RU2666395C2 - Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом - Google Patents
Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666395C2 RU2666395C2 RU2016148352A RU2016148352A RU2666395C2 RU 2666395 C2 RU2666395 C2 RU 2666395C2 RU 2016148352 A RU2016148352 A RU 2016148352A RU 2016148352 A RU2016148352 A RU 2016148352A RU 2666395 C2 RU2666395 C2 RU 2666395C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- crucible
- furnace
- magnetic circuit
- shell
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 77
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 17
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 25
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 11
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 239000003570 air Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 5
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 206010063602 Exposure to noise Diseases 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B14/00—Crucible or pot furnaces
- F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
- F27D11/12—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces with electromagnetic fields acting directly on the material being heated
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D27/00—Stirring devices for molten material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к индукционной индукторной тигельной печи с кольцевым наборным магнитопроводом, которая предназначена для использования в металлургии и литейном производстве для выплавки различных сплавов. Печь содержит соединенные вместе футерованный тигель, подину, охлаждаемый индуктор с электроизолированными витками и токоподводом, охватывающий его наружный вертикальный наборный магнитопровод и каркас с верхней и нижней плитами, скрепленными стяжками. При этом она снабжена цилиндрической обечайкой, размещенной между тиглем и индуктором, а упомянутый магнитопровод выполнен в виде кольцевого кожуха, при этом обечайка и магнитопровод расположены между плитами с образованием замкнутой герметичной кольцевой полости для размещения индуктора и хладагента с возможностью его подвода и отвода. Изобретение позволяет значительно расширить сферу использования упомянутой печи путем снижения энергоемкости плавки, уменьшения эксплуатационных расходов и занимаемой площади, повышения защищенности индуктора и надежности работы печи. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится преимущественно к металлургии и литейному производству, в частности к конструкциям индукционных индукторных тигельных печей, имеющих наружный наборный магнитопровод из электротехнической стали и применяемых для выплавки различных сплавов, доведения расплава до необходимых свойств и выдержки его для порционной разливки.
Известна индукционная индукторная тигельная печь, содержащая скрепленные вместе металлический каркас, стальной, чугунный или футерованный огнеупорный тигель, однослойный водоохлаждаемый электроизолированный трубчатый индуктор с токоподводом, неферромагнитный кольцевой сплошной электропроводный экран. Футерованный тигель опирается на внутреннюю поверхность индуктора и создает вместе с расплавом давление на него, особенно при сливе расплава. Витки индуктора, охватывающие цилиндрический тигель с ванной, расположены максимально близко к тиглю преимущественно в горизонтальной плоскости соосно с вертикальной осью тигля и являются опорой для него. Витки выполнены полыми из специальной медной трубки, внутри которой под давлением до 0,2-0,7 МПа протекает со скоростью 1-1,5 м/с охлаждающая кондиционная вода: дистиллированная или с содержанием механических примесей до 80 г/м3, жесткостью до 7 г-экв/м3, температурой 35-40°C и водородным показателем рН=7. Поверх трубки нанесен электроизоляционный слой. (Фарбман С.А. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов / С.А. Фарбман, И.Ф. Колобнев. - М.: Металлургия, 1968. - С. 331, 335).
Основным недостатком индукционной индукторной тигельной печи является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:
- повышенным расходом энергии на создание рабочего магнитного потока, так как, не смотря на требование размещения стенок тигля максимально близко к виткам индуктора, существенная часть рабочего магнитного потока с наибольшим значением индукции не используется, поскольку проходит по толстым неэлектропроводным стенкам футерованного тигля, а не по шихте или расплаву. Помимо рабочего магнитного потока индуктор создает и магнитный поток рассеяния такой же величины, не участвующий в нагреве шихты и расплава. Все это уменьшает полезное использование магнитного потока почти до 40%, а естественный коэффициент мощности cos ϕ - до 0,03-0,10 и повышает расход энергии;
- дополнительно повышенным расходом энергии, значительными габаритами и высокой стоимостью применяемого устройства для слива расплава из-за необходимости поворота всей тяжелой и громоздкой печи;
- повышенными эксплуатационными расходами на обеспечение безаварийной работы печи из-за вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле;
- повышенными эксплуатационными расходами по кондиционированию воды и созданию повышенного давления вследствие охлаждения полых витков индуктора кондиционной водой;
- повышенным расходом кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой зоны футерованного тигля из-за повышенных скорости и давления ее в трубке индуктора, чтобы обеспечить ее температуру не выше 35-40°C;
- повышенными расходами на изготовление индуктора из специальной медной трубки для обеспечения его необходимой прочности и его эксплуатации;
- повышенными габаритами и массой печи и увеличенной занимаемой производственной площадью, так как поток рассеяния вызывает нагрев близкорасположенных электропроводных частей каркаса, поэтому эти части и электропроводный экран удаляют от индуктора;
- пониженной защищенностью и надежностью работы тигля и индуктора печи из-за близкого размещения витков индуктора вокруг тигля и склонности футеровки тигля к прогоранию и образованию трещин под воздействием вибрации индуктора и массы расплава и возможного повреждения индуктора расплавом, проникшим сквозь трещины к индуктору;
- вредным влиянием магнитного потока рассеяния на здоровье работников, так как очень трудно обеспечить величину индукции переменного магнитного поля ниже предельно допустимого уровня (ПДУ), особенно у открытого тигля;
- повышенной вибрацией трубчатых медных жестких витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является индукционная индукторная тигельная печь с I-образными наружными наборными магнитопроводами, содержащая скрепленные вместе каркас с верхней и нижней плитами в виде колец, футерованный огнеупорный тигель, однослойный водоохлаждаемый электроизолированный трубчатый индуктор с токоподводом, верхнюю и нижнюю охлаждающие катушки, ферромагнитный дискретный экран из нескольких, до 24, вертикальных стержневых пластинчатых I-образных магнитопроводов. Футерованный тигель опирается на внутреннюю поверхность индуктора и создает вместе с расплавом давление на него, особенно при сливе расплава. Водоохлаждаемые витки индуктора охватывают тигель и расположены максимально близко к тиглю преимущественно горизонтально и соосно с вертикальной осью тигля и являются опорой для него. Витки выполнены полыми из специальной медной трубки, внутри которой под давлением до 0,2-0,7 МПа протекает со скоростью 1-1,5 м/с охлаждающая кондиционная вода: дистиллированная или с содержанием механических примесей до 80 г/м3, жесткостью до 7 г-экв/м3, температурой 35-40°C и водородным показателем рН=7. Поверх трубки нанесен электроизоляционный слой. Вертикальные стержневые наборные I-образные магнитопроводы из электротехнической стали расположены с внешней стороны индуктора с заданным шагом по окружности и промежутками между ними, их полюса горизонтальны, размещены на нижнем и верхнем торцах магнитопровода и обращены в противоположные стороны. Это частично уменьшает поток рассеяния, но увеличивает массу и габариты печи (Современные плавильные агрегаты: вагранки, газокислородные печи, электрические дуговые и индукционные печи и устройства для внепечной обработки и разливки металла: сборник / Инженер.-технол. центр машиностроения "Металлург". - 2-я ред. с доп. и уточнениями. - М.: Металлург-консалтинг, - С. 182, 217, 220).
Основным недостатком индукционной индукторной тигельной печи с I-образными наборными магнитопроводами является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:
- повышенным расходом энергии, так как, не смотря на требование размещения стенок тигля максимально близко к виткам индуктора, существенная часть рабочего магнитного потока с наибольшим значением индукции не используется, поскольку проходит по толстым неэлектропроводным стенкам тигля, а не по шихте или расплаву. Помимо рабочего магнитного потока индуктор создает и магнитный поток рассеяния такой же величины, не участвующий в нагреве шихты и расплава. Все это уменьшает полезное использование магнитного потока почти до 40%,
- дополнительно повышенным расходом энергии, значительными габаритами и высокой стоимостью устройства для слива расплава из-за необходимости поворота всей тяжелой и громоздкой печи;
- повышенными эксплуатационными расходами на обеспечение безаварийной работы печи из-за вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле;
- повышенными эксплуатационными расходами по кондиционированию воды и созданию повышенного давления вследствие охлаждения полых витков индуктора и охлаждающих катушек кондиционной водой;
- повышенным расходом кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой и донной зон футерованного тигля из-за повышенных скорости и давления ее в трубке индуктора, чтобы обеспечить ее температуру не выше 35…40°C;
- повышенными габаритами и массой печи и увеличенной занимаемой производственной площадью, так как магнитный поток рассеяния вызывает нагрев близкорасположенных электропроводных частей каркаса, поэтому эти части удаляют от индуктора, а вокруг индуктора устанавливают вертикальные магнитопроводы, которые, однако, не улавливают весь поток;
- вредным влиянием магнитного потока рассеяния на здоровье работников, так как вертикальные магнитопроводы улавливают поток только частично и поэтому не обеспечивают величину индукции переменного магнитного поля ниже предельно допустимого уровня (ПДУ);
- пониженной защищенностью и надежностью печи из-за близкого размещения витков индуктора вокруг тигля и склонности футеровки тигля к прогоранию и образованию трещин под воздействием вибрации индуктора и массы расплава и возможного повреждения индуктора расплавом, проникшим сквозь трещины к индуктору;
- повышенной вибрацией трубчатых медных витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.
В основе изобретения лежит техническая проблема обеспечения расширения сферы использования индукционных плавки и тигельной печи путем снижения энергоемкости плавки, уменьшения эксплуатационных расходов и занимаемой площади, повышения защищенности индуктора и работающих и надежности работы печи.
Решение этой технической проблемы достигается тем, что индукционная индукторная тигельная печь, содержащая скрепленные вместе каркас с верхней и нижней плитами, футерованный тигель, охлаждаемый индуктор с электроизолированными витками и токоподводом, наружный наборный магнитопровод, согласно изобретению дополнительно снабжена цилиндрической обечайкой, размещенной между тиглем и индуктором, магнитопровод выполнен в виде кольцевого кожуха, причем обечайка и магнитопровод расположены между плитами с образованием замкнутой кольцевой полости для размещения индуктора и хладагента.
Кроме того, элементы наборного кольцевого магнитопровода выполнены с возможностью полного или частичного охвата индуктора.
Для повышения конструкционной прочности и снижения энергоемкости плавки путем снижения потерь тепла через стенку футеровки тигля обечайка может быть выполнена с ребрами на ее внутренней поверхности, образующими углубления для размещения теплоизолирующего материала с теплопроводностью меньше, чем у футеровки.
Обечайка может быть выполнена из материала с высоким электрическим сопротивлением.
Снижение энергоемкости плавки объясняется более полным улавливанием кольцевым магнитопроводом магнитного потока рассеяния, который намагничивает магнитопровод, тем самым увеличивая значение магнитной индукции в рабочей полости индуктора.
Уменьшение эксплуатационных расходов объясняется снижением или устранением расхода кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой зоны футерованного тигля путем снижения скорости и давления ее в трубке индуктора с одновременным увеличением ее температуры до 99°C за счет подачи хладагента в кольцевую полость.
Уменьшение занимаемой площади и повышение защищенности работающих обусловлены применением кольцевого сплошного магнитопровода вместо дискретного из отдельных магнитопроводов, который более эффективно улавливает поток рассеяния, что позволяет приближать электропроводные элементы каркаса печи к индуктору.
Повышение защищенности индуктора и работающих и надежности работы печи обеспечено установкой цилиндрической обечайки, предотвращающей проникновение расплава сквозь трещины в тигле к индуктору и, как следствие, аварийную ситуацию. Это снижает также эксплуатационные расходы на обеспечение безаварийной работы печи.
Повышение защищенности работающих от воздействия шума объясняется также размещением индуктора в кольцевой полости между цилиндрической обечайкой и кольцевым сплошным магнитопроводом, которые уменьшают распространение шума, особенно при заполнении полости водой.
Повышение надежности работы печи объясняется также размещением индуктора в кольцевой полости между цилиндрической обечайкой и кольцевым сплошным магнитопроводом, которые уменьшают воздействие вибрации на тигель и образование трещин в нем, особенно при заполнении полости водой.
Изобретение поясняется чертежом, где схематично показана индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом, в разрезе.
Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено горизонтальными линиями со стрелками направление движения хладагента внутри индукционной индукторной тигельной печи.
Предлагаемая индукционная индукторная тигельная печь содержит соединенные вместе футерованный тигель 1, опирающийся на подину 2, цилиндрическую обечайку 3, охватывающую тигель 1, охлаждаемый трубчатый индуктор 4 с токоподводами (не показаны), электроизолированные витки которого охватывают обечайку 3, наружный вертикальный кольцевой наборный магнитопровод 5, охватывающий индуктор 4, нижнюю 6 и верхнюю 7 плиты с центральным отверстием для размещения подины 2 и «воротника» тигля, соответственно, скрепленные стяжками 8. Цилиндрическая обечайка 3 размещена между тиглем 1 и индуктором 4. Магнитопроводом 5, плитами 6 и 7, обечайкой 3 образована замкнутая кольцевая полость 9 для размещения индуктора 4 и хладагента с подводящим и отводящим патрубками (не показаны). Для герметизации полости 9 предусмотрены эластичные уплотнения 10 по стыкам и слой 11 электроизоляционного материала на ее внутренней поверхности.
Цилиндрической обечайкой 3 и вертикальным кольцевым наборным магнитопроводом 5, зажатыми с помощью стяжек 8 между нижней 6 и верхней 7 плитами, образован каркас печи. В зависимости от размеров печи плиты 6 и 7 могут быть выполнены в плане кольцевой, квадратной или прямоугольной формы и разной толщины из электропроводного или неэлектропроводного материала, например жароупорного бетона, аустенитной стали или чугуна, низкоуглеродистой стали. Количество стяжек 8 может быть три - четыре и более. Каркас печи может быть смонтирован в цилиндрическом корпусе или пространственной раме и снабжен механизмом поворота (не показаны). Размещение подины 2, изготовленной, например, из огнеупорного бетона или шамотного фасонного блока, в центральном отверстии плиты 6 позволяет использовать ее для выталкивания изношенной футеровки тигля 1.
Цилиндрическая обечайка 3 своей внутренней поверхностью служит опорой для тигля 1, в том числе с шихтой или расплавом, и одновременно ее наружная поверхность является внутренней стенкой кольцевой полости 9. Ее целесообразно изготовлять по возможности тонкостенной из достаточно прочного материла. Для повышения конструкционной прочности и обеспечения возможности равномерного размещения теплоизолирующего материала 12 по внутренней поверхности обечайки 3 она может быть выполнена с ребрами на этой поверхности. Ребра одновременно образуют углубления для размещения теплоизолирующего материала 12 с теплопроводностью менее 0,06-0.08 Вт/(м К) в сухом состоянии, то есть меньше, чем у футеровки тигля, например, минеральной ваты, базальтового волокна. Без углублений трудно удержать равномерным по толщине слой теплоизолирующего материала 12 во время изготовления футеровки тигля 1. Материал обечайки 3 должен быть неферромагнитным и неэлектропроводным или иметь высокое электрическое сопротивление, чтобы не шунтировать магнитный поток и не сильно нагреваться вихревыми индукционными токами, например, аустенитные сталь и чугун, углепластики, высокотемпературные пластмассы. Применение обечайки 3 позволяет увеличить прочность тигля 1 с одновременным уменьшением толщины стенки и освобождает индуктор 4 от механического воздействия на него тигля 1, особенно при наклоне печи для слива расплава, и он может быть изготовлен менее прочным.
Магнитопровод 5, выполненный в виде кольцевого кожуха, имеет высоту близкую к высоте индуктора 4. Магнитопровод 5 может быть изготовлен наиболее просто из рулона электротехнической стали необходимой высоты путем намотки определенного количества слоев для получения требуемой его толщины. При этом магнитопровод 5 может быть получен из одного элемента, который охватывает многократно индуктор 4 по окружности полностью и не имеет стыков. Магнитопровод 5 может быть набран также и из большего количества элементов, например лент, листов, пластин, каждый из которых охватывает индуктор 4 по окружности полностью или только частично, но не на всю суммарную длину совокупности слоев. Однако при этом образуются стыки между элементами. Наиболее целесообразно вертикальное направление стыков и разное их расположение в слоях. Поверхности элементов покрываются тонким слоем электроизоляционного лака.
При прочих равных условиях толщина полого цилиндрического магнитопровода 5 становится меньше, чем толщина наборных I-образных магнитопроводов в устройстве, выбранном в качестве прототипа. Так, в печи ИЧТ-31, имеющей 24 I-образных магнитопровода толщиной 130 мм, их замена одним цилиндрическим магнитопроводом 5 уменьшит толщину магнитопровода до 72 мм без изменения массы. Выполнение высоты магнитопровода 5 близкой к высоте индуктора 4 позволяет снизить и его массу по сравнению с прототипом. Магнитопровод 5 располагается по возможности ближе к индуктору 4 в зону действия поля рассеяния с наибольшей индукцией. В магнитопроводе 5 могут быть выполнены отверстия для подачи хладагента снизу в полость 9 и удаления из нее хладагента вверху. Такие отверстия могут быть выполнены и в плитах 6 и 7.
Выполнение магнитопровода 5 кольцевой формы вместо нескольких стержневых I-образных магнитопроводов, набранных слоями из элементов, например пластин, ленты, листов трансформаторной стали, охватывающих полностью или частично индуктор, позволяет:
- предотвратить или значительно уменьшить распространение поля рассеяния и шума за его пределы в радиальном направлении за счет исключения воздушных промежутков;
- намагнитить его для увеличения магнитной индукции и потока в рабочей полости индуктора и тигля;
- отделить индуктор от непосредственного взаимодействия с окружающим воздухом, содержащим пары воды, которые могут конденсироваться на электроизоляции витков холодного индуктора и вызвать электрический пробой этой изоляции. При этом возможно увеличение температуры индуктора до 98-99°C и снижение расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в трубку индуктора.
Расположение обечайки 3 и магнитопровода 5 между плитами 6 и 7 позволяет образовать замкнутую кольцевую полость 9, в которой размещен индуктор 4 и хладагент для охлаждения индуктора 4, обечайки 3, магнитопровода 5 и плит 6 и 7. Это позволяет исключить верхнюю и нижнюю охлаждающие катушки и упростить конструкцию печи.
Предложенная индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом работает следующим образом.
Из-за больших выделений Джоулева тепла в материале индуктора 4 при прохождении тока с плотностью более 5 А/мм2 его необходимо принудительно охлаждать каким-либо хладагентом. В предложенной печи это возможно осуществить одним из нескольких путей:
- подавать хладагент в виде кондиционной воды в трубчатый индуктор 4 аналогично подаче хладагента в устройстве, выбранном в качестве прототипа. При этом возможно даже увеличение ее расхода для снижения температуры отходящей воды ниже 20…25°C, не опасаясь конденсирования воды на трубке индуктора 4 из окружающего воздуха, так как он находится в обогреваемой замкнутой кольцевой полости 9, не имеющей сообщения с атмосферой. Однако это повышает расходы на кондиционную воду;
- подавать хладагент, например кондиционную воду, в трубчатый индуктор 4 аналогично вышеприведенному пути с меньшим расходом для повышения температуры отходящей воды до 98-99°C, а в замкнутую полость 9 подавать снизу другой вид хладагента, например сжатый воздух или некондиционную и более дешевую холодную водопроводную или техническую «умягченную» оборотную воду с более низким давлением. При прохождении хладагента в полости 9 снизу вверх также охлаждается обечайка 3 и, как следствие, теплоизолирующий материал 12, футеровка тигля 1, а также магнитопровод 5 и плиты 6 и 7. Индуктор же 4 охлаждается как изнутри, так и снаружи, что снижает расходы на кондиционную воду;
- подавать дешевый хладагент, например сжатый воздух или холодную водопроводную или техническую воду, только в полость 9 для охлаждения индуктора 4 только снаружи, что исключает расходы на кондиционную воду. При этом также охлаждается обечайка 3 и, как следствие, теплоизолирующий слой 12, футеровка тигля 1, а также магнитопровод 5 и плиты 6 и 7.
После включения охлаждения индуктора 4 и загрузки в тигель 1 электропроводной шихты на токоподводы трубчатого индуктора 4 подается переменное электрическое напряжение, которое создает в его витках электрический ток. Под его действием в полости индуктора 4 и тигля 1 появляется рабочее электромагнитное поле, а за его пределами - поле рассеяния, которое локализуется вертикальным кольцевым магнитопроводом 5. Он намагничивается и усиливает рабочее поле в полости индуктора 4 и тигле 1. При этом происходит поворот на 90° вектора индукции, что значительно уменьшает распространение поля рассеяния за пределы индуктора 4 в радиальном направлении, так как магнитный поток замыкается через магнитопровод 5. Это позволяет приблизить электропроводные стяжки 8 к магнитопроводу 5, не опасаясь их чрезмерного нагрева. Существенно уменьшается и нагрев верхней 7 и нижней 6 плит в случае изготовления их из электропроводного материала. Заметно уменьшаются размеры в плане и вредное воздействие поля рассеяния на рабочих.
Усиленное электромагнитное поле индуцирует в кусках шихты вихревые токи, которые нагревают их до расплавления. После расплавления шихты и проведения необходимых металлургических операций печь наклоняется для слива расплава из тигля и давление расплава и тигля передается не на индуктор 4, а на обечайку 3. Поэтому требования к высокой прочности индуктора могут быть снижены, что удешевляет его.
Тепло от расплава может передаваться через стенку тигля 1 и слой теплоизолятора 10 в углублениях обечайки 3 к самой обечайке, а затем от нее через воздух или жидкость к виткам индуктора 4, находящегося в замкнутой кольцевой полости 9. Наличие слоя более эффективного теплоизолирующего материала 12 уменьшает теплопередачу. Предлагаемая подача хладагента в полость 9 обеспечивает более эффективный отвод от печи тепла расплава, индуктора 4 и магнитопровода 5, который нагревается при перемагничивании. Это уменьшает воздействие теплового излучения на работающих.
При прохождении переменного тока частотой f по жестким виткам индуктора 4 они начинают вибрировать с удвоенной частотой 2f, издавая при этом сильный шум. Наличие кольцевого магнитопровода 5, окружающего индуктор 4, уменьшает распространение шума, издаваемого индуктором 4, за пределы печи. Расположение же индуктора 4 в полости 9 с водой также уменьшает распространение шума. При этом уменьшается передача вибрации индуктора 4 на тигель 1 и возникновение трещин в нем.
По сравнению с прототипом предложенное решение позволяет расширить сферу применения индукционных плавки и тигельной печи путем использования нижеперечисленных преимуществ:
- снижения энергоемкости плавки за счет более полного улавливания магнитопроводом, выполненным в виде кольцевого кожуха, магнитного потока рассеяния, увеличения магнитной индукции в рабочей полости индуктора и размещения высокоэффективного теплоизолирующего материала с теплопроводностью меньше, чем у футеровки в углублениях обечайки, и, следовательно, снижения потерь тепла через стенку футеровки тигля;
- уменьшения занимаемой площади и повышения защищенности работающих путем более эффективного улавливания потока рассеяния;
- уменьшения эксплуатационных расходов снижением или устранением расхода кондиционной воды за счет подачи дешевого хладагента в кольцевую полость;
- повышения защищенности индуктора печи и работающих и надежности работы печи установкой цилиндрической обечайки, препятствующей протечкам расплава;
- повышения защищенности работающих от воздействия шума размещением индуктора в кольцевой полости;
- дополнительного повышения надежности работы печи размещением индуктора в кольцевой полости для уменьшения вредного воздействия вибрации на тигель.
Claims (4)
1. Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом, содержащая соединенные вместе футерованный тигель, подину, охлаждаемый индуктор с электроизолированными витками и токоподводом, охватывающий его наружный вертикальный наборный магнитопровод и каркас с верхней и нижней плитами, скрепленными стяжками, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндрической обечайкой, размещенной между тиглем и индуктором, а упомянутый магнитопровод выполнен в виде кольцевого кожуха, при этом обечайка и магнитопровод расположены между плитами с образованием замкнутой герметичной кольцевой полости для размещения индуктора и хладагента с возможностью его подвода и отвода.
2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что элементы наборного магнитопровода выполнены с возможностью полного или частичного охвата индуктора.
3. Печь по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что обечайка выполнена с ребрами на ее внутренней поверхности, образующими углубления для размещения теплоизолирующего материала, теплопроводность которого меньше теплопроводности футеровки.
4. Печь по пп. 1-3, отличающаяся тем, что обечайка выполнена из материала с высоким электрическим сопротивлением.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148352A RU2666395C2 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148352A RU2666395C2 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016148352A3 RU2016148352A3 (ru) | 2018-06-08 |
| RU2016148352A RU2016148352A (ru) | 2018-06-08 |
| RU2666395C2 true RU2666395C2 (ru) | 2018-09-07 |
Family
ID=62557399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148352A RU2666395C2 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666395C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710176C1 (ru) * | 2019-03-05 | 2019-12-24 | Акционерное Общество "НПК "Химпроминжиниринг" | Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны |
| RU211366U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-06-01 | Аркадий Ильич Маляров | Индукционная тигельная печь для плавки металлов и сплавов |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU709940A1 (ru) * | 1978-05-10 | 1980-01-15 | Предприятие П/Я В-2780 | Индукционна плавильна печь |
| SU1109569A1 (ru) * | 1983-07-12 | 1984-08-23 | Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья | Многосекционный магнитопровод индукционной тигельной печи |
| JP2004108666A (ja) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | るつぼ形誘導炉 |
| RU2390700C2 (ru) * | 2008-04-16 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Турбоиндукционная тигельная печь |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148352A patent/RU2666395C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU709940A1 (ru) * | 1978-05-10 | 1980-01-15 | Предприятие П/Я В-2780 | Индукционна плавильна печь |
| SU1109569A1 (ru) * | 1983-07-12 | 1984-08-23 | Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья | Многосекционный магнитопровод индукционной тигельной печи |
| JP2004108666A (ja) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | るつぼ形誘導炉 |
| RU2390700C2 (ru) * | 2008-04-16 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Турбоиндукционная тигельная печь |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Современные плавильные агрегаты: вагранки, газокислородные печи, элктродуговые и индукционные печи и устройства для внепечной обработки и разливки металла. Сборник. Инженерно-технологический центр машиностроения "Металлург", 2-я ред. М., Металлург-колсантинг, 2011, с.182, 217, 220. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710176C1 (ru) * | 2019-03-05 | 2019-12-24 | Акционерное Общество "НПК "Химпроминжиниринг" | Печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов с индукционным способом нагрева рабочей зоны |
| RU2783923C1 (ru) * | 2021-12-21 | 2022-11-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Индукционная печь проходного типа для высокотемпературной обработки углеволокнистых материалов |
| RU211366U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-06-01 | Аркадий Ильич Маляров | Индукционная тигельная печь для плавки металлов и сплавов |
| RU2826919C1 (ru) * | 2023-12-04 | 2024-09-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Индукционная тигельная электропечь с замкнутым магнитопроводом |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016148352A3 (ru) | 2018-06-08 |
| RU2016148352A (ru) | 2018-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100811953B1 (ko) | 고효율 유도 용융 시스템 및 방법 | |
| RU2664073C2 (ru) | Индукционная печь и способ обработки складируемых металлических отходов | |
| RU2666395C2 (ru) | Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом | |
| US2286481A (en) | Induction furnace | |
| CN201688691U (zh) | 感应器无水冷的中频炉 | |
| RU177465U1 (ru) | Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом | |
| RU2669030C2 (ru) | Индукционная индукторная тигельная печь с проволочным индуктором | |
| US3412195A (en) | Intermediate furnace barrier | |
| RU177475U1 (ru) | Индукционная индукторная тигельная печь с проволочным индуктором | |
| RU2011106576A (ru) | Способ и канал для расплава для прерывания и возобновления потока расплавленного железа и других металлов в выпускных каналах доменных печей и сточных каналах плавильных печей | |
| JP2004237278A (ja) | 廃棄物溶融炉 | |
| US2997512A (en) | Coreless electric induction furnace | |
| CN109128122A (zh) | 一种通道式感应加热钢包装置及加热方法 | |
| US4123045A (en) | Crucible for induction heating apparatus | |
| CN212645341U (zh) | 一种用于锌锭生产线上的熔沟式有芯感应锌片熔铸炉 | |
| RU2826919C1 (ru) | Индукционная тигельная электропечь с замкнутым магнитопроводом | |
| CN202885526U (zh) | 一种中频无芯感应排放阀 | |
| US1920380A (en) | Electric induction furnace | |
| RU2539490C2 (ru) | Электромагнитная индукционная тигельная плавильная печь с u-образным магнитопроводом и горизонтальным магнитным потоком | |
| US4276082A (en) | Process for the heating and/or melting of metals and an induction furnace to carry out the process | |
| SU1328653A1 (ru) | Индукционна плавильна печь | |
| Levshin | Improving Induction Crucible Furnaces | |
| CN202818666U (zh) | 具有不需要冷却的感应线圈 | |
| CN207619493U (zh) | 一种制铜过程中的贫化电炉 | |
| JP2004239595A (ja) | 焼却灰溶融処理炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181209 |