RU2666395C2 - Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core - Google Patents
Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core 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
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
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.The invention relates primarily to metallurgy and foundry, in particular to designs of induction induction crucible furnaces having an external typesetting magnetic circuit made of electrical steel and used for smelting various alloys, bringing the melt to the required properties and holding it for portion casting.
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).A known induction induction crucible furnace comprising a metal frame fastened together, a steel, cast-iron or lined refractory crucible, a single-layer water-cooled electrically insulated tubular inductor with a current supply, a non-ferromagnetic continuous ring conductive screen. The lined crucible rests on the inner surface of the inductor and creates pressure with it along with the melt, especially when the melt is drained. The turns of the inductor, covering a cylindrical crucible with a bath, are located as close to the crucible as possible, mainly in the horizontal plane, coaxially with the vertical axis of the crucible and are a support for it. The turns are made hollow from a special copper tube, inside which under pressure up to 0.2-0.7 MPa, cooling air flows at a speed of 1-1.5 m / s: distilled or with a content of mechanical impurities up to 80 g / m 3 , hardness up to 7 g-equiv / m 3 , a temperature of 35-40 ° C and a pH of pH = 7. An insulating layer is applied over the tube. (Farbman S.A. Induction furnaces for melting metals and alloys / S.A. Farbman, I.F. Kolobnev. - M.: Metallurgy, 1968. - S. 331, 335).
Основным недостатком индукционной индукторной тигельной печи является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:The main disadvantage of the induction induction crucible furnace is the limited scope of use, due to the following reasons:
- 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;- increased energy consumption for creating a working magnetic flux, since, despite the requirement of placing the crucible walls as close as possible to the turns of the inductor, a significant part of the working magnetic flux with the highest induction value is not used, because it passes through the thick non-conductive walls of the lined crucible, and not along charge or melt. In addition to the working magnetic flux, the inductor also creates a scattering magnetic flux of the same magnitude, which is not involved in heating the charge and melt. All this reduces the useful use of magnetic flux to almost 40%, and the natural power factor cos ϕ - up to 0.03-0.10 and increases energy consumption;
- дополнительно повышенным расходом энергии, значительными габаритами и высокой стоимостью применяемого устройства для слива расплава из-за необходимости поворота всей тяжелой и громоздкой печи;- additionally increased energy consumption, significant dimensions and high cost of the used device for draining the melt due to the need to turn the entire heavy and bulky furnace;
- повышенными эксплуатационными расходами на обеспечение безаварийной работы печи из-за вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле;- increased operating costs for ensuring trouble-free operation of the furnace due to leakage of the melt to the inductor during the formation of cracks in the crucible;
- повышенными эксплуатационными расходами по кондиционированию воды и созданию повышенного давления вследствие охлаждения полых витков индуктора кондиционной водой;- increased operating costs for water conditioning and the creation of high pressure due to cooling of the hollow turns of the inductor with conditioned water;
- 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;- increased consumption of conditioned water for cooling the inductor and the collar zone of the lined crucible due to its increased speed and pressure in the inductor tube to ensure its temperature is not higher than 35-40 ° C;
- повышенными расходами на изготовление индуктора из специальной медной трубки для обеспечения его необходимой прочности и его эксплуатации;- increased costs for the manufacture of the inductor from a special copper tube to ensure its necessary strength and its operation;
- 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;- increased dimensions and mass of the furnace and increased occupied production area, since the scattering flux causes heating of the nearby conductive parts of the frame, so these parts and the conductive screen are removed from the inductor;
- 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;- reduced security and reliability of the crucible and furnace inductor due to the close placement of the turns of the inductor around the crucible and the tendency of the lining of the crucible to burn and crack due to vibration of the inductor and the mass of the melt and possible damage to the inductor by the melt penetrating through the cracks to the inductor;
- 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;- the harmful effect of the scattering magnetic flux on the health of workers, since it is very difficult to ensure the magnitude of the induction of an alternating magnetic field below the maximum permissible level (MPD), especially in an open crucible;
- повышенной вибрацией трубчатых медных жестких витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.- increased vibration of the tubular copper hard coils of the inductor and, as a result, noise, adversely affecting the entire structure of the furnace and working.
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).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is an induction induction crucible furnace with I-shaped external stacked magnetic circuits, containing the frame fastened together with the upper and lower plates in the form of rings, a lined refractory crucible, a single-layer water-cooled electrically insulated tube inductor with a current lead, the upper and lower cooling coils, a ferromagnetic discrete screen of several, up to 24, vertical rod-shaped lamellar I-shaped magnetic circuits. The lined crucible rests on the inner surface of the inductor and creates pressure with it along with the melt, especially when the melt is drained. Water-cooled coils of the inductor cover the crucible and are located as close as possible to the crucible, mainly horizontally and coaxially with the vertical axis of the crucible, and are a support for it. The turns are made hollow from a special copper tube, inside which under pressure up to 0.2-0.7 MPa, cooling air flows at a speed of 1-1.5 m / s: distilled or with a content of mechanical impurities up to 80 g / m 3 , hardness up to 7 g-equiv / m 3 , a temperature of 35-40 ° C and a pH of pH = 7. An insulating layer is applied over the tube. Vertical rod-type stacked I-shaped magnetic cores made of electrical steel are located on the outside of the inductor with a given circumference and gaps between them, their poles are horizontal, placed on the lower and upper ends of the magnetic circuit and turned in opposite directions. This partially reduces the scattering flux, but increases the mass and dimensions of the furnace (Modern melting units: cupolas, gas-oxygen furnaces, electric arc and induction furnaces, and devices for out-of-furnace metal processing and casting: collection / Engineer.-Technological Center for Machine Building Metallurg. - 2nd edition with additional and clarifications. - M.: Metallurg Consulting, - S. 182, 217, 220).
Основным недостатком индукционной индукторной тигельной печи с I-образными наборными магнитопроводами является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:The main disadvantage of the induction induction crucible furnace with I-shaped stacked magnetic circuits is the limited scope of use, due to the following reasons:
- 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%,- increased energy consumption, since, despite the requirement of placing the crucible walls as close as possible to the turns of the inductor, a significant part of the working magnetic flux with the highest induction value is not used, because it passes through the thick non-conductive walls of the crucible, and not along the charge or melt. In addition to the working magnetic flux, the inductor also creates a scattering magnetic flux of the same magnitude, which is not involved in heating the charge and melt. All this reduces the useful use of magnetic flux to almost 40%,
- дополнительно повышенным расходом энергии, значительными габаритами и высокой стоимостью устройства для слива расплава из-за необходимости поворота всей тяжелой и громоздкой печи;- additionally increased energy consumption, significant dimensions and high cost of the device for draining the melt due to the need to turn the entire heavy and bulky furnace;
- повышенными эксплуатационными расходами на обеспечение безаварийной работы печи из-за вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле;- increased operating costs for ensuring trouble-free operation of the furnace due to leakage of the melt to the inductor during the formation of cracks in the crucible;
- повышенными эксплуатационными расходами по кондиционированию воды и созданию повышенного давления вследствие охлаждения полых витков индуктора и охлаждающих катушек кондиционной водой;- increased operating costs for water conditioning and the creation of increased pressure due to cooling of the hollow turns of the inductor and cooling coils with conditioned water;
- 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;- increased consumption of conditioned water for cooling the inductor and the collar and bottom zones of the lined crucible due to its increased speed and pressure in the inductor tube to ensure its temperature is not higher than 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;- increased dimensions and mass of the furnace and increased occupied production area, since the magnetic flux of scattering causes heating of the nearby electrically conductive parts of the frame, therefore these parts are removed from the inductor, and vertical magnetic circuits are installed around the inductor, which, however, do not capture the entire flux;
- 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);- the harmful effect of the scattering magnetic flux on the health of workers, since the vertical magnetic circuits only partially capture the flux and therefore do not provide the magnitude of the induction of an alternating magnetic field below the maximum permissible level (MPD);
- 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;- reduced security and reliability of the furnace due to the close placement of the turns of the inductor around the crucible and the tendency of the lining of the crucible to burn and crack due to vibration of the inductor and the mass of the melt and possible damage to the inductor by the melt penetrating through the cracks to the inductor;
- повышенной вибрацией трубчатых медных витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.- increased vibration of the tubular copper coils of the inductor and, as a result, noise, harmful effect on the entire design of the furnace and working.
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.The invention is based on the technical problem of ensuring the expansion of the scope of use of induction melting and crucible furnaces by reducing the energy consumption of the melting, reducing operating costs and occupied space, increasing the security of the inductor and workers and the reliability of the furnace.
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.The solution to this technical problem is achieved by the fact that the induction induction crucible furnace, containing the frame fastened together with the upper and lower plates, a lined crucible, a cooled inductor with electrically insulated coils and current lead, an external stacked magnetic circuit, according to the invention is additionally equipped with a cylindrical shell located between the crucible and the inductor , the magnetic circuit is made in the form of an annular casing, and the shell and the magnetic circuit are located between the plates with the formation of a closed annular cavities for placement of inductor and refrigerant.
Кроме того, элементы наборного кольцевого магнитопровода выполнены с возможностью полного или частичного охвата индуктора.In addition, the elements of the stacked ring magnetic core are made with the possibility of full or partial coverage of the inductor.
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.To increase the structural strength and reduce the energy consumption of the melting by reducing heat loss through the wall of the crucible lining, the shell can be made with ribs on its inner surface, forming recesses to accommodate a heat-insulating material with thermal conductivity less than that of the lining.
Обечайка может быть выполнена из материала с высоким электрическим сопротивлением.The shell may be made of a material with high electrical resistance.
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.The decrease in the energy intensity of the melting is explained by a more complete capture of the scattering magnetic flux by the annular magnetic circuit, which magnetizes the magnetic circuit, thereby increasing the value of magnetic induction in the working cavity of the inductor.
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.The decrease in operating costs is explained by the reduction or elimination of the flow of conditioned water for cooling the inductor and the collar zone of the lined crucible by reducing its speed and pressure in the inductor tube while increasing its temperature to 99 ° C by supplying refrigerant to the annular cavity.
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.The reduction in the occupied area and the increased security of workers are due to the use of a continuous continuous magnetic circuit instead of a discrete one from individual magnetic circuits, which more effectively captures the scattering flux, which makes it possible to bring the conductive elements of the furnace frame closer to the inductor.
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.Improving the protection of the inductor and workers and the reliability of the furnace is ensured by the installation of a cylindrical shell, which prevents the melt from penetrating through cracks in the crucible to the inductor and, as a consequence, an emergency. This also reduces operating costs for ensuring trouble-free operation of the furnace.
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.The increased protection of workers from exposure to noise is also explained by the placement of an inductor in the annular cavity between the cylindrical shell and the solid annular magnetic circuit, which reduce the propagation of noise, especially when filling the cavity with water.
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.The increased reliability of the furnace is also due to the placement of the inductor in the annular cavity between the cylindrical shell and the solid annular magnetic circuit, which reduce the effect of vibration on the crucible and the formation of cracks in it, especially when filling the cavity with water.
Изобретение поясняется чертежом, где схематично показана индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом, в разрезе.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows an induction induction crucible furnace with an annular stacked magnetic circuit, in section.
Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено горизонтальными линиями со стрелками направление движения хладагента внутри индукционной индукторной тигельной печи.In addition, in the drawing, the direction of movement of the refrigerant inside the induction induction crucible furnace is additionally indicated by horizontal lines with arrows.
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.The proposed induction induction crucible furnace contains a
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.A
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.The
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.The
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.Ceteris paribus, the thickness of the hollow cylindrical
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:The implementation of the
- предотвратить или значительно уменьшить распространение поля рассеяния и шума за его пределы в радиальном направлении за счет исключения воздушных промежутков;- prevent or significantly reduce the spread of the scattering field and noise beyond its limits in the radial direction by eliminating air gaps;
- намагнитить его для увеличения магнитной индукции и потока в рабочей полости индуктора и тигля;- magnetize it to increase magnetic induction and flux in the working cavity of the inductor and crucible;
- 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.- to separate the inductor from direct interaction with the ambient air containing water vapor, which can condense on the electrical insulation of the turns of the cold inductor and cause an electrical breakdown of this insulation. In this case, it is possible to increase the temperature of the inductor to 98-99 ° C and reduce the flow rate of the coolant supplied to the inductor tube.
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.The location of the
Предложенная индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом работает следующим образом.The proposed induction induction crucible furnace with an annular type-setting magnetic circuit works as follows.
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:Due to the large Joule heat emissions in the material of the
- 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;- to supply refrigerant in the form of conditioned water to the
- 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;- to supply refrigerant, for example, conditioned water, to the
- 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.- supply cheap refrigerant, such as compressed air or cold tap or industrial water, only into the
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.After turning on the cooling of the
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.The amplified electromagnetic field induces eddy currents in the pieces of the mixture, which heat them until they melt. After the charge is melted and the necessary metallurgical operations are performed, the furnace is tilted to drain the melt from the crucible and the pressure of the melt and the crucible is transferred not to the
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.Heat from the melt can be transferred through the wall of the
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.With the passage of alternating current with frequency f through the hard turns of
По сравнению с прототипом предложенное решение позволяет расширить сферу применения индукционных плавки и тигельной печи путем использования нижеперечисленных преимуществ:Compared with the prototype, the proposed solution allows you to expand the scope of induction melting and crucible furnaces by using the following advantages:
- 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;- reducing the energy consumption of the melting due to more complete capture of the magnetic circuit, made in the form of an annular casing, magnetic flux, the increase in magnetic induction in the working cavity of the inductor and the placement of highly efficient heat-insulating material with thermal conductivity less than that of the lining in the recesses of the shell, and, therefore, reduce losses heat through the wall of the lining of the crucible;
- уменьшения занимаемой площади и повышения защищенности работающих путем более эффективного улавливания потока рассеяния;- reducing the occupied area and increasing the security of workers by more efficiently capturing the scattering flux;
- уменьшения эксплуатационных расходов снижением или устранением расхода кондиционной воды за счет подачи дешевого хладагента в кольцевую полость;- reducing operating costs by reducing or eliminating the consumption of conditioned water by supplying cheap refrigerant to the annular cavity;
- повышения защищенности индуктора печи и работающих и надежности работы печи установкой цилиндрической обечайки, препятствующей протечкам расплава;- increase the security of the furnace inductor and workers and the reliability of the furnace by installing a cylindrical shell that prevents melt leaks;
- повышения защищенности работающих от воздействия шума размещением индуктора в кольцевой полости;- increase the protection of workers from exposure to noise by placing an inductor in an annular cavity;
- дополнительного повышения надежности работы печи размещением индуктора в кольцевой полости для уменьшения вредного воздействия вибрации на тигель.- further increase the reliability of the furnace by placing the inductor in the annular cavity to reduce the harmful effects of vibration on the crucible.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148352A RU2666395C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148352A RU2666395C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016148352A3 RU2016148352A3 (en) | 2018-06-08 |
| RU2016148352A RU2016148352A (en) | 2018-06-08 |
| RU2666395C2 true RU2666395C2 (en) | 2018-09-07 |
Family
ID=62557399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148352A RU2666395C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666395C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710176C1 (en) * | 2019-03-05 | 2019-12-24 | Акционерное Общество "НПК "Химпроминжиниринг" | Pass-through furnace for high-temperature treatment of carbon-fiber materials with induction heating of working zone |
| RU211366U1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-06-01 | Аркадий Ильич Маляров | Induction crucible furnace for melting metals and alloys |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU709940A1 (en) * | 1978-05-10 | 1980-01-15 | Предприятие П/Я В-2780 | Induction melting furnace |
| SU1109569A1 (en) * | 1983-07-12 | 1984-08-23 | Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья | Multisection magnetic circuit for coreless induction furnace |
| JP2004108666A (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Crucible-shaped induction furnace |
| RU2390700C2 (en) * | 2008-04-16 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Turbo-inductive crucible furnace |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148352A patent/RU2666395C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU709940A1 (en) * | 1978-05-10 | 1980-01-15 | Предприятие П/Я В-2780 | Induction melting furnace |
| SU1109569A1 (en) * | 1983-07-12 | 1984-08-23 | Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья | Multisection magnetic circuit for coreless induction furnace |
| JP2004108666A (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Crucible-shaped induction furnace |
| RU2390700C2 (en) * | 2008-04-16 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Turbo-inductive crucible furnace |
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 (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710176C1 (en) * | 2019-03-05 | 2019-12-24 | Акционерное Общество "НПК "Химпроминжиниринг" | Pass-through furnace for high-temperature treatment of carbon-fiber materials with induction heating of working zone |
| RU2783923C1 (en) * | 2021-12-21 | 2022-11-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Pass-through induction furnace for high-temperature processing of carbon fibre materials |
| RU211366U1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-06-01 | Аркадий Ильич Маляров | Induction crucible furnace for melting metals and alloys |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016148352A3 (en) | 2018-06-08 |
| RU2016148352A (en) | 2018-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100811953B1 (en) | High efficiency induction melting system and method | |
| JP6403693B2 (en) | Induction furnace and method for treating stored metal waste | |
| RU2666395C2 (en) | Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core | |
| CN201688691U (en) | Water cooling-free intermediate frequency furnace of inductor | |
| US2286481A (en) | Induction furnace | |
| RU177465U1 (en) | Induction induction crucible furnace with ring stacked magnetic core | |
| RU2669030C2 (en) | Induction crucible furnace with a wire inductor | |
| EP0232846B1 (en) | Induction furnace or other inductively heated container | |
| US3412195A (en) | Intermediate furnace barrier | |
| RU177475U1 (en) | Induction crucible furnace with wire inductor | |
| RU2011106576A (en) | METHOD AND CHANNEL FOR MELT FOR INTERRUPTING AND RENEWING THE FLOW OF MELTED IRON AND OTHER METALS IN THE EXHAUST CHANNELS OF DOMAIN FURNACES AND WASTE CHANNELS OF Smelting furnaces | |
| US2997512A (en) | Coreless electric induction furnace | |
| JPS6054828B2 (en) | Ladle heating device | |
| JP2004237278A (en) | Waste melting furnace | |
| CN111947457A (en) | A channel formula has core induction zinc sheet founding stove for on zinc ingot production line | |
| CN207619493U (en) | A kind of slag cleaning furnace during copper processed | |
| CN202885526U (en) | Medium frequency coreless induction drain valve. | |
| CN208059590U (en) | It is a kind of can continuous operations induction furnace apparatus | |
| US1920380A (en) | Electric induction furnace | |
| CN109128122A (en) | A kind of channel-type induction heating ladle device and heating means | |
| Levshin | Improving Induction Crucible Furnaces | |
| CN212102930U (en) | Induction heating device for annealing large-diameter stainless steel pipe | |
| RU2536311C2 (en) | Electromagnetic crucible melting furnace with c-shaped magnetic conductor and horizontal magnetic flux | |
| US1431686A (en) | Induction furnace | |
| RU2196279C1 (en) | Gas heating device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181209 |