Индукционная канальная печь

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкциям индукционных канальных печей для приготовления сплавов и разновесных компонентов, и направлено на повышение эффективности перемешивания расплава в печи и ее производительности за счет исключения зарастания канальной части окислами. Индукционная канальная печь выполнена в виде Ш-образного магнитопровода, имеет горизонтальный закрытый канал для расплава металла в форме тора эллиптического сечения. На среднем стержне Ш-образного магнитопровода расположена первичная обмотка, а вторичная обмотка состоит из двух частей, размещеннных поверх первичной обмотки так, что одна часть ее находится над горизонтальным каналом с расплавом металла, а другая - под каналом. 4 ил.

 

Известна отъемная индукционная единица канальной печи (авт.св. №1300284, F27D 11/06, опубликовано 30.03.1987. Бюл. №12), содержащая магнитопровод, основную катушку и дополнительную катушку, подключенную к внешнему источнику напряжения.

Однако известное устройство не позволяет получить одинаковое вращение расплава во всей канальной части печи, поскольку канальная часть состоит из продольных и поперечных каналов.

Известна индукционная печь канального типа (патент №2120202, H05B 6/20, F27D 11/06, опубликовано 10.10.1998), содержащая трансформатор с первичной и вторичной обмотками, образованной ванной для расплавленного металла и горизонтальным закрытым каналом.

К недостаткам известной печи следует отнести то, что она не позволяет осуществлять интенсивное перемешивание расплава из разновесных компонентов, кроме этого, канальная часть такой печи в процессе эксплуатации зарастает окислами и требует периодической чистки.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности перемешивания расплава в печи и ее производительности за счет исключения зарастания канальной части окислами.

Поставленная задача решается тем, что в индукционной канальной печи, выполненной по Ш-образной форме трансформатора с первичной и вторичной обмотками и горизонтальным закрытым каналом, согласно изобретению первичная обмотка является основной и расположена на центральном сердечнике, а вторичная обмотка состоит из двух частей, размещенных поверх основной обмотки таким образом, что одна ее часть расположена над горизонтальным закрытым каналом, а другая - под ним, при этом горизонтальный закрытый канал имеет форму тора с эллиптическим сечением.

На фиг.1 изображен эскиз индукционной канальной печи, на фиг.2 - разрез В-В на фиг.1, на фиг.3 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1.

Индукционная канальная печь имеет Ш-образный магнитопровод 1, на центральном сердечнике магнитопровода размещена основная обмотка 2. Поверх основной обмотки расположена состоящая из двух частей вторичная обмотка 3 таким образом, что одна часть находится над, а другая - под горизонтальным закрытым каналом 4. Внутренняя поверхность горизонтального закрытого канала 4 выполнена из футеровочного материала и имеет форму 5 в виде тора эллиптического сечения. Горизонтальный закрытый канал 4 имеет устройства для залива 6 и слива 7 расплава металла.

Индукционная канальная печь работает следующим образом.

При подключении основной катушки 2 к источнику переменного напряжения в ней возникает переменный электрический ток , который создает переменный магнитный поток Часть этого переменного магнитного потока замыкается по магнитопроводу и индуцирует в канале 4 с расплавом электрический ток . Другая часть магнитного потока представляет собой магнитный поток рассеяния пронизывающий канал 4 в вертикальной плоскости.

Как известно, в режиме короткого замыкания (вторичная обмотка закорочена) трансформатор имеет большие магнитные поля рассеяния, которые, в основном, сосредоточены между первичной и вторичной обмотками вне магнитопровода.

При подключении вторичной обмотки 3 к внешнему источнику напряжения в каждой ее части возникает электрический ток, создающий магнитный поток , который пронизывает канал с расплавом в горизонтальной плоскости. В результате наложения магнитных полей и , которые сдвинуты относительно друг друга по фазе и в пространстве, создается вращающееся магнитное поле. Величина вращающего момента, а следовательно, и скорость расплавленного металла зависят от величины тока во вторичной обмотке 3 и его фазового сдвига по отношению к току основной обмотки 2. Поскольку канальная часть в виде тора с расплавом расположена симметрично относительно центрального сердечника магнитопровода 1, в любом его сечении возникает одинаковый вращающий момент, создающий вращательное движение расплава с угловой скоростью Ω.

Необходимо отметить, что в таком «тороидальном вихре» самопроизвольно возникает кольцевое движение вокруг его оси с линейной скоростью V. Это происходит потому, что в каждой точке на отрезке, соединяющем диаметрально противоположные точки периметра, значения линейной скорости движения расплава отличаются, и, соответственно, скорость расплава при переходе по внутренней стенке канала от малого периметра к большему периметру будет погашена или изменит свое направление.

В результате сложения вращательного и кольцевого движений расплав в тороидальном канале движется по винтовой траектории, т.к. вращательное движение расплава с угловой скоростью Ω влечет также его движение по оси тора со скоростью V. В результате проведенных экспериментов выяснилось, что оптимальной для сечения канала является форма эллипса, позволяющая наиболее полно заполнять окно магнитопровода. Форма окна Ш-образного магнитопровода и расположение одной части вторичной обмотки над каналом, а другой части вторичной обмотки под каналом позволяют достичь наибольшей эффективности по коэффициенту заполнения и коэффициенту мощности cos φ в случае прямоугольной формы канала. Прямоугольная форма канала при движении расплава в углах имеет застойные зоны, в которых в первую очередь будет происходить зарастание канала. Канал, имеющий в сечении форму эллипса, позволяет увеличить cos φ индукционной канальной печи за счет того, что обеспечивается увеличение коэффициента заполнения окна магнитопровода и, соответственно, увеличивается магнитный поток, пронизывающий расплав. Эллипсовидная форма сечения канала позволяет снизить зарастание канала печи и увеличить эффективность работы печи.

Индукционная канальная печь, выполненная по Ш-образной форме трансформатора с первичной и вторичной обмотками и горизонтальным закрытым каналом, отличающаяся тем, что первичная обмотка является основной и расположена на центральном сердечнике, а вторичная обмотка состоит из двух частей, размещенных поверх основной обмотки таким образом, что одна ее часть расположена над горизонтальным закрытым каналом, а другая - под ним, при этом горизонтальный закрытый канал имеет форму тора с эллиптическим сечением.