Индукционная канальная печь для плавки металлов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к индукционным канальным печам для плавки черных и цветных металлов. Цель изобретения - интенсификация тепломассообмена в плавильной ванне. Индукционная печь обеспечивает индуцирование тока в каналах, который, выходя из устьев вертикальных каналов 2, 3, разделяется на две горизонтальные ветви в кольцевом канале 7. Из-за одностороннего расширения каналов 2, 3 обеспечивается движение расплава вдоль кольцевого канала 7, имеющее вращательное направление в горизонтальной плоскости, перемешивающее весь объем металла без колебаний и разрыва окисных и защитных пленок на поверхности расплава. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 F 27 D 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4320015/31-02 (22) 26.10.87 (46) 07.01.90. Бюл. 11» 1 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) С.А. Волченко, Ю.M. Гориславец и Б.П. Борисов (53) 621,365.52(088.8) (56) Патент ПНР Ф 67117, кл. F 27 В 3/08, 1973.

Авторское свидетельство СССР

1 164541» кл. F 27 9 1 1/Об» 1983 ° (54) ИНДУКЦИОННАЯ КАНАЛЫ1АЯ ПЕЧЬ

ДЛЯ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к метал-, лургии, в частности к индукционным канальным печам для плавки черных и

„„ЯО„„1534278 цветных металлов. Цель изобретения-интенсификация тепломассообмена в . плавильной ванне. Индукционная печь обеспечивает индуцирование тока в каналах, который, выходя из устьев вертикальных каналов 2,3, разделяется на две "îðèçîíòàëüíûå ветви в коль-, цевом канале 7. Иэ-за одностороннего расширения каналов 2,3 обеспечивается движение расплава вдоль кольцевого канала 7, имеющие вращательное направление в гориэонтал=ной плоскости, перемешивающее весь обьем металла беэ колебаний и разрыва окисных и за". щитных пленок на поверхности расплава. 3 ил.

1534278

Изобретение относится к металлургии, в частности к индукционным канальным печам для планки черных и цветных металлов.

Цель изобретения — интенсификация тепломассообмена в плавипьной ванне.

На фиг. 1 изображена печь, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. ?, на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1.

Индукционная печь состоит из цилиндрической ванны 1„ к которой присоединена индукционная единица, состоящая из вертикальных каналов 2 и

3, соединенных в нижней части горизонтальным каналом 4„ Каналы охватывают индуктор 5, который расположен на магнитопроводе 6. На дне ванны выполнен открытый кольцевой канал ?,, к которому стыкованы вертикальные каналы 2 и 3, Вертикальные каналы в верхней части имеют однсстороннее увеличение ширины 8 и 9 с углом расширения d. 40-60 и вьц:отой расширяющегося участка в 1,0- !.,„0 ширины канала.

При этом одностороннее увеличение ширины канала при виде сверху выполнено против (фиг. 1) или по часовой . стрелке.

Глубина h кольцевого канала 7 ссставляет h = 0,2-0,3 1)к„ где D внутренний диаметр кольцевого канала„

Индукционная ne«: работае r щим образом. 35

При подключении индуктора 5 к питающей сети в каналах печи индуцируется ток I (покаэан на фиг. 3 пунктиром), который, выходя из устьев вертикальных каналов 2 и 3, разделя- 40 ется на две горизонтальные ветви в кольцевом канале 7.

Огибая устье одна ветвь имеет з-!ачительный изгиб линий тока, а другая ветвь (в этом же устье} из-за одно-- 45 стороннего расширения канала такогI> изгиба не имеет,.

В местах изгиба линий тока возникают электродинамические усилия F с вертикал.ьными Х,„ и горизонтальными 50 составляющими (фиг. 3). Горизонтальные составляющие вызывают движение расплава вдоль кольцевого канала.

Так как расширяющиеся участки в верхней части каналов при ниде на печь сверху выполнены по нли проти:в часовой стрелки, к расплаву в кольцевом канале оказываются приложены две силы 1.", действующие согласно.

Под действием этих сил и ванне возникает вращательное движение расплава в горизонтальной плоскости, еремешивающее весь объем металла.

Это движение расплава подавляет вертикальные вихри, возникающие в устьях каналов, поэтому колебаний и разрыва окисных или защитных пленок на поверхности расплава не происходит.

Выполнение предлагаемой индукционной печи приводит к тому, что ток, индуцированный в каждом из вертикальных каналов в верхней части канала, переходя в кольцевой, разделяется на две одинаковые ветви, При этом в каждом устье одна ветвь имеет значительный изгиб линий тока, а другая эа счет одностороннего увеличения ширины канала такого изгиба не имеет.

В местах изгиба тока возникают электродинамические усилия, действующие на расплав, с вертикальными и горизонтальными составляющими. Последние вызывают движение жидкого металла вдоль кольцевого канала. Такое движение приводит к организации во всем объеме ванны вращательного движения расплава в горизонтальной плоскости

Как показали эксперименты, вихреобразование устьев каналов на поверх! ности расплава при этом практически отсутствует даже при небольшой высоте металла в ванне, Вращательное движение расплава в ванне позволяет эффективно перемешивать металл, не нарушая защитную пленку на его поверхности.

В кольцевом канале благодаря концентрации электрического тока происходит эффективное тепловыделение, что также позволяет получить хорошие энергетические показатели плавильной установки, в частности ее коэффициент мощности.

Экспериментально определено, что для создания эффективного перемешивания расплава в ванне печи необходимо иметь одностороннее увеличение ширины,верхних участков вертикальных каналов с углом расширения 40-60 при высоте расширяющегося участка 1 02,0 ширины канала.

При других углах одностороннего расширения и высоте расширения менее

1,0 ширины канала увеличиваются вертикальные и уменьшаются горизонталь t 534278 ные составляющие электродинамических усилий в устьях, что приводит к уменьшению перемешивания и увеличению колебаний поверхности расплава.

Увеличение высоты расширяющегося участка более 2,0 ширины канала не влияет заметно на улучшение перемешивания, однако с увеличением сечения канала уменьшается коэффициент его мощности

Если одностороннее увеличение ширины устьев вертикальных каналов при виде сверху не выполняется по или против часовой стрелки, а например, 15 навстречу друг другу, то вращения расплава в ванне не происходит из-за компенсации горизонтальных составляющих потоков.

Глубина кольцевого канала h выбирается большей, чем глубина проникновения электромагнитной волны в-металл

d p и определяется иэ выражения

h = 0 2"0 3 D --- — w d

1q=Dx

У где D диаметр кольцевого канала;

1 — длина кольцевого канала между устьями вертикальных

6 9 (участков (1 = — — ), 2

Гл убина кольце в ог о канала выбирается такой, чтобы длина канала 1 35 была меньше, чем сумма длин участков

2h+D тогда активное сопротивление

R c R >, > и соответственно больший ток протекают по горизонтальному кольцевому каналу. 40

При глубине канала h)0,,3 D „ увеличивается сопротивление движению расплава вдоль кольцевого канала, а при отсутствии соосности кольцевого канала в цилиндрической ванне увели- 45 чивается сопротивление вращению расплава в ванне.

Таким образом, только при указанных соотношениях размеров кольцевого 50 канала, ширины верхних участков вертикальных каналов и их соответствующем расположении возникает интенсивное перемешивание расплава в го.>изонтальной плоскости ванны без заметного 55 вихреобразования на ее поверхности, что и позволяет эффективно перемеши-, - вать металл в .ванне, не нарушая защитную или окисную пленку на поверх° ности расплава и достичь поставленной цели.

Исследованием на физической модели печи определены указанные соотношения размеров ширины верхних участков вертикальных каналов и их соответствующего расположения, размер кольцевого канала, при которых возникает ичтенсивное вращательное движение (перемешивание) расплава. При этом происходит выравнивание температуры во всем объеме ванны беэ нарушения поверхностных окисных либо защитных (флюс) пленок, что позволяет повысить качество выявляемого металла, уменьшить время его обработки.

Таким образом, выполнение канала на дне ванны кольцевым, открытым, глубиной, равной 0,2-0,3 его диаметра, и установленным соосно ванне, к которому стыкованы вертикальные каналы, верхние участки которых имеют одностороннее увеличение ширины с углом расширения 40-60 и высотой расширяющегося участка 1,0-2,0 ширины канала при одностороннем увеличении вырины верхних участков каналов, при виде сверху, по или против часовой стрелки позволяет создать интенсивное вращательное движение расплава в ванне и получить положительный эффект эа счет увеличения производительности плавильного оборудования, повышения качества выплавляемого металла, снижения его безвозвратных потерь.

Формула изобретения

Индукционная канальная печь для плавки металлов, содержащая цилиндрическую плавильную ванну с открытым горизонтальным каналом в ее дне, с которым состыкованы вертикальные ка-, налы индукционной единицы, состоящей . из индуктора, магнитопровода и охватывающих их соединенных вместе горизонтального и двух вертикальных каналов, имеющих в месте соединения с горизонтальным каналом ванны расширяющийся участок с углом расширения

40 60, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена в плавильной ванне, гориэонтальный канал ванны выполнен кольцевым, соосным ванне и имеющим глубину, равную 0,2-0,3 его внутреннего диаметра, а расширяющийся участок с односторонним увеличением ширины и высотой расширения - 1,0-2,0 ширины вертикального канала;

1534278

Корректор Л.Патаи

Тираж 505

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Редактор С.Патрушева

Заказ 33

Составит ыь М.Вилкова

Техред Л„Сердюкова