Индукционная печь

 

Изобретение относится к конструкциям печи, применяемым для индукционной плавки высокотемпературных оксидных материалов в холодных тиглях с выпуском расплава, и может быть использовано для получения отливок, гранул, волокон, фриты и ваты при варке тугоплавких и химически активных стеклообразных и минералоподобных материалов, а также при плавке индивидуальных оксидов и систем на их основе. Цель изобретения - повышение производительности и надежности в работе. Индукционная печь для плавки оксидных материалов содержит индуктор 1 и металлический водоохлаждаемый секционированный тигель 2 прямоугольного сечения. Тигель 2 выполнен с выпускным отверстием в боковой стенке и имеет перегородку 4, делящую его полость на плавильную и выпускную зоны, сообщающиеся под перегородкой 4. В тигле 2 в вертикальной плоскости, проходящей через центр выпускного отверстия, установлена разделительная водоохлаждаемая пластина 7. Пластина 7 соединена с дном и боковой стенкой тигля 2, в которой размещено выпускное отверстие. При этом выпускное отверстие размещено в большой боковой стенке. Причем высота разделительной пластины равна высоте центра выпускного отверстия, а ширина - половине ширины тигля. Пластина 7 в верхней части со стороны выпускного отверстия выполнена с вырезом прямоугольной формы с размерами сторон A=D/6...D/45 и B=A+R, где A - ширина выреза, B - высота выреза, D - половина ширины тигля, R - радиус выпускного отверстия. Конструкция печи обеспечивает локализацию перегрева расплава перед выпускным отверстием. 1 табл., 4 ил.

СО?ОЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИ |ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕа!УБЛИН

E„f1",rip" ; fI

ПАТЕЛ; ..... AR

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг.1

ГОСУД АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4208871/23-33 (22) 12.03. 87 (46) 07.09.89. Бюл. ? 33 (7!) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) Д. Б.Лопух, В.И. Власов и А.Ю.Печенков (53) 666.1.031.2(088.8) (56) Патент США ?? 3735010, кл. 13-35, 1973.

Авторское свидетельство СССР

?! 832294, кл. F 27 D 11/06, 1981.

Петров Ю.Б ° и др. Исследование и разработка процесса остекловывания кальцинированных отходов в индукционных плавителях с холодным тиглем.

Отчет о НИ7 ЛЭТИ ?? - 0048629, 1985, с. 69. (54) ИНДУКЩ!ОННАЯ ПЕЧЬ (57) Изобретение относится к конструкциям печи, применяемым для индукционной плавки высокотемпературных оксидных материалов в холодных тиг„„SU„„1505900 А1 (gD y С 03 В 5/027; F 27 D 11/06 лях с выпуском расплава, и моя:ст быть использовано для получения отливок, гранул, волокон, фриты и ваты при варке тугоплавких и химически активных стеклообразных и ышералоподобных материалов, а также при плавке индивидуальных оксидов и систем на их основе. Цель изобретения — повышение производительности и надежности в работе. Индукционная печь для плавки оксидных материалов содержит ипдуктoð

1 и металлический водоохлаждаемый секцпонированный тигель 2 прямоугольного сечения. Тигель 2 выполнен с выпускным отверстием в боковой стенке и имеет перегородку 4, деля.п;.о его полость на плавильную и выпускную зоны, сообщающиеся под перегородкой 4.

В тигле 2 в вертикальной плоскости, проходящей через центр выпускного отверстия, установлена разде.и тельная вадоохлаждаемая пластина 7. Пластина 7 соединена с дном и боковой стенкой тигля 2, в которой размещено вы1505900 пускное отверстие. При этом выпускное отверстие размещено в большой боковой стенке. Причем высота разделительной пластины равна высоте центра выпуск- 5 ного отверстия, а ширина — половине ширины тигля. Пластина 7 в верхней части со стороны выпускного отверстия выполнена с вырезом прямоугольной форИзобретение относится к конструкциям печей, применяемых для индук- 15 ционной плавки высокотемпературных оксидных материалов в холодных тиглях с выпуском расплава, и может быть использовано для получения отливок, гранул, волокон, фритты и ваты при 20 варке тугоплавких и химически активных стеклообразных и минералоподобных материалов, а также при плавке индивидуальных оксидов И систем на их основе.

Цель изобретения — повышение производительности и надежности работы.

На фиг. 1 представлена печь, разрез в вертикальной плоскости, проходящей через центр выпускного отверс- 30 тия; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 — работа печи соответственно в продольном и поперечном разрезах.

Индукционная печь содержит индуктор 1 и тигель 2 прямоугольной формы в плане, собранный из U-образных трубок круглого сечения, изолированных друг от друга и соединенных с водяным коллектором 3. Водоохлаждаемая 40 перегородка 4, делит полость тигля на плавильную и выпускную зоны, сообщающиеся под этой перегородкой. Для выработки расплава из тигля на середине его большей стороны предусмот- 45 рено выпускное отверстие 5, например круглое с радиусом R, выполненное в металлической водоохлаждаемой секции

6, находящейся в середине набора Uобразных трубок. Секция 6 соединена донной и боковой частью, стенкой, содержащей выпускное отверстие 5, с разделительной металлической водоохлаждаемой пластиной 7, расположенной в вертикальной плоскости, проходящей через центр выпускного отверстия, параллельно меньшей стороне тигля. Ширина пластины 7 равна половине ширины полости тигля, а высота — расстояd d мы с размерами сторон а=6 6. ° ° 45 и

b=a+R, где а — ширина выреза, b — высота выреза, d — половина ширины тигля, R — радиус выпускного отверстия.

Конструкция печи обеспечивает локализацию перегрева расплава перед выпускным отверстием. 4 ил., 1 табл. нию от дна тигля до центра выпускного отверстия 5. В верхней части пластина 7 со стороны выпускного отверстия

5 выполнена с вырезом прямоугольной формы с размерами сторон

d d а=-... — и b=a+R, 6 45 где а — ширина выреза;

b — высота выреза;

d — половина ширины тигля;

R — радиус выпускного отверстия..

Устройство работает следующим образом.

Внутрь водоохлаждаемого тигля 2 вводят исходную порошковую шихту и электропроводный материал, например металлическую стружку или куски графита. На индуктор 1 подают высокое напряжение высокой частоты. Осуществляют индукционный нагрев электропроводного материала, который нагревает и расплавляет окружающую его шихту.

Формируют ванну расплава, которую в дальнейшем нагревают токами высокой частоты, Путем плавления шихты уровень расплава до отметки О, совпадающей со стороной а (фиг. 4) . В этот момент времени в вырезе разделительной пластины 7 в пространстве, ограниченном перегородкой 4, расплав отсутствует. Благодаря вырезу в пластине 7 и ее размещению под перегородкой (фиг. 4) превышение уровня расплава над отметкой О обеспечивает протекание тока hepep выпускным отверстием в самом малом сечении расплава по сравнению с другими участками ванны, Поэтому перед выпускным отверстием происходит увеличение плотности тока, как показано на фиг ° 3, и имеет место перегрев расплава относительно других частей ванны. При дальнейшем повышении уровня расплав соприкасается с перегородкой

4, отсекающей переплавляемую шихту 8 от выпускной зоны. Прекращают подачу шихты и выдерживают расплав при постоянной температуре до полного проплавления шихты в зоне выпуска. Подачей шихты в плавильную зону продолжают наплавление ванны расплава ° По5 сле превышения уровня расплава над нижним краем выпускного отверстия происходит его выпуск из тигля. Процесс выработки расплава 9 осуществляется с постоянного уровня при одновременном плавлении шихты 8 °

При индукционной плавке в холодных тиглях прямоугольного сечения температура расплава в боковой зоне, прилегающей к меньшей стороне тигля, всегда меньше, чем в регулярной части тигля. Это объясняется тем, что в боковых зонах ванны расплава искажается электромагнитное поле, что приводит к снижению плотности тока в них.

Кроме того, боковые эоны отдают тепло в водоохлаждаемые элементы тигля в трех направлениях, в то время 25 как регулярная зона охлаждается только с двух сторон. Поэтому в области ванны расплава, расположенной у середины большей стороны тигля, плотность тока максимальна, в результате эп чего в этом месте расплав имеет самую высокую температуру. Следовательно, выпускное отверстие с выпускной зоной тигля необходимо размещать на середине большей стороны тигля. К тому же

35 в месте наибольшей плотности тока дополнительно сконцентрировать ток легче.

Для увеличения перегрева расплава перед выработкой у выпускного отверс- 4О тия внутри тигля установлена водоохлаждаемая разделительная пластина с вырезом прямоугольной формы со стороны выпускного отверстия (фиг.З и 4), В связи с тем, что перегрев расплава 45 необходимо локалиэировать только перед выпускным отверстием, пластина

7 расположена в плоскости, проходящей через центр выпускного отверстия, и в верхней части пластины со стороны выпускного отверстия вырезан прямоугольник с размерами, сторон а=

d d

4-,-... —. и b=a+R (фиг. 4), При a(d/45 расплав при затекании в вырез пласти55 ны замерзает с образованием твердого оксидного материала, не проводящего электрического тока и механически препятствующего выпуску расплава из

1505900 6 тигля.При d/6 а> d/45 в вырезе пластины имеются как твердый гарнисаж, так и расплав. Наличие жидкой фазы оксида в вырезе пластины, расположенном перед выпускным отверстием, позволяет обеспечить выпуск расплава из тигля.

К тому же повышенная плотность тока, текущего по расплаву в вырезе, обеспечивает перегрев расплава в выпускной зоне относительно плавильной.

Это позволяет вести процесс выработки при меньшей температуре в зоне плавления, чем и обеспечивается повышение надежности печи, Повышенная температура расплава перед выпускным отверстием позволяет уменьшить раз- . меры выпускной зоны и повысить производительность печи.

При a)d/6 плотности тока в плавильной и выпускной зонах практически равны, расплав нагрет в обеих зонах до одинаковой температуры. В этом случае пластина только охлаждает расплав, снижая производительность печи и увеличивая удельные энергозатраты процесса переплава. Чтобы поднять температуру перед выпускным отверстием весь объем расплава в плавильной зоне и тем самым снижать надежность работы печи °

Для уменьшения площади соприкосновения с расплавам разделительную пластину размещают в вертикальной плоскости параллельно меньшей стороне тигля. Чтобы сконцентрировать ток, 1 текущий по расплаву в плавильной эоне, в сечении выпускной эоны, как показано на фиг. 3 и 4, необходимо установить эффективную преграду на пути тока i< в других сечениях расплава. Поэтому к размещению и форме пластины предъявляются следующие требования. Пластина вплотную прилегает или приваривается к дну и стенке тигля, имеющей выпускное отверстие.

Верхний край пластины находится на уровне центра выпускного отверстия, который всегда расположен выше уровня расплава. При невыполнении перечисленных условий часть тока пойдет по дополнительным участкам сечения расплава, нагрев которых не обязателен, а ток в выпускной зоне упадет.

Кроме того, толщина пластины должна быть минимальной и определяется в основном необходимостью ее эффективного охлаждения. Этому требованию обычно удовлетворяют пластины толщи1505900 ной 7 — 10 мм. С увеличением толщины пластины возрастает сопротивление расплава току, проходящему в выработочной зоне, и плотность тока в ней

5 уменьшается. Одновременно усиливается охлаждение расплава пластиной.

Увеличение ширины пластины 7 (фиг. 1) выше половины ширины полости тигля нецелесообразно, так как с этого момента справа от пластины течет сильный встречный ток i> (фиг.4), который, проходя боковую зону расплава, возвращается к пластине и обтекает ее только со стороны выпускного отверстия. Поэтому эффект концентрации тока по-прежнему достигается, однако необоснованно увеличивается теплосъем от расплава к пластине и падает производительность печи. 20

Уменьшение ширины пластины приводит к тому, что часть тока i > будет обтекать пластину 7 справа (фиг. 4), Плотность тока и температура расплава в выпускной зоне уменьшатся. 25

В индукционной печи предлагаемой конструкции осуществлена плавка оксидного материала следующего состава, мас.Х: Na O 26,8; А1 0з 19,7; Si0

48,5; Fe<0> 5

Индукционный нагрев осуществляют от лампового генератора ВЧИ-11-60/

/1,76 колебательной мощностью 60 кВт и частотой тока 1,76 МГц. Температуру расплава измеряют оптическим пирометром Проминь . Стартовый нагрев осуществляют на 60 r графитовой крошки. Характеристики устройства и условия проведения процесса следующие: ширина полости холодного тигля

22,8 см; длина полости холодного тигля 33,5 см; частота тока Е 1,76 МГц; е удельное электрическое сопротивление расплава 1 Ом см; радиус выпускного отверстия R 2 см; площадь сечения окна индуктора 33х45 см .

Результаты исследований плавки в печи представлены в таблице, где ҄— температура расплава в зоне выпуска;

Т вЂ” температура расплава в плавильной зоне; S — площадь плавильной

50 эоны; М > — производительность печи по расплаву.

Надежность печи оценивают по температуре расплава в плавильной зоне

55 при одинаковой температуре в зоне выпуска. Чем.больше температура плавки, тем ниже надежность печи и выше вероятность аварийной ситуации, связанной с электрическими разрядами между элементами устройства и с неконтролируемым выходом расплава между выпускным отверстием.

Наличие разделительной пластины с вырезом определенных размеров в индукционной печи обеспечивает локализацию перегрева расплава перед выпускным отверстием, что в свою очередь позволяет уменьшить размеры выпускной зоны и тем самым увеличить плавильную площадь н производительность печи, проводить процесс плавления шихты с выпуском расплава при пониженных температурах в плавильной зоне, уменьшая вероятность пролива расплава в зазоры между секциями тигля и электрического пробоя между ними, в результате чего надежность работы печи повышается, улучшить условия выпуска расплава иэ тигля, поскольку понижается вязкость вырабатываемого расплава.

Таким образом, предлагаемая конструкция индукционной печи благодаря достигаемому перегреву расплава перед выпускным отверстием обеспечивает увеличение плавильной площади и производительности печи, а также повышает надежность в работе.

Формула из о бре тения

Индукционная печь для плавки оксидных материалов, содержащая индуктор и металлический водоохлаждаемый секционированный тигель прямоугольного сечения с выпускным отверстием в боковой стенке и водоохлаждаемой металлической перегородкой, разделяющей его на плавильную и выпускную зоны, сообщающиеся под перегородкой, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности и надежности в работе, она снабжена водоохлаждаемой пластиной, установленной в вертикальной плоскости, проходящей через центр выпускного отверстия и соединенной с дном тигля и

его боковой стенкой, .высота пластины равна высоте центра выпускного отверстия, ширина — половине ширины тигля, причем пластина в верхней части со стороны выпускного отверстия выполнена с вырезом прямоугольной формы с размерами сторон:

a=d/6...d/45;

b=a+R, 1505900

d — ширина тигля;

R — - радиус выпускного отверстия. где а — ширина выреза;

b — высота выреза; т„ с

Плавна

8 лл Н ° K I сн нгlч Н ь с

C тнерн вправе в лластн

Внрнна нн

° полна от а

1720

1700

-20 517 16,5 аВвп уск расплава не осунестелпетсл.

Фиг. 2

0,45

2 О,S

3 О ° 9

4 1 5

5 1,9

6 Э,В

4,5

В (прототнп) Ьа/50

4т/45

4т/25 а,/is

4,/12 а,/6

d /S

2,45

2,5

2,9

3,5

Э,9

5,8

6,5

17ОО

1 700

1780

ВОО

I7ОО

»оо

17ОО

1700

-1О

2О

+ 120

+150 о

-ВО

734

734

734

734

734

7Э4

737 о о

23,0 1 ° 4

22,0 1,33

19,2 1,16

18,7 1, 13

22,7 1,37

24,7 1,5

Печь ве работаета р l,0

»,о

Ъ1,0

pi,о

ы,о

С190

1505900

Составитель Н.Борисова

Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Редактор А.Мотыль

Заказ 5385/23 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, h-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101