RU2669030C2 - Induction crucible furnace with a wire inductor - Google Patents
Induction crucible furnace with a wire inductor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669030C2 RU2669030C2 RU2016148354A RU2016148354A RU2669030C2 RU 2669030 C2 RU2669030 C2 RU 2669030C2 RU 2016148354 A RU2016148354 A RU 2016148354A RU 2016148354 A RU2016148354 A RU 2016148354A RU 2669030 C2 RU2669030 C2 RU 2669030C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- magnetic circuit
- crucible
- induction
- furnace
- Prior art date
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 115
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 16
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 claims 1
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 34
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 20
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 29
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 11
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 10
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 4
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 206010063602 Exposure to noise Diseases 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 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
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool 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
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 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)
- General Induction Heating (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к металлургии и литейному производству, в частности к конструкциям индукционных индукторных тигельных печей, имеющих по меньшей мере один наборный наружный 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 at least one type-setting external magnetic circuit from electrical steel and used for smelting various alloys, bringing the melt to the required properties and holding it for batch casting.
Известна индукционная индукторная тигельная печь, содержащая скрепленные вместе металлический каркас с верхней и нижней плитами, стальной, чугунный или футерованный огнеупорный тигель, однослойный водоохлаждаемый электроизолированный индуктор из медного трубчатого проводника с токоподводом, неферромагнитный 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, определенной 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).Known induction induction crucible furnace comprising a metal frame fastened together with upper and lower plates, a steel, cast iron or lined refractory crucible, a single-layer water-cooled electrically insulated inductor from a copper tubular conductor with a current lead, a non-ferromagnetic solid 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 flows cooling air at a speed of 1-1.5 m / s: distilled or with a content of mechanical impurities up to 80 g / m 3 , defined hardness up to 7 g⋅eq / m 3 , temperature 35-40 ° C and a pH value 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 плавильной печи является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:The main disadvantage of the induction induction crucible melting furnace is the limited scope 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;
- пониженной удельной мощностью, особенно при малых частотах, из-за повышения интенсивности двухконтурного перемешивания и высоты мениска с ее увеличением и опасности газометаллических выбросов;- reduced specific power, especially at low frequencies, due to an increase in the intensity of double-circuit mixing and the height of the meniscus with its increase and the danger of gas-metal emissions;
- пониженным электрическим КПД из-за практической невозможности выполнения индуктора из параллельных транспонированных трубчатых проводников вследствие конструктивной сложности, связанной с необходимостью расположения трубчатых витков более, чем в один слой, и подачи в них охлаждающей воды;- reduced electrical efficiency due to the practical impossibility of making the inductor from parallel transposed tubular conductors due to the structural complexity associated with the need to arrange the tubular turns in more than one layer and supply cooling water to them;
- повышенными эксплуатационными расходами на обеспечение безаварийной работы печи вследствие вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле;- increased operating costs to ensure 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 изнутри кондиционной водой;- increased operating costs for water conditioning and the creation of increased pressure due to cooling of the hollow turns of the inductor from the inside 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 и ручное нанесение электроизоляции для обеспечения его необходимой прочности и надежности, так как дорогая медь находится по завышенному периметру сечения трубки в излишнем количестве;- increased costs for the manufacture of an inductor from a special copper tube and manual application of electrical insulation to ensure its necessary strength and reliability, since expensive copper is in excess of the oversized perimeter of the tube section;
- повышенными габаритами и массой печи и увеличенной занимаемой производственной площадью, так как магнитный 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 magnetic flux of scattering causes heating of the nearby electrically conductive parts of the frame, therefore, these parts and the electrically conductive screen are removed from the inductor;
- пониженной защищенностью и надежностью работы тигля и индуктора печи вследствие размещения витков индуктора непосредственно вокруг тигля из-за 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 placement of the coil of the inductor directly around the crucible due to 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 трудно обеспечить величину индукции переменного магнитного поля ниже предельно допустимого уровня (ПДУ);- the harmful effect of the scattering magnetic flux on the health of workers, since it is difficult to ensure the magnitude of the induction of an alternating magnetic field below the maximum permissible level (MPD);
- повышенными вибрацией жестких трубчатых медных витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.- increased vibration of the rigid tubular copper 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, содержащая скрепленные вместе каркас с верхней и нижней плитами с центральным отверстием, футерованный огнеупорный тигель, однослойный водоохлаждаемый электроизолированный индуктор из медного трубчатого проводника с токоподводом, наружный ферромагнитный дискретный экран из нескольких, до 24, вертикальных стержневых пластинчатых наборных I-образных магнитопроводов, верхнюю и нижнюю охлаждающие катушки. 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 со держанием 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, газо-кислородные 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 containing a frame fastened together with an upper and lower plates with a central hole, a lined refractory crucible, a single-layer water-cooled electrically insulated inductor made of a copper tubular conductor with a current supply, an external ferromagnetic discrete screen made of several, up to 24, vertical rod-shaped plate type-setting I-shaped magnetic circuits, upper and lower cooling coils. 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 hollow from a special copper tube, inside which under pressure up to 0.2-0.7 MPa flows cooling air at a speed of 1-1.5 m / s: distilled or with mechanical impurities up to 80 g / m 3 , hardness up to 7 g⋅eq / m 3 , temperature 35-40 ° C and a pH value 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 of 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 магнитопроводами является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:The main disadvantage of the induction induction crucible furnace with I-shaped 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%, а естественный коэффициент мощности cos ϕ - до 0,03-0,10 и повышает расход энергии;- 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%, 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 расходами на изготовление индуктора из специальной медной трубки и ручное нанесение электроизоляции для обеспечения его необходимой прочности и надежности, так как дорогая медь находится по завышенному периметру сечения трубки в излишнем количестве;- increased costs for the manufacture of an inductor from a special copper tube and manual application of electrical insulation to ensure its necessary strength and reliability, since expensive copper is in excess of the oversized perimeter of the tube section;
- пониженным электрическим КПД из-за практической невозможности выполнения индуктора из параллельных транспонированных трубчатых проводников вследствие конструктивной сложности, связанной с необходимостью расположения трубчатых витков более, чем в один слой, и подачи в них охлаждающей воды;- reduced electrical efficiency due to the practical impossibility of making the inductor from parallel transposed tubular conductors due to the structural complexity associated with the need to arrange the tubular turns in more than one layer and supply cooling water to them;
- пониженной удельной мощностью, особенно при малых частотах, из-за повышения интенсивности двухконтурного перемешивания и высоты мениска с ее увеличением и опасности газометаллических выбросов;- reduced specific power, especially at low frequencies, due to an increase in the intensity of double-circuit mixing and the height of the meniscus with its increase and the danger of gas-metal emissions;
- 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 изнутри кондиционной водой;- increased operating costs for water conditioning and the creation of increased pressure due to cooling of the hollow turns of the inductor from the inside 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 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 толстые вертикальные магнитопроводы высотой, превышающей высоту индуктора примерно на четыре толщины футеровки, и 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, so these parts are removed from the inductor, and thick vertical magnetic circuits are installed around the inductor with a height exceeding the height of the inductor by about four lining thicknesses, and which, however, do not capture the entire stream;
- вредным влиянием магнитного потока рассеяния на здоровье работников, так как очень трудно предотвратить его распространение в аксиальном направлении, а 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 it is very difficult to prevent its propagation in the axial direction, and 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 работы тигля и индуктора печи вследствие размещения витков индуктора непосредственно вокруг тигля из-за 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 placement of the coil of the inductor directly around the crucible due to 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 жестких трубчатых медных витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.- increased vibration of the rigid tubular copper coils of the inductor and, as a result, noise, adversely affecting 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, наборный магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра, витки индуктора выполнены из одно- или многопроволочного изолированного проводника, 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 type-setting magnetic circuit is made in the form of a hollow cylinder, the turns of the inductor are made of a single or multi-wire insulated conductor, whereby the shell and the magnetic circuit are located between the plates with the formation of a closed annular cavity to accommodate the inductor and refrigerant.
Элементы наборного цилиндрического магнитопровода могут быть выполнены с возможностью полного или частичного охвата индуктора.Elements of a stacked cylindrical magnetic circuit can be made with the possibility of full or partial coverage of the inductor.
Наружный наборный магнитопровод может быть снабжен дополнительно одним плоским кольцевым магнитопроводом, набранным из элементов в виде плоских разрезных или неразрезных кольцевых пластин и расположенным у его верхнего торца.The external stacked magnetic circuit can be equipped with an additional one flat annular magnetic circuit, recruited from elements in the form of flat split or continuous circular plates and located at its upper end.
Наружный наборный магнитопровод может быть снабжен дополнительно плоским кольцевым магнитопроводом, набранным из элементов в виде плоских разрезных или неразрезных кольцевых пластин и расположенным у его нижнего торца.The external typesetting magnetic circuit can be equipped with an additional flat circular magnetic circuit, recruited from elements in the form of flat split or continuous circular plates and located at its lower end.
Для повышения конструкционной прочности, обеспечения возможности равномерного размещения теплоизолирующего материала по внутренней поверхности обечайки с одновременным уменьшением толщины футеровки тигля, и, следовательно, снижением потерь рабочего магнитного потока, снижения расхода электроэнергии обечайка может быть выполнена с ребрами на ее внутренней поверхности, образующими углубления для размещения теплоизолирующего материала с теплопроводностью менее 0,06-0,08 Вт/(м⋅К).To increase the structural strength, to ensure the possibility of uniform placement of heat-insulating material on the inner surface of the shell with a simultaneous decrease in the thickness of the lining of the crucible, and, consequently, a decrease in the losses of the working magnetic flux, and a decrease in the consumption of electric energy, the shell can be made with ribs on its inner surface forming recesses a heat-insulating material with a thermal conductivity of less than 0.06-0.08 W / (m⋅K).
Обечайка может быть выполнена из материала с высоким электрическим сопротивлением.The shell may be made of a material with high electrical resistance.
Витки индуктора могут быть расположены в двух и более слоях.The turns of the inductor can be located in two or more layers.
Для снижения энергоемкости плавки, увеличения электрического КПД печи, уменьшения габаритов устройства проводники индуктора могут быть выполнены транспонированными.To reduce the energy consumption of the melting, increase the electric efficiency of the furnace, reduce the dimensions of the device, the conductors of the inductor can be transposed.
Снижение энергоемкости плавки объясняется, во-первых, более полным улавливанием кольцевым магнитопроводом магнитного потока рассеяния, который намагничивает магнитопровод, тем самым увеличивая значение магнитной индукции в рабочей полости индуктора; во-вторых, изготовлением витков индуктора из одно- или многопроволочного проводника.The decrease in the energy intensity of the melting is explained, firstly, 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; secondly, the manufacture of turns of an inductor from a single or multi-wire conductor.
Уменьшение эксплуатационных расходов объясняется устранением расхода кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой зоны футерованного тигля и снижения скорости и давления оборотной технической воды с одновременным увеличением ее температуры до 98-99°C за счет подачи хладагента в кольцевую полость.The decrease in operating costs is due to the elimination of the flow of conditioned water for cooling the inductor and the collar zone of the lined crucible and to reduce the speed and pressure of the recycled process water while increasing its temperature to 98-99 ° 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 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 the cost of ensuring trouble-free operation of the furnace.
Повышение защищенности работающих от воздействия шума достигается изготовлением индуктора менее жестким из одно- или многопроволочного проводника и размещением индуктора в кольцевой полости между цилиндрической обечайкой и кольцевым сплошным магнитопроводом, которые уменьшают распространение шума, особенно при заполнении полости водой.Improving the protection of workers from exposure to noise is achieved by making the inductor less rigid from a single or multi-wire conductor and placing the inductor in the annular cavity between the cylindrical shell and the annular solid magnetic circuit, which reduce the propagation of noise, especially when filling the cavity with water.
Повышение надежности работы печи достигается также выполнением индуктора более гибким одно- или многопроволочным и размещением его в кольцевой полости между цилиндрической обечайкой и кольцевым сплошным магнитопроводом, которые уменьшают интенсивность вибрации и воздействие ее на тигель и образование трещин в нем, особенно при заполнении полости водой.Improving the reliability of the furnace is also achieved by making the inductor more flexible single or multi-wire and placing it in the annular cavity between the cylindrical shell and the annular solid magnetic circuit, which reduce the intensity of vibration and its effect on the crucible and the formation of cracks in it, especially when filling the cavity with water.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично показана индукционная индукторная тигельная печь с цилиндрическим кольцевым наборным магнитопроводом и проволочным индуктором, в разрезе; и на фиг. 2 - то же, с дополнительными плоскими кольцевыми наборными магнитопроводами, в разрезе. Кроме того, изобретение поясняется таблицей, в которой приведены значения электрического КПД ηэл индукторной печи в зависимости от количества n параллельных транспонированных проводников в индукторе при различных величинах ηэ реального КПД печи, когда n=1.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 schematically shows an induction induction crucible furnace with a cylindrical ring stacked magnetic circuit and a wire inductor, in section; and in FIG. 2 - the same, with additional flat ring typesetting magnetic circuits, in the context. In addition, the invention is illustrated in the table, which shows the values of electrical efficiency η el inductor furnace depending on the number n of parallel transposed conductors in the inductor for various values of η e real efficiency of the furnace, when n = 1.
Предлагаемая индукционная индукторная тигельная печь с проволочным индуктором 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 цилиндрический 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 with a wire inductor comprises a lined
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 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, т.е. меньше, чем у футеровки тигля 1, например, минеральной ваты, базальтового волокна и др. 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. При этом возможно крепление индуктора 4 к обечайке 3 или к плите 6.The
Наружный вертикальный цилиндрический наборный магнитопровод 5, выполненный в виде полого цилиндра, 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 outer vertical cylindrical stacked
При прочих равных условиях толщина полого цилиндрического магнитопровода 5 становится меньше, чем толщина наборных I-образных магнитопроводов 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 до 72 мм без изменения массы. Выполнение высоты магнитопровода 5 равной высоте индуктора 4 позволяет снизить и его массу по сравнению с прототипом. Магнитопровод 5 располагается по возможности ближе к индуктору 4 в зоне действия поля рассеяния с наибольшей индукцией.Other things being equal, the thickness of the hollow cylindrical
Наружный вертикальный цилиндрический наборный магнитопровод 5 может быть дополнен одним или двумя плоскими кольцевыми магнитопроводами 13, набранными из элементов в виде плоских разрезных или неразрезных кольцевых пластин, изготовленных из листов электротехнической стали и расположенных у его верхнего торца. Наружный вертикальный цилиндрический наборный магнитопровод 5 может быть дополнен одним или двумя плоскими кольцевыми магнитопроводами 13, набранными из элементов в виде плоских разрезных или неразрезных кольцевых пластин, изготовленных из листов электротехнической стали и расположенных у его нижнего торца. При этом наружный диаметр кольца магнитопровода 13 близок к наружному диаметру магнитопровода 5, а внутренний диаметр кольца магнитопровода 13 близок к внутреннему диаметру обечайки 3. Они могут быть вырублены из листа, например, в виде кольца, полукольца, трети или четверти кольца и уложены слоями с перекрытием стыков для образования плоского кольца необходимой высоты магнитопровода 13.The outer vertical cylindrical stacked
Выполнение основного магнитопровода 5 вместо нескольких стержневых I-образных магнитопроводов в прототипе набранным слоями из элементов, например пластин, ленты, листов электротехнической стали, охватывающих полностью или частично индуктор 4, позволяет:The implementation of the main
- предотвратить или значительно уменьшить распространение поля рассеяния за его пределы в радиальном направлении за счет исключения воздушных промежутков;- to prevent or significantly reduce the spread of the scattering field beyond its limits in the radial direction due to the exclusion of 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.
Дополнение магнитопровода 5 двумя плоскими кольцевыми магнитопроводами 13, расположенными у его верхнего и/или нижнего торца, позволяет:The addition of the
- значительно уменьшить распространение поля рассеяния за пределы печи в аксиальном направлении как сверху, так и снизу тигля 1 за счет поворота вектора магнитной индукции на 90° и безусловного изменения направления магнитного потока во всем магнитопроводе 5 с вертикального на горизонтальное;- significantly reduce the spread of the scattering field outside the furnace in the axial direction both from above and below the
- еще более намагнитить весь магнитопровод 5 для увеличения магнитной индукции и потока в рабочей полости 9 индуктора 4 и тигля 1;- even more magnetize the entire
- уменьшить неоднородность магнитного поля в рабочей полости индуктора 4 и величину градиентов его индукции, что может снизить интенсивность двухконтурного перемешивания, высоту мениска и опасность газометаллических выбросов и повысить удельную мощность печи.- to reduce the heterogeneity of the magnetic field in the working cavity of the
Магнитопровод 5 может быть дополнен и только одним плоским кольцевым магнитопроводом 13, расположенным у его верхнего торца, что позволяет значительно уменьшить распространение поля рассеяния за пределы печи в аксиальном направлении сверху тигля 1, где в большей степени находятся плавильщики.The
Магнитопровод 5 может быть дополнен и только одним плоским кольцевым магнитопроводом 13, расположенным у его нижнего торца с таким же эффектом, что и при расположении магнитопровода 13 у верхнего торца.The
Поверхности слоев основного цилиндрического магнитопровода 5 и его дополнительного плоского кольцевого магнитопровода 13 покрываются тонким слоем жидкого электроизоляционного лака, например поливинилформалевого, полиамимидимидного, эпоксидного, кремнийорганического с высокой рабочей температурой 120-600°C, а сами слои плотно прижимаются друг к другу известным способом. Изоляция уменьшает нагрев вихревыми токами, а сжатие - еще и шум, издаваемый магнитопроводом 5 при его перемагничивании. При склеивании сжатых слоев шум становится гораздо ниже допустимых 80 дБ.The surface of the layers of the main cylindrical
Расположение обечайки 3 и магнитопровода 5 между плитами 6 и 7 позволяет образовать замкнутую кольцевую полость 9, в которой размещен индуктор 4 и при необходимости дополнительный плоский магнитопровод 13 и хладагент для охлаждения индуктора 4, обечайки 3, магнитопроводов 5 и 13 и плит 6 и 7.The location of the
Витки индуктора 4 могут быть выполнены из медного, латунного или алюминиевого одно- или многопроволочного изолированного проводника вместо медного трубчатого проводника в устройстве, выбранном в качестве прототипа. Это предполагает охлаждение индуктора 4 жидким или газообразным хладагентом с внешней его поверхности, а не с внутренней поверхности, как представлено в устройстве, выбранном в качестве прототипа. Поэтому для исключения электрического пробоя изоляции при охлаждении электропроводящей жидкостью, например технической водой, и повышения надежности электроснабжения желательно использовать проводники с двойной изоляцией, например, выпускаемые промышленностью. При этом первый слой может быть выполнен из поливинилформалевого, полиамимидимидного, эпоксидного, кремнийорганического лака или клея, а второй - из теплостойких и гибких резины или пластмасс.The turns of the
Выполнение витков индуктора 4 из однопроволочного гибкого изолированного проводника позволяет более эффективно охлаждать все его сечение. Однако его толщина δ должна быть примерно равна двойной глубине Δ0,01 проникновения переменного магнитного поля в этот проводник, а именно δ≈2Δ0,01. Глубину проникновения Δ0,01 в материал с удельным электрическим сопротивлением ρ и абсолютной магнитной проницаемостью μ0μi, на которой волна поля частотой f практически полностью затухает и в ней остается 1% энергии, можно оценить по формуле:The execution of the turns of the
При промышленной частоте f=50 Гц средняя глубина проникновения Δ0,01 для меди - ≈1 см, латуни - 1,77 см, алюминия - 1,2 см, стали - 0,295 см.At an industrial frequency of f = 50 Hz, the average penetration depth Δ 0.01 for copper is ≈1 cm, brass is 1.77 cm, aluminum is 1.2 cm, steel is 0.295 cm.
Поэтому целесообразен плоский проводник, позволяющий использовать ток большой величины. Если сечение витков и их количество окажется недостаточным для обеспечения необходимой магнитодвижущей силы витки индуктора располагаются в 2-3 и более слоев. Между витками и слоями должны быть зазоры для прохождения хладагента. Слои могут быть выполнены из одного длинного проводника или из соответствующего количества коротких проводников. Во втором случае они могут быть подключены последовательно или параллельно к источнику электрического напряжения. Последовательное подключение увеличивает активное и индуктивное сопротивление индуктора 4, но уменьшает ток, а параллельное - уменьшает активное сопротивление и увеличивает ток при одинаковом напряжении. Возможно независимое подключение слоев для регулирования величины индукции и режима работы печи.Therefore, a flat conductor is advisable, allowing the use of large currents. If the cross-section of the turns and their number is insufficient to provide the necessary magnetomotive force, the turns of the inductor are located in 2-3 or more layers. There should be gaps between the turns and layers for the passage of refrigerant. The layers can be made of one long conductor or of the corresponding number of short conductors. In the second case, they can be connected in series or in parallel to a voltage source. Serial connection increases the active and inductive resistance of the
Кроме того, если n параллельных изолированных проводников выполнить транспонированными, то можно получить для них одинаковую самоиндукцию, сопротивление, а также расположение их по отношению к садке. В этом случае сопротивление, а следовательно, и потери мощности в индукторе уменьшатся в 1/n0,5 раз. Это приводит к увеличению электрического КПД печи ηэл.In addition, if n parallel insulated conductors are transposed, then they can get the same self-induction, resistance, and their location relative to the charge. In this case, the resistance and, consequently, the power loss in the inductor will decrease by 1 / n 0.5 times. This leads to an increase in the electric efficiency of the furnace η el .
При выполнении индуктора из n параллельных транспонированных проводников повышенное значение электрического КПД печи ηэл равноWhen the inductor is made of n parallel transposed conductors, the increased value of the electric efficiency of the furnace η el is
где ηэ - реальный КПД печи;where η e is the real efficiency of the furnace;
n - количество параллельных проводников.n is the number of parallel conductors.
Как следует из таблицы, при реальном КПД печи ηэ=0,5 увеличение числа n проводников с 1 до 4 повышает ηэл в 1,3 раза, а до 9 - в 1,5 раза и так далее.As follows from the table, with real furnace efficiency η e = 0.5, an increase in the number of n conductors from 1 to 4 increases η e by 1.3 times, and up to 9 by 1.5 times and so on.
Выполнение витков индуктора 4 из многопроволочного изолированного проводника устраняет необходимость соблюдения условия δ≈2Δ0,01 так как каждая проволочка и, следовательно, весь проводник пронизывается полем на всю их толщину. К простейшим многопроволочным изолированным проводникам относятся жилы, состоящие из двух и более скрученных проволок. Из таких электроизолированных жил также возможно изготовление индуктора 4 с различным числом слоев и с применением транспонирования жил. Для крупных печей возможно изготовление индуктора 4 также из одно- или многожильных электроизолированных кабелей и проводов, в том числе транспонированных. В этом случае уже имеется по меньшей мере двойная электроизоляция, в т.ч. резиновая, пластмассовая, а именно: на каждой жиле и на кабеле или проводе.The implementation of the turns of the
Во всех случаях изготовления индуктора 4 возможно разделение его на секции, в том числе путем тщательно изолированной отпайки, для расширения возможности регулирования электрического и плавильного режима.In all cases of manufacturing the
Наиболее просто изготовить предлагаемый индуктор 4 путем навивки однопроволочного или многопроволочного электроизолированного проводника, например жилы, кабеля или провода, в том числе транспонированного, на внешнюю электроизолированную цилиндрическую поверхность обечайки 3 с последующим закреплением первого слоя на ней. Во время навивки возможно транспонирование проводников, например с шагом 100-200 мм в зависимости от высоты и диаметра печи, сечения проводника. При этом многопроволочный проводник обладает часто большей гибкостью, чем однопроволочный при равном сечении. Вполне возможны другие варианты изготовления индуктора 4 и закрепления его витков внутри кольцевой полости 9. В любом случае его изготовление гораздо проще и дешевле, чем в изготовление индуктора в устройстве, выбранном в качестве прототипа прототипе.It is most simple to manufacture the proposed
Предложенная индукционная индукторная тигельная печь с проволочным индуктором работает следующим образом.The proposed induction induction crucible furnace with a wire inductor operates as follows.
Из-за больших выделений Джоулева тепла в материале индуктора 4 при прохождении по виткам тока с плотностью более ~3 А/мм2 его целесообразно охлаждать принудительно каким-либо хладагентом в виде жидкости или газа. При плотности тока 3-5 А/мм2 это возможно осуществить подачей дешевого хладагента в виде сжатого воздуха в полость 9 для охлаждения индуктора 4 только снаружи витков, что исключает расходы на кондиционную воду. При большей плотности тока до 20 А/мм2 целесообразна подача другого дешевого хладагента: холодной водопроводной или «умягченной» технической оборотной воды. Хладагент подается снизу, поднимается вверх, контактируя с наружной поверхностью витков индуктора 4, перемешивается и охлаждает их. Скорость движения и давление хладагента в полости 9 гораздо меньше, а объем гораздо больше, чем в трубке, что снижает энергозатраты на его подачу. При использовании в качестве хладагента воды ее температура на выходе из полости 9 может достигать 98-99°C вместо 35-40°C в в устройстве, выбранном в качестве прототипа. Это повышает эффективность использования воды и снижает ее расход. При этом также охлаждается обечайка 3 и, как следствие, теплоизолирующий материал 12, футеровка тигля 1, а также магнитопроводы 5 и 13 и плиты 6 и 7.Due to the large evolution of Joule heat in the material of the
После включения охлаждения индуктора 4 и загрузки в тигель 1 электропроводной шихты на токоподводы одно- или многопроволочного 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.After turning on the cooling of the
При этом происходит плавный 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. Однако при таком повороте магнитный поток распространяется и в радиальном направлении. При оснащении же печи дополнительным плоским кольцевым магнитопроводом 13 поворот на 90° вектора индукции происходит преимущественно в магнитопроводе 13. Это существенно уменьшает неоднородность рабочего магнитного поля в полости индуктора 4 и распространение потока рассеяния в радиальном направлении и, следовательно, нагрев верхней 7 и нижней 6 плит в случае изготовления их из электропроводного материала. Заметно уменьшаются размеры печи в плане и вредное воздействие поля рассеяния на рабочих.In this case, a smooth rotation of the induction vector by 90 ° occurs, which significantly reduces the spread of the scattering field outside the
Применение обечайки 3 с ребрами на ее внутренней поверхности, образующими углубления для размещения теплоизолирующего материала 12 с теплопроводностью менее 0,06-0,08 Вт/(м⋅К), то есть меньше, чем у футеровки, позволяет уменьшить общую толщину слоя между садкой и индуктором 4 и, следовательно, потери рабочего магнитного потока, проходящего по футеровке. Это снижает расход электроэнергии.The use of a
Усиленное и увеличенное электромагнитное поле индуцирует в кусках шихты вихревые токи, которые нагревают их до расплавления. При этом печь, как правило, работает на полной мощности с подключением всех имеющихся витков и секций. В случае необходимости изменения режима плавки возможно отключение или переключение секций или параллельных проводников индуктора 4. При оснащении печи дополнительными плоскими кольцевыми магнитопроводами 13 уменьшается неоднородность магнитного поля в рабочей полости индуктора 4 и величина градиентов его индукции, что может снизить интенсивность двухконтурного перемешивания, высоту мениска и опасность газометаллических выбросов и повысить удельную мощность печи.The amplified and increased electromagnetic field induces eddy currents in the pieces of the charge, which heat them until they melt. In this case, the furnace, as a rule, operates at full power with the connection of all available turns and sections. If it is necessary to change the melting mode, it is possible to turn off or switch sections or parallel conductors of the
При изготовлении индуктора 4 из транспонированных проводов или проводников возникают следующие преимущества: увеличение КПД за счет снижения потерь в индукторе; улучшение охлаждения проводников; уменьшение габаритов индуктора и общее снижение себестоимости за счет экономии материалов и уменьшения трудозатрат.In the manufacture of the
После расплавления шихты и проведения необходимых металлургических операций печь наклоняется для слива расплава из тигля 1 и давление расплава и тигля 1 передается не на индуктор 4, а на обечайку 3. Поэтому требования к высокой прочности индуктора 4 отпадают, что удешевляет его.After the charge is melted and the necessary metallurgical operations are performed, the furnace is tilted to drain the melt from
Тепло от расплава может передаваться через стенку тигля 1 и слой теплоизолирующего материала 12 в углублениях обечайки 3 к самой обечайке 3, 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 жидкого хладагента в полость 9 обеспечивает более эффективный отвод от печи тепла расплава, индуктора 4 и магнитопроводов 5 и 13, которые нагреваются 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 виткам однопроволочного индуктора 4 они могут вибрировать с удвоенной частотой 2f. При изготовлении однопроволочного индуктора 4 из толстой медной проволоки большого сечения, имеющей повышенную жесткость, возможен слабый шум. При изготовлении же однопроволочного индуктора 4 из толстой алюминиевой проволоки шум уменьшается из-за ее пониженной жесткости. В случае многопроволочного индуктора 4 его вибрация имеет иные характеристики, а шум практически отсутствует из-за гибкости проводников и их изоляции. Наличие магнитопровода 5 в виде полого цилиндра, окружающего индуктор 4, уменьшает в любом случае распространение шума, издаваемого индуктором 4, за пределы печи. Расположение же индуктора 4 в полости 9 с водой также уменьшает распространение шума из-за его поглощения водой.With the passage of alternating current frequency f through the turns of a single-
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 повышения КПД проволочного индуктора, особенно из транспонированных проводников и проводов, более полного улавливания магнитопроводами магнитного потока рассеяния, увеличения магнитной индукции в рабочей полости индуктора и уменьшения ее градиентов, и размещения высокоэффективного теплоизолирующего материала в углублениях обечайки, и, следовательно, снижения потерь тепла через стенку футеровки тигля;- reducing the energy consumption of the melting by increasing the efficiency of the wire inductor, especially from transposed conductors and wires, more fully capturing the magnetic flux of the scattering flux by magnetic circuits, increasing magnetic induction in the working cavity of the inductor and reducing its gradients, and placing a highly efficient heat-insulating material in the recesses of the shell, and therefore , reducing heat loss through the wall of the lining of the crucible;
- уменьшения эксплуатационных расходов устранением расхода кондиционной воды за счет подачи дешевого хладагента в кольцевую полость;- reduce operating costs by eliminating the flow of conditioned water by supplying cheap refrigerant to the annular cavity;
- уменьшения габаритов и массы печи и занимаемой производственной площади путем применения обечайки, слоя теплоизолирующего материала, цилиндрического и плоского кольцевых магнитопроводов, позволяющих уменьшить общую толщину футеровки тигля, цилиндрического магнитопровода и его высоту и приблизить к индуктору электропроводные части каркаса печи;- reducing the dimensions and weight of the furnace and occupied production space by using a shell, a layer of heat insulating material, a cylindrical and flat ring magnetic circuits, which reduce the total thickness of the lining of the crucible, the cylindrical magnetic circuit and its height and bring the conductive parts of the furnace frame closer to the inductor;
- повышения защищенности индуктора и работающих и надежности работы печи установкой цилиндрической обечайки, препятствующей доступу расплава к индуктору;- increase the security of the inductor and workers and the reliability of the furnace by installing a cylindrical shell, which prevents the melt from accessing the inductor;
- повышения защищенности работающих от воздействия шума путем изготовления индуктора из гибкого одно- или многопроволочного проводника и размещения его в кольцевой полости, в том числе заполненной жидким хладагентом;- increase the protection of workers from exposure to noise by manufacturing an inductor from a flexible single or multi-wire conductor and placing it in an annular cavity, including one filled with liquid refrigerant;
- повышение защищенности работающих от вредного влияния электромагнитного поля путем более эффективного улавливания потока рассеяния;- increasing the security of workers from the harmful effects of the electromagnetic field by more efficiently capturing the scattering flux;
- снижение стоимости и трудоемкости изготовления печи вследствие повышения экономичности и уменьшения трудоемкости изготовления проволочного индуктора.- reducing the cost and complexity of manufacturing a furnace due to increased efficiency and reduce the complexity of manufacturing a wire inductor.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148354A RU2669030C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Induction crucible furnace with a wire inductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148354A RU2669030C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Induction crucible furnace with a wire inductor |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016148354A RU2016148354A (en) | 2018-06-08 |
| RU2016148354A3 RU2016148354A3 (en) | 2018-06-08 |
| RU2669030C2 true RU2669030C2 (en) | 2018-10-05 |
Family
ID=62557354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148354A RU2669030C2 (en) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Induction crucible furnace with a wire inductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669030C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2826919C1 (en) * | 2023-12-04 | 2024-09-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Induction crucible electric furnace with closed magnetic core |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108544654B (en) * | 2018-06-13 | 2023-04-28 | 重庆云彬科技发展有限公司 | Concrete ring mold for electromagnetic heating boiler processing and manufacturing method thereof |
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 induction furnace |
| RU2390700C2 (en) * | 2008-04-16 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "РЭЛТЕК" | Turbo-inductive crucible furnace |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148354A patent/RU2669030C2/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 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, электродуговые 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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2826919C1 (en) * | 2023-12-04 | 2024-09-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Induction crucible electric furnace with closed magnetic core |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016148354A (en) | 2018-06-08 |
| RU2016148354A3 (en) | 2018-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60038224D1 (en) | INDUCTIVE HIGH-PERFORMANCE FUSING SYSTEM. | |
| JP2014504806A (en) | Dry distribution transformer | |
| JP2009088422A (en) | Three-phase induction electrical machinery | |
| KR20200111167A (en) | Heating device and corresponding device and method | |
| RU2669030C2 (en) | Induction crucible furnace with a wire inductor | |
| CN203966735U (en) | A kind of novel transformer | |
| CN201688691U (en) | Water cooling-free intermediate frequency furnace of inductor | |
| RU177475U1 (en) | Induction crucible furnace with wire inductor | |
| US2286481A (en) | Induction furnace | |
| RU2666395C2 (en) | Induction crucible furnace with an assembled annular magnetic core | |
| CN204594214U (en) | Rectilinear dipping is molten protects all-in-one oven | |
| RU2543022C1 (en) | Holding furnace | |
| CN102350488B (en) | Online heating device for continuous casting round bloom | |
| CA2516737A1 (en) | Continuous extrusion apparatus | |
| RU177465U1 (en) | Induction induction crucible furnace with ring stacked magnetic core | |
| US2234476A (en) | Electrode | |
| 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 | |
| CN204923852U (en) | Energy -conserving smelting furnace of high -efficient response | |
| CN109128122A (en) | A channel-type induction heating ladle device and heating method | |
| CN203432309U (en) | Medium-frequency induction furnace applied to precious metal smelting | |
| CN202818666U (en) | Cooling-free induction coil | |
| RU2539490C2 (en) | Electromagnetic induction crucible melting furnace with u-like magnetic core and horizontal magnetic flux | |
| RU2522097C2 (en) | Concrete heating method, electric heater for implementation of method, inductive heating element of electric heater and method for heating element manufacturing | |
| RU121558U1 (en) | ELECTRIC HEATER FOR HEATING CONCRETE | |
| RU2539237C2 (en) | Electromagnetic crucible melting furnace with horizontal magnetic circuit and magnetic flux |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181209 |