная тигельная печь работает следующим образом.

В плавильный тигель 1 загружается шихта 6 и подается напряжение на соленоиды 3 от трехфазного источника переменного тока. При этом в шихте возникают переменные токи, нагревающие ее до расплава и приводящие ее во вращение, способствующее удалению газов из нее.

Процесс плавки (и его эффективность) регулируют с помощью реостата (не показан), увеличивая (уменьшая) с его помощью постоянный ток в дополнительном соленоиде 2, при этом магнитная проницаемость расплава возрастает (уменьшается) и эффективность нагрева шихты соленоидами 3 возрастает, а значит, возрастет эффективность печи в целом.

Достижение цели стало возможным благодаря тому, что печь снабжена дополнительным соленоидом, расположенным вокруг ее плавильного тигля и соединенным с источником постоянного тока с возможностью изменения величины электрического тока в нем.

Формула изобретения

ИНДУКЦИОННАЯ ТИГЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ, содержащая плавильный тигель, охваченный шестью соленоидами, расположенными равномерно вокруг тигля, продольные оси симметрии которых нормальны к его продольной оси симметрии и соединены с трехфазным источником переменного тока с возможностью возникновения в полости плавильного тигля вращающегося магнитного поля, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным соленоидом, расположенным вокруг ее плавильного тигля и соединенным с источником постоянного тока с возможностью изменения величины электрического тока в нем.

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

Номер и год публикации бюллетеня: 17-2000

Извещение опубликовано: 20.06.2000

(54) ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, а именно к плавильным печам для производства металлов и сплавов, переработке металлических и твердых смешанных радиоактивных отходов, а также облученных тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок, содержащих отработавшее ядерное топливо. Плавильная печь состоит из металлического плавильного охлаждаемого тигля, прозрачного для электромагнитного поля, и поддона со сливным устройством. Поддон выполнен металлическим охлаждаемым. В поддоне и/или в боковой стенке плавильного тигля размещены одно или несколько сливных устройств, выполненных в виде индукционных плавильных узлов. Сливные устройства, размещенные в поддоне, выполнены в виде металлических секционированных охлаждаемых тиглей, прозрачных для электромагнитного поля, с индукторами, расположенными вокруг тиглей. Сливные устройства, размещенные в боковой стенке плавильного тигля, выполнены в виде наклонных металлических секционированных охлаждаемых желобов, прозрачных для электромагнитного поля, с индукторами, расположенными вокруг желобов. Плавильная печь обеспечивает поддержание температуры сливаемого расплава на заданном уровне; сохраняет гомогенность сливаемого расплава в результате его электромагнитного перемешивания при сливе, исключает загрязнение получаемого металла или сплава материалом, из которого изготовлено сливное устройство в результате отсутствия каких-либо нестойких к коррозии в расплавах металлов и шлаков, исключает поглощение сливным устройством компонентов расплава и тем самым не образует нового типа отходов в виде отработанных конструкционных материалов, обеспечивает проведение процесса в непрерывном режиме, без кристаллизации и охлаждения продуктов плавки внутри тигля, при полной автоматизации и дистанционном управлении и долговечность сливных устройств, т.к. они могут работать несколько лет и не требовать промежуточных зачисток и ремонтов с участием обслуживающего персонала. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к плавильным печам для производства металлов и сплавов, переработки отходов, отработавших материалов и изделий, и в частности, к переработке металлических и твердых смешанных радиоактивных отходов (РАО), а также облученных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и тепловыделяющих сборок (ТВС), содержащих отработавшее ядерное топливо (ОЯТ).

Необходимость поиска более устойчивых к коррозии конструкционных материалов весьма актуальна для металлургических плавильных печей. В середине 70-х годов на металлургических заводах атомной и других отраслей промышленности стали применяться вакуумные индукционные печи с медными секционированными водоохлаждаемыми (холодными) тиглями - ИПХТ. Срок службы холодных тиглей достигает 12-18 лет. Однако для этих печей до сих пор не были разработаны сливные устройства с аналогичным сроком службы. Поэтому при разработке технологий, предусматривающих в ходе процесса слив расплавленных металла и шлака, весьма актуальной стала задача создания принципиально новых конструкций сливных устройств. Особенно важно решить эту задачу для печей, применяемых для плавки радиоактивных материалов.

Существует печь для производства титановой губки методом восстановления титана из его тетрахлорида магнием [В А. Гармата и др. Металлургия титана. М. , "Металлургия", 1968 г.]. Удаление расплавленного шлака - хлорида магния - из реакционного тигля (реторты) осуществляется периодически через сливное устройство, привариваемое к патрубку, расположенному в донной части тигля и представляющее собой запорный игольчатый клапан, изготовленный из нержавеющей стали. Недостатком данной печи является то, что патрубок в нижней части реторты, к которому приваривается сливное устройство, одновременно служит входным отверстием для штока пресса, выдавливающего титановую губку из реторты. Это приводит к необходимости каждый раз перед выгрузкой титановой губки срезать сливное устройство, а после выгрузки вновь его приваривать и проверять на герметичность.

Существует дуговая вакуумная гарнисажная печь IДРВГ-0,025ПЦ, оборудованная механизмом поворота тигля, обеспечивающего слив металла [Основы металлургии, т.7, стр.771. М., "Металлургия", 1975 г.]. Недостатками данного устройства является необходимость поворота тигля для слива расплава, что значительно усложняет конструкцию подводимых к нему коммуникаций, а также невозможность точно регулировать количество сливаемого расплава и четко разделять фазы в процессе слива многофазных расплавов.

Близким по технической сущности и достигаемому результату является индукционная печь с металлическим охлаждаемым тиглем и поддоном (А.С.СССР 477296, МКИ F 27 В 14/04, приоритет 06.10.72 г.) со сливным устройством, расположенным в средней части тигля, представляющим собой стакан, изготовленный из графита, и устройство для сбивания этого стакана перед сливом расплава. Недостатками данного устройства являются необходимость для каждой плавки готовить новое сливное устройство, значительно более низкая коррозионная стойкость графита в расплавах металлов и сплавов по сравнению с холодным тиглем, а также выгорание его при контакте с кислородом воздуха при высоких температурах.

Предложена плавильная печь для производства металлов и сплавов, а также для переработки отходов, отработавших материалов и изделий, включая радиоактивный металлический лом, твердые смешанные радиоактивные отходы, отработавшие тепловыделяющие элементы и тепловыделяющие сборки атомных реакторов, состоящая из металлического плавильного охлаждаемого тигля, прозрачного для электромагнитного поля, поддона и индуктора, при этом поддон выполнен металлическим охлаждаемым, в поддоне и/или в боковой стенке плавильного тигля размещены одно или несколько сливных устройств, выполненных в виде индукционных плавильных узлов.

Индукционные плавильные узлы, размещенные в поддоне, представляют собой металлические, секционированные охлаждаемые тигли, прозрачные для электромагнитного поля с расположенными вокруг тиглей индукторами.

Охлаждаемые тигли сливных устройств, размещенных в поддоне, имеют на нижних торцах крышки, отводящиеся, металлические, охлаждаемые.

Охлаждаемые тигли сливных устройств, размещенных в поддоне, имеют форму усеченных конусов, сужающихся книзу.

В охлаждаемые тигли сливных устройств, размещенных в поддоне, вставлены пробки, преимущественно металлические, повторяющие, как правило, форму тигля.

Верхние торцевые поверхности поддона и охлаждаемых тиглей сливных устройств, размещенных в поддоне, лежат в одной плоскости.

Верхние торцевые поверхности поддона и охлаждаемых тиглей сливных устройств, размещенных в поддоне, образуют усеченный конус, сужающийся к тиглю.

Печь оборудована механизмом перемещения поддона вместе с размещенными в поддоне сливными устройствами.

В зазорах между поддоном и сливными устройствами, размещенными в нем, проложены слои электрической изоляции. Индукционные плавильные узлы, размещенные в боковой стенке плавильного тигля, представляют собой наклонные металлические, секционированные охлаждаемые желоба, прозрачные для электромагнитного поля, с расположенными вокруг желобов индукторами.

Секции сливных желобов соединены между собой посредством шлицевых замков и(или) стяжных хомутов.

В зазорах между сливными желобами и боковой стенкой плавильного тигля проложены слои электрической изоляции.

Частоты токов индукторов сливных устройств, размещенных в поддоне и боковой стенке плавильного тигля, составляют 50-15000000 Гц.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид печи, на фиг. 2(а-в) показано сливное устройство, размещенное в поддоне, на фиг. 3 и 4 показано сливное устройство, размещенное в боковой стенке плавильного тигля.

Индукционная плавильная печь содержит медный секционированный охлаждаемый тигль 1 (фиг. 1), медный охлаждаемый поддон 2, который перемещается внутри тигля 1 с помощью устройства 3, индуктор 4 и магнитопровод 5. Сливное устройство, размещенное в поддоне 2 (фиг. 2а-в), представляет собой медный секционированный (в данном варианте 4-секционный) охлаждаемый тигель 6, прозрачный для электромагнитного поля, с соосно расположенным индуктором 7. Во избежание электрических потерь и исключения аварийной ситуации электроизолирующий слой 8 нанесен на всю поверхность контакта охлаждаемого тигля 6 с медным охлаждаемым поддоном 2. Прозрачность для электромагнитного поля охлаждаемого тигля 6 также обеспечивается электроизолирующими слоями 8 (фиг. 2в, сечение Б-Б), нанесенными на поверхности контакта секций тигля друг с другом. Внутреннее пространство холодного тигля 6 имеет форму усеченного конуса (фиг. 2а-б), сужающегося книзу. Внутрь тигля вставляется металлическая пробка 9, повторяющая форму тигля. Снизу тигель закрывается отводящейся металлической водоохлаждаемой крышкой 10. Верхние торцевые поверхности поддона 2 и охлаждаемого тигля 6 либо лежат в одной плоскости (фиг. 2а), либо образуют усеченный конус, сужающийся к тиглю (фиг. 2б). Подача охлаждающей воды в секции охлаждаемого тигля 6, размещенного в поддоне 2, осуществляется через коллектор 11 (фиг. 2 а-в), а вывод - через трубки 12.

Сливное устройство в верхней части боковой стенки тигля (фиг. 3, 4) представляет собой наклонный медный секционированный охлаждаемый желоб 13, прозрачный для электромагнитного поля, с расположенным вокруг индуктором 14. Прозрачность желоба для электромагнитного поля обеспечивается электроизолирующими слоями 15 (фиг. 3, вид III и фиг. 4, сечение Г-Г), нанесенными на поверхности контакта секций желоба друг с другом. Для сокращения электрических потерь и исключения аварийной ситуации электроизолирующий слой 15 (фиг. 4, вид I) нанесен на всю поверхность контакта сливного желоба с плавильным тиглем.

Плотность прилегания секций сливного желоба друг к другу и непроницаемость зазоров между ними для стекающего расплава обеспечиваются шлицевыми замками 16 и стягивающим хомутом 17 (фиг. 4, сечение Г-Г и вид I), изготовленным из электроизолирующего материала.

Подача и отвод охлаждающей воды в секции сливного желоба 13 осуществляются через трубки 18 и 19 соответственно (фиг. 4, вид I).

Диапазон частот токов на индукторе 50-15 000 000 Гц обусловлен необходимостью создания многофункциональных печей, в которых могут одновременно плавиться, а после плавки сливаться многофазные системы, содержащие различные по своим электрофизическим и магнитным свойствам материалы: металлы, шлаки, стекла и др.

Работа заявляемой печи может быть проиллюстрирована на примере переплава в непрерывном режиме с целью дезактивации и компактирования радиоактивных металлических отходов под слоем боросиликатного стекла, поглощающего в процессе плавки радионуклиды. В индукционную плавильную печь (фиг. 1) с медным секционированным охлаждаемым тиглем 1, медным охлаждаемым поддоном 2, который перемещается внутри тигля 1 с помощью устройства 3, индуктором 4 и двумя сливными устройствами: в верхней части стенки тигля (фиг. 3 и 4) и в поддоне (фиг. 2а-в) со вставленной металлической пробкой 9, при закрытой нижней металлической водоохлаждаемой крышке 10 загружается порция шихты, состоящей из радиоактивного металлического лома и боросиликатного стекла. На индуктор 4 (фиг. 1) подается напряжение (частота тока 2400 Гц), шихта расплавляется и под действием электромагнитного перемешивания происходит интенсивный массообмен между расплавами металла и стекла, в результате которого радионуклиды концентрируются в стекле. После этого на индуктор 14 сливного желоба 13 подается напряжение (частота тока равна 5280000 Гц). Медный охлаждаемый поддон 2 с помощью механизма 3 (фиг. 1) медленно перемещается вверх до полного слива расплава стекла по желобу 13 (фиг. 3 и 4), но дезактивированный металлический расплав при этом остается в тигле. Затвердевания стекла на охлаждаемом желобе не происходит благодаря индукционному нагреву, поддерживающему стекло в жидком состоянии. Подача электроэнергии на индуктор 14 (фиг. 3 и 4) прекращается, и поддон 2 (фиг. 1) возвращается в исходное положение. Нижняя крышка 10 сливного устройства в поддоне открывается (фиг. 2б), на индуктор 7 сливного устройства подается напряжение (частота тока 8000 Гц), металлическая пробка 9 расплавляется и дезактивированный металлический расплав сливается из тигля 1. Кристаллизация металлического расплава на стенке холодного тигля 7 сливного устройства не происходит благодаря индукционному нагреву, поддерживающему температуру сливаемого расплава выше точки ликвидуса. После слива расплава подача электроэнергии на индукторы 4 и 7 прекращается и нижняя крышка 10 закрывается (фиг. 2а). В охлаждаемый тигель 6 (фиг. 2б) сливного устройства с помощью манипулятора или по направляющей трубе опускается новая металлическая пробка. Далее, в плавильный тигель 1 (фиг. 1) загружается очередная порция шихты, состоящей из радиоактивного металлического лома и боросиликатного стекла. На индуктор 4 подается напряжение, шихта расплавляется и далее процесс ведут, как описано выше.

Как следует из вышеизложенного, заявляемое устройство обладает следующими преимуществами:

- обеспечивается проведение всех технологических операций в требуемой атмосфере - воздух, вакуум, инертный газ и др., причем гарантируется возможность изменения атмосферы в ходе технологического процесса,

- обеспечивается за счет индукционного нагрева поддержание температуры сливаемого расплава на заданном уровне;

- сохраняется гомогенность сливаемого расплава в результате его электромагнитного перемешивания при сливе;

- исключается загрязнение получаемого металла или сплава материалом, из которого изготовлено сливное устройство в результате отсутствия каких-либо нестойких к коррозии в расплавах металлов и шлаков;

- исключается поглощение сливным устройством компонентов расплава и тем самым не образуется нового типа отходов в виде отработанных конструкционных материалов, в т.ч. и радиоактивных;

- обеспечивается проведение процесса в непрерывном режиме, без кристаллизации и охлаждения продуктов плавки внутри тигля, при полной автоматизации и дистанционном управлении;

- обеспечивается кардинальное решение проблемы долговечности сливных устройств - они могут работать несколько лет и не требовать промежуточных зачисток и ремонтов с участием обслуживающего персонала.

Последние три обстоятельства особенно важны при переработке облученных материалов и радиоактивных отходов.

Заявляемые технические решения могут применяться для реализации различных металлургических процессов, осуществляемых в ИПХТ, в частности металлотермических, а также для других типов плавильных печей - шахтных, дуговых, электронно-лучевых и т.п.

Формула изобретения

1. Плавильная печь для производства металлов и сплавов и переработки отходов, отработавших материалов и изделий, отличающаяся тем, что она состоит из металлического охлаждаемого плавильного тигля, прозрачного для электромагнитного поля, индуктора и поддона, который выполнен металлическим охлаждаемым, а в поддоне и/или в боковой стенке плавильного тигля размещены одно или несколько сливных устройств, выполненных в виде индукционных плавильных узлов.

2. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что индукционные плавильные узлы, размещенные в поддоне, состоят из металлических секционированных охлаждаемых тиглей, прозрачных для электромагнитного поля, и расположенных вокруг них индукторов.

3. Плавильная печь по п.2, отличающаяся тем, что охлаждаемые тигли сливных устройств, размещенных в поддоне, имеют на нижних торцах отводящиеся металлические водоохлаждаемые крышки.

4. Плавильная печь по п.2 или 3, отличающаяся тем, что охлаждаемые тигли сливных устройств, размещенных в поддоне, выполнены с формой усеченных конусов, сужающихся книзу.

5. Плавильная печь по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что в охлаждаемые тигли сливных устройств, размещенных в поддоне, вставлены металлические пробки, повторяющие форму тигля.

6. Плавильная печь по любому из пп.2-5, отличающаяся тем, что верхние торцевые поверхности поддона и охлаждаемых тиглей сливных устройств, размещенных в поддоне, расположены в одной плоскости.

7. Плавильная печь по любому из пп.2-6, отличающаяся тем, что верхние торцевые поверхности поддона и охлаждаемых тиглей сливных устройств, размещенных в поддоне, образуют усеченный конус, суженный к тиглю.

8. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она оборудована механизмом перемещения поддона вместе со сливными устройствами, размещенными в нем.

9. Плавильная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в зазорах между поддоном и сливными устройствами, размещенными в нем, проложены слои электрической изоляции.

10. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что индукционные плавильные узлы, размещенные в боковой стенке плавильного тигля, состоят из наклонных металлических секционированных охлаждаемых желобов, прозрачных для электромагнитного поля, и расположенных вокруг них индукторов.

11. Плавильная печь по п.10, отличающаяся тем, что секции сливных желобов соединены между собой посредством шлицевых замков и/или стяжных хомутов.

12. Плавильная печь по п. 10, отличающаяся тем, что в зазорах между сливными желобами и боковой стенкой плавильного тигля проложены слои электрической изоляции.

13. Плавильная печь по любому из пп.1, 2, 10, отличающаяся тем, что частоты токов индукторов сливных устройств, размещенных в поддоне и боковой стенке плавильного тигля, составляют 50-15000000 Гц.

14. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что она предназначена для переработки радиоактивного металлического лома и твердых смешанных радиоактивных отходов.

15. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что она предназначена для переработки отработавших тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок атомных реакторов.

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: 20.10.2006

Извещение опубликовано: 20.09.2007 БИ: 26/2007

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.09.2007

Извещение опубликовано: 27.09.2007 БИ: 27/2007

PD4A - Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:

Открытое акционерное общество «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии» (RU)

Адрес для переписки:

115409, Москва, Каширское ш., д.33, ОАО «ВНИИХТ»

Извещение опубликовано: 27.06.2009 БИ: 18/2009

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.10.2012

Дата публикации: 10.08.2013

(54) Индукционная плавильная печь

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии , в частности к индукционным плавильным печам для плавки черных и цветных металлов. Цель изобретения - повышение КПД печи и увеличение срока службы. Графитовый стакан 5 нагревается от индуктора 1 и выполняет роль дополнительного нагревателя, теплопроводная засыпка 6, расположенная между графитовым стаканом 5 и тиглем 7 и состоящая из порошка натурального графита, выполняет роль уплотнителя и увеличивает теплоконтакт тигля 7 с графитовым стаканом 5. Печь позволяет увеличить срок службы в среднем в 1,5 раза и повысить КПД на 10-15%.

Размещено на Allbest.ru