Установка индукционной плавки металлов

Авторы патента:

Лузгин Владислав Игоревич (RU)

Николаев Дмитрий Андреевич (RU)

Камаев Дмитрий Алексеевич (RU)

Фризен Василий Эдуардович (RU)

Коптяков Александр Сергеевич (RU)

F27B17/00 - Печи, не отнесенные к указанным выше группам (агрегатные печи F27B 19/02)

Владельцы патента RU 2778339:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к установке индукционной плавки металлов. Установка состоит из индукционной печи с однофазным индуктором, зашунтированным компенсирующим конденсатором. Преобразователя частоты с инвертором тока, содержащим две параллельно соединенные группы вентилей, подключенных через фильтровый дроссель к зажимам постоянного тока выпрямителя, причем каждая группа состоит из двух последовательно соединенных вентилей, общие выводы которых подключены к индуктору, выполненному в виде секций, зашунтированных дополнительными компенсирующими конденсаторами, а инвертор снабжен дополнительными группами последовательно соединенных вентилей, общие выводы которых подключены к общим выводам секций индуктора. Обеспечивается одноконтурная циркуляция жидкого металла в рабочем объеме тигля и эффективное его перемешивание за счет индуцирования в расплаве электродинамических сил, направленных вдоль оси тигля, и формирования бегущей волны электромагнитного давления, создаваемого радиальными электродинамическими силами. Высокая эффективность перемешивания расплава обеспечивает ускорение процессов обработки металлов и улучшение качества получаемых сплавов. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и металлургии, а именно, к оборудованию для индукционного нагрева и плавки металлов. Индукционные тигельные печи (ИТП) широко используются для получения точных сплавов металлов, в которых реализуются технологии плавки с управляемым движением расплава и характера циркуляции металла.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является установка индукционной плавки содержащая полупроводниковый преобразователь частоты с параллельным инвертором тока и ИТП с однофазным индуктором [Л1] компании «ABP Induction», схема которого выбрана в качестве прототипа.

Проблемой указанного прототипа является невозможность управления движением металла во время плавки и перемешивания расплава. При однофазном питании индуктора расплав циркулирует по двум тороидальным контурам, обусловленным наличием нормального сжимающего электродинамического давления, неравномерно распределенного по высоте тигля, достигающего максимального значения в средней его части. Кроме этого, силовое воздействие на металл приводит к образованию мениска (выпуклости) на поверхности расплава [Л2]. Двухконтурная циркуляция металла приводит к неоднородности химического состава и к неравномерности распределения температуры в расплаве, так как между циркулирующими контурами перемешивание металла практически отсутствует. При этом мениск приводит к переохлаждению его поверхности и к необходимости использования большого количества защитного шлака.

Предлагаемое изобретение - установка индукционной плавки металлов - позволяет устранить отмеченные недостатки установок классического исполнения и обеспечить эффективное управление движением металла в технологическом процессе обработки и легирования сплава.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Установка индукционной плавки, состоящая из индукционной печи с однофазным индуктором, зашунтированная компенсирующим конденсатором. Преобразователя частоты с инвертором тока, содержащим две параллельно соединенных группы вентилей, подключенных через фильтровый дроссель к зажимам постоянного тока выпрямителя, причем каждая группа состоит из двух последовательно соединенных вентилей, общие выводы которых подключены к индуктору.

Новым является то, что индуктор печи выполнен в виде секций, зашунтированных, дополнительными компенсирующими конденсаторами, а инвертор снабжен дополнительными группами последовательно соединенных вентилей, общие выводы которых подключены к общим выводам секций индуктора.

На фиг. 1 приведена схема установки индукционной плавки металлов, в которой обозначены:

1 - фильтровый дроссель;

2-9, 5-6 - две основные группы вентилей инвертора;

3-8, 4-7 - дополнительные группы вентилей инвертора;

10, 11, 12 - компенсирующие конденсаторы;

13, 14, 15 - секции индуктора печи.

Установка работает следующим образом. Основные группы вентилей образуют вентильный мост, в диагональ переменного тока которого включен индуктор печи. При попарном открывании вентилей 2 - 9 и 5 - 6 на выходе инвертора формируется переменный ток прямоугольной формы I_н. Напряжение на колебательном контуре U_н, образованном индуктором и компенсирующими конденсаторами, имеет синусоидальную форму, при емкостном характере полного сопротивления и фазовым сдвигом по отношению к основной гармонике тока инвертора на угол ϕ_н (см. фиг. 2а). Секции индуктора и компенсирующие конденсаторы образуют колебательные контуры 10 - 13, 11 - 14, 12 - 15, причем, собственные частоты верхних контуров должны быть выше нижних, при этом напряжение на верхних секциях индуктора имеет отстающий фазовый сдвиг по отношению к напряжению на нижних секциях индуктора. На векторной диаграмме (см.фиг.2,а) фазовый сдвиг напряжений U₁₂ и U₁₃ равен углу ϕ₂₃, а угол между напряжением U₁₁ и U₁₂ составляет ϕ₁₂. При этом геометрическая сумма напряжения на секциях равна общему напряжению на индукторе.

На такие же углы сдвинуты токи в секциях индуктора, которые индуцируют сдвинутые по фазе вихревые токи в ванне жидкого металла, в результате чего в сопряженных зонах секций индуктора А₁ и А₂ создаются тангенциальные электродинамические силы, направленные снизу вверх вдоль оси тигля P_τ₁₂, P_τ₂₃ (фиг. 2б). Кроме этого, создаются нормальные составляющие сил электродинамического воздействия, вызывающие радиальное давление на ванну жидкого металла P_n₁₁, P_n₁₂, P_n₁₃. Совместное действие осевых и радиальных сил способствуют образованию одноконтурной циркуляции металла с восходящими потоками металла у стенок тигля (см. фиг.2в). Однако осевые электродинамические силы значительно меньше радиальных, поэтому для изменения характера циркуляции металла в тигле осевых усилий, образующихся в расплаве, может быть недостаточно. Для повышения эффективности перемешивания металла целесообразно изменить режим электропитания секций индуктора так, что бы величина высокочастотного тока в них периодически изменялась в определенной последовательности. При этом нормальное электродинамическое давление, воздействующее на ванну жидкого металла, перемещается вдоль оси тигля, создавая бегущую волну давления с заданной скоростью и вызывая направленное движение жидкого металла. Такой режим электропитания секций индуктора обеспечивается в предлагаемой схеме инвертора тока, приведенной на фиг. 1.

В первом режиме работы инвертора попарно включаются вентили 2 - 7 и 3 - 6, при этом формируется выходной ток инвертора прямоугольной формы, питающий колебательный контур 12 - 15. В нем создается наибольший ток и развивается наибольше электромагнитное давление P_n₁₃ в нижней части тигля печи (см. фиг. 3а). В других секциях индуктора протекает ток взаимоиндукции, и создаются радиальные давления P_n₁₁, P_n₁₂ значительно меньшие, чем в нижней части тигля, а также воздействуют осевые силы P_τ12, P_τ23.

Во втором режиме работы попарно включаются вентили 2 - 8, 4 - 6 и выходной ток инвертора протекает по двум последовательно соединенным колебательным контурам 11 - 14, 12 - 15. В них возбуждаются токи и создаются радиальные силы давления P_n₁₂, P_n₁₃ в нижней и средней части тигля печи (см. фиг. 3б). В верхней секции индуктора протекает ток взаимоиндукции и создается относительно небольшое радиальное давление P_n₁₁. В расплаве также создаются наибольшие осевые силы P_τ23 и относительно небольшие P_τ12.

В третьем режиме работы попарно включаются вентили 2 - 9, 5 - 6 и выходной ток инвертора протекает по трем последовательно соединенным колебательным контурам 10 - 13, 11 - 14, 12 - 15, в которых возбуждаются примерно одинаковые токи и создается одинаковое радиальное электромагнитное давление P_n₁₁, P_n₁₂, P_n₁₃, а в расплаве появляются одинаковые осевые силы P_τ12, P_τ23 (см. фиг. 3).

Таким образом, фронт волны радиального давления при переходе от одного режима работы инвертора к другому движется вдоль оси печи снизу вверх со скоростью, определяемой частотой переключения режимов работы инвертора. При этом осевые силы в межсекционных зонах действуют в том же направлении, что способствует созданию одноконтурной циркуляции жидкого металла и активному его перемешиванию по всему рабочему объему печи.

Источники информации

1. Информационный католог индукции фирмы АВР «THYRISTOR CONVERTER WITH PARALLEL RESONANT CIRCUIT» www.abpinduction.com

2. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. Учебное пособие для вузов М.: Энергия, 1967 г, с. 213.

Установка индукционной плавки металлов, состоящая из индукционной печи с однофазным индуктором, зашунтированным компенсирующим конденсатором преобразователя частоты с инвертором тока, содержащим две параллельно соединенные группы вентилей, подключенных через фильтровый дроссель к зажимам постоянного тока выпрямителя, причем каждая группа состоит из двух последовательно соединенных вентилей, общие выводы подключены к индуктору, отличающаяся тем, что индуктор выполнен в виде секций, зашунтированных дополнительными компенсирующими конденсаторами, а инвертор снабжен дополнительными группами последовательно соединенных вентилей, общие выводы которых подключены к общим выводам секции индуктора.

Изобретение относится к зуботехнической печи для обжига стоматологических керамических масс. Зуботехническая печь содержит камеру обжига для приема обжигаемых керамических элементов и нагревательное устройство для нагрева/обжига керамического элемента, имеющее по меньшей мере один быстродействующий нагревательный элемент для создания инфракрасного излучения в диапазоне от 0,8 до 5 мкм, который имеет один или несколько резистивных нагревательных проводников, состоящих из вольфрама и/или молибдена, причем резистивные нагревательные проводники расположены в заполненной газом камере из проницаемого для инфракрасного излучения и жаропрочного по меньшей мере до 1100°C материала, при этом нагревательные элементы расположены внутри камеры обжига, в которой расположен по меньшей мере один отражающий элемент для направления излучения от по меньшей мере одного нагревательного элемента в направлении керамического элемента, имеющий параболическое поперечное сечение.

Производственная линия для получения спечённых изделий, способ спекания ленты, спеченное изделие (варианты) и рулон керамической ленты // 2718875

Производственная линия для спекания тонких керамических изделий содержит ленту необработанного материала, которую направляют через печь, так, что печь выжигает материал органического связующего, и затем лента частично спекается без использования установочной плиты. Спеченные изделия, полученные из этой производственной линии, могут быть тонкими с относительно большими площадями поверхности; и, несмотря на то, что они, по существу, неполированные, имеют мало дефектов поверхности, вызванных спеканием.

Двухванная отражательная печь для переплава алюминиевого лома // 2717754

Изобретение относится к двухванной отражательной печи для переплава алюминиевого лома. Печь содержит корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенками, ограниченные подами и стенками накопительные ванны, наклонные площадки, два больших свода - нижний и верхний, расположенные один над другим с образованием между ними промежутка для дымохода, верхние своды над наклонными площадками, рабочие и шлаковые окна с устройством для подъема и опускания заслонки рабочего и шлакового окон, имеющим электрический привод, сливные летки, сварной каркас, на котором размещен корпус, газоход со встроенным в боров экономайзером и систему пылегазоочистки, выполненную с возможностью работы на естественной и искусственной тяге, при этом сварной каркас залит бетоном с наполнителем из диатомитовой крошки, имеет три теплоизоляционных слоя из легковесного кирпича и листового асбокартона под подиной, три теплоизоляционных слоя из легковесного кирпича ШЛ-0,4 и четыре слоя листового асбокартона под наклонной площадкой, две наклонные площадки и поды двух ванн выполнены из корундовых блоков КС-95, уложенных на три слоя асбокартона с подбивкой из диатомитовой крошки, смешанной с измельченной асбестовой крошкой, при этом наклонные площадки и поды двух ванн разделены стенкой, к каркасу печи приварен стальной короб, имеющий теплоизоляцию между ним и каждой стенкой, состоящую из асбестовой крошки, огнеупорной ваты, огнеупорных матов, диатомитовой крошки и теплоизоляционного муллитового марки МЛФ-260 стекловолокнистого слоя, верхние своды над наклонными площадками и ваннами имеют двойной слой огнеупорного теплоизоляционного муллитокремнеземистого войлока МКРВ-200, двойной слой огнеупорных теплоизоляционных матов, при этом в передней торцевой стенке размещены шесть трехрядных инжекционных горелок среднего давления, направленных под углом на наклонные площадки, в задней торцевой стенке размещены шесть трехрядных тридцатитрехсмесительных горелок, направленных под углом на подины, в стенках печи выполнены четыре рабочих окна, два из которых - шлаковые, в задней торцевой стене выполнены четыре летки.

Способ наслаивания многослойной панели остекления // 2715849

Изобретение относится к многослойным панелям остекления в качестве панелей остекления транспортных средств, в качестве архитектурных панелей, огнестойких панелей, безопасного остекления и касается способа наслаивания многослойной панели, не включающего автоклавирование, а также к устройству для его осуществления.

Способ безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства и устройство для его реализации // 2710250

Изобретение относится к технологии и устройству для селективного получения цинка и свинца (или их оксидов) из пыли металлургического производства и отходов производства цинка аналогичного состава. Непрерывное безуглеродное селективное извлечение цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства включает селективное извлечение свинца и цинка, протекающее в двух последовательно расположенных реакционных зонах.

Двухванная отражательная печь для переплава алюминиевого лома // 2707370

Способ переработки марганецсодержащего сырья // 2697681

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при переработке марганецсодержащего сырья. Процесс выплавки ведется непрерывно в трехзонной печи.

Светоотверждающая печь // 2664146

Настоящее изобретение относится к светоотверждающей печи (1; 100), содержащей: светоотверждающую камеру (2), выполненную с возможностью помещения в нее одного или нескольких изделий (А), подлежащих светоотверждению; источник (3) светоотверждающих лучей, расположенный внутри светоотверждающей камеры (2); вакуумный насос (4), имеющий по меньшей мере один всасывающий канал (5), сообщающийся с указанной светоотверждающей камерой (2); средство (6; 106) перемещения, обеспечивающее перемещение указанных изделий (А) во время процесса светоотверждения.

Устройство для нагрева полимеров при термическом анализе // 2650826

Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано для термического анализа полимеров. Предложено устройство для нагрева полимеров при термическом анализе, состоящее из горизонтально ориентированной керамической трубы, расположенной в кожухе с прилегающей теплоизоляцией, и нагревателя поверх керамической трубы в виде нихромовой обмотки, с расположенным внутри трубы анализируемым полимерным материалом, причем в керамической трубе соосно с ней дополнительно установлена кварцевая труба с подводом азота и отводом пиролитических газов, в которой по длине вдоль оси устройства расположен длинномерный полимерный материал, а между кварцевой трубой и керамической трубой, снабженной нагревателем в виде нихромовой обмотки с постоянным шагом с разъемами для подачи электроэнергии, расположена дополнительная керамическая труба с нагревателем в виде нихромовой обмотки с переменным шагом, определяемым формулой (n+2)⋅1 мм, где n - номер витка обмотки, с разъемами для подачи электроэнергии, при этом кварцевая и керамические трубы в устройстве центрированы керамическими втулками.

Способ переработки окисленных никелевых руд // 2624880

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения ферроникеля в печи Ванюкова непрерывным процессом. Способ включает предварительную сушку никелевой руды, обжиг никелевой руды в трубчатой вращающейся печи, непрерывную загрузку полученного огарка на подину печи Ванюкова, включающей плавильную и восстановительную зоны и сифон, расплавление огарка в плавильной зоне печи, перетекание полученного расплава в восстановительную зону печи и сифон, выпуск полученного шлака и выпуск расплава ферроникеля из печи в ковш.