CN103245192B - 中频感应炉及高炉-中频感应炉组合熔炼系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种中频感应炉及高炉-中频感应炉组合熔炼系统。该中频感应炉包括炉壳以及套设在所述炉壳内的炉胆，所述炉胆上绕制有感应线圈；还包括设置在所述炉壳上部、与所述炉胆连通、用于排出金属液液面上浮渣的排渣机构，以及设置在所述炉壳下部、与所述炉胆连通、用于排出金属液的出液机构。由于避免了人工作业，因此大大提高了中频感应炉的安全性能；而且，由于可以及时的排渣以及释放金属液，不但可以实现连续作业，大幅度提高作业的效率，而且能够在很大程度上降低铸件产品废品率。

Description

中频感应炉及高炉-中频感应炉组合熔炼系统

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种中频感应炉及高炉-中频感应炉组合熔炼系统。

背景技术

中频感应炉是一种利用中频（频率在50Hz～10000Hz之间）电源建立中频磁场使铁磁材料内部产生涡流并发热，利用物料的感应电热效应而使物料加热熔化的一种冶炼设备，现在已经广泛用于金属或合金的熔炼、压铸前熔化或保温、锻冲压和弯管成型前的透热处理，例如碳钢、特种钢、铜、铝等有色金属的熔炼和提纯等等。现有技术中的中频感应炉包括炉壳以及套设在炉壳内的炉胆，炉胆上绕制有感应线圈，还包括炉底板、固定架、倾动油缸、水冷电缆、耐火材料、磁轭等组件。

随着工业生产的不断发展，对金属液的熔炼质量提出了更高的要求，传统的熔炼系统已经不能完全适应生产需要。为了充分利用高炉熔化效率高的特点以及中频感应炉对金属液过热能力强、控制化学成分容易的特点，现有技术中多采用高炉-中频感应炉双联熔炼系统，其主要包括高炉以及与高炉连接的中频感应炉。

然而，现有技术中的中频感应炉存在以下问题：其一，需要人工排渣，这样不但需要大量的人力，而且由于工作环境温度较高，存在很大的安全隐患；其二，将锅内的金属液体倒入模具中时，需要人工在高温环境下倾倒炉口，排出金属液，同样存在安全隐患；更重要的是，由于需要不时的倾倒炉口来排出金属液，造成作业不能连续进行，极大的影响了作业效率。

而包括上述中频感应炉的高炉-中频感应炉双联熔炼系统除了存在上述问题外，由于其通常采用过桥连接的方式，高炉中的金属液流经中间的过桥部分时，由于金属液降温容易凝结，可能会出现过桥被堵塞的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种不采用人工排渣以及人工倾倒方式排出金属液的中频感应炉，提高中频感应炉的安全性能，更重要的是，可以为作业的连续性提供有力的技术支持。

进一步的，本发明还提供了一种包括该中频感应炉的高炉-中频感应炉组合熔炼系统。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种中频感应炉，包括炉壳以及套设在所述炉壳内的炉胆，所述炉胆上绕制有感应线圈；还包括设置在所述炉壳上部、与所述炉胆连通、用于排出金属液液面上浮渣的排渣机构，以及设置在所述炉壳下部、与所述炉胆连通、用于排出金属液的出液机构。

优选的，所述排渣机构为设置在所述炉壳上部、与所述炉胆连通的可闭合排渣口；所述出液机构为设置在所述炉壳下部、与所述炉胆连通的可闭合出液口。

优选的，所述排渣口以及出液口均通过塞体封堵。

优选的，所述塞体呈棱台形或者圆台形，所述排渣口以及出液口均与所述塞体形状适配。

优选的，所述塞体包括圆台型石墨注塞，所述排渣口以及出液口均设置有与所述石墨注塞形状适配的石墨注塞套。

优选的，所述排渣口对应区域的感应线圈，按所述排渣口的轮廓分布，形成与所述排渣口形状对应的开口；所述出液口对应区域的感应线圈，沿所述出液口的轮廓分布，形成于所述出液口形状对应的开口。

优选的，所述感应线圈连接三相逆变电路。

本发明还提供了一种包括上述任意一种中频感应炉的高炉-中频感应炉组合熔炼系统：

一种高炉-中频感应炉组合熔炼系统，包括高炉以及与所述高炉连接的中频感应炉，所述中频感应炉为上述任意一种中频感应炉。

优选的，所述高炉下部设置有出料口，所述中频感应炉上部设置有进料口，所述出料口与进料口之间通过过桥连接。

优选的，所述过桥为石墨材质；所述过桥上绕制有感应线圈。

（三）有益效果

本发明所提供的中频感应炉，通过在中频感应炉上部设置与所述炉胆连通，用于排出金属液液面上浮渣的排渣机构，在中频感应炉下部设置与所述炉胆连通，用于排出金属液的出液机构，避免了人工作业，大大提高了中频感应炉的安全性能；而且，由于可以及时的排渣以及释放金属液，不但可以实现连续作业，大幅度提高作业的效率，而且能够在很大程度上降低铸件产品废品率。

附图说明

图1是本发明实施例中的中频感应炉右侧结构示意图；

图2是本发明实施例中的石墨注塞套的结构示意图；

图3是本发明实施例中的石墨注塞的结构示意图；

图4是本发明实施例中的感应线圈的主视结构示意图；

图5以及图6是本发明实施例中的感应线圈的侧视结构示意图；

图7是图4中感应线圈的局部放大示意图；

图8是本发明实施例中高炉-中频感应炉组合熔炼系统的结构示意图。

图中：1：炉壳；2：炉胆；3：感应线圈；4：排渣口；5：出液口；6：石墨注塞套；7：石墨注塞；8：拿手；9：进料口；11：高炉；12：出料口；13：过桥；14：感应线圈；21：炉底板；22：耐火材料；23：主回路铜排。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

本实施例中所提供的一种中频感应炉，如图1中所示，主要包括炉壳1以及套设在炉壳1内的炉胆2，炉胆2上绕制有感应线圈3；还包括炉底板21、固定架、倾动油缸、水冷电缆、耐火材料22、磁轭、主回路铜排23等组件；本实施例中，感应炉整体呈圆柱形或者四方体形，相比于圆柱形，设计成四方体形状可以节省材料；感应线圈3连接三相逆变电路；由于中频感应炉是利用三相整流，可以实现自动调节，通过感应加热的方法对炉内的金属液进行加热、保温和温度控制。本发明的主要改进点之一在于，在炉壳1的上部，设置了与炉胆2连通的排渣机构，其主要用于排出金属液液面上的浮渣；在炉壳1的下部，设置了与炉胆2连通的出液机构，其主要用于排出金属液。

现有技术中的中频感应炉在浇注前需要人工排渣，这样不但效率低下，需要大量的人力以及时间，而且存在严重的安全隐患；本发明通过在中频感应炉上部设置排渣机构，及时排出金属液液面上的浮渣，例如杂质、熔渣等等，不但减少了人工作用量，降低了排渣的时间，增加了浇注时的安全性，而且由于在金属液浇注过程中，将杂质以及熔渣均涂在金属液面上排出，避免了杂质以及熔渣进入铸件产品，降低了铸件产品的废品率，能够大幅度提高冶炼金属的纯度以及产品质量。

现有技术中的中频感应炉在浇注时采用人工倾倒的方式排出金属液，例如，待炉中的金属融化后，人工压下扳手，将炉内的金属液体倒入模具中；这样不但可能会出现铁水包倾倒、穿包等不良后果，而且由于工作环境温度很高，操作人员的人身安全难以保障，存在严重的安全隐患；本发明通过在中频感应炉下部设置出液机构，在浇注时直接通过出液机构排出金属液，或者通过操作人员远程控制出液机构排出金属液；不但减少了人工作业量，降低了出液的时间，增加了浇注时的安全性，而且克服了现有技术中，中频感应炉不能连续作业的问题，不再一批一批的进行作业，可以实现连铸连轧、连续自动作业，极大的提高了作业效率。

本实施例中，排渣机构为设置在炉壳1上部、与炉胆2连通的可闭合排渣口4；出液机构为设置在炉壳1下部、与炉胆2连通的可闭合出液口5。排渣口4和出液口5的相对位置，与中频感应炉的吨位和所冶炼的金属有关。中频感应炉吨位不同及冶炼不同金属时，排渣口4和出液口5之间的距离采用以下的计算公式：相对距离=（中频感应炉内部容积×金属比重）/4；例如，在中频感应炉为柱体时，相对距离=（D²×π×h×金属比重）/4，其中D指的是感应线圈3的内径，h指的是中频感应炉内部容积高度，金属比重是所冶炼的金属溶液的比重值。排渣口4和出液口5之间的夹角可以是30度-180度之间任意不等。

本实施例中，排渣口4以及出液口5均通过塞体封堵，为了实现更好的封堵效果以及保温效果，塞体呈棱台形或者圆台形，排渣口4以及出液口5均与塞体形状适配。为了适应中频感应炉的温度，本实施例中的塞体选用耐高温的石墨材质的石墨注塞，石墨材料除了可以随中频感应炉的温度变化而不发形变外，不会污染铸件产品，保证铸件产品的纯度。如图2以及图3所示，本实施例中，排渣口4以及出液口5均设置了与石墨注塞7形状适配的石墨注塞套6，石墨注塞套6的一端与炉胆2联通，另一端伸出于炉壳1外部；石墨注塞7在工艺开始前塞入石墨注塞套6中，用于堵住石墨注塞套6，防止炉胆2中的金属液流出，在熔炼进行一定时间后，拔出石墨注塞7，使得上部的排渣口4将浮渣排出或者下部的出液口5将金属液排出。为了方便石墨注塞套6的安装以及更换，本实施例中的石墨注塞套6通过若干根螺杆与设置在炉壳1上的石墨注塞套支架连接，在需要更换时，只要将螺杆旋下即可更换石墨注塞套6。

本实施例中还提供了在生产实践中比较合适的石墨注塞套以及石墨注塞的尺寸；以圆台型石墨注塞以及与其适配的石墨注塞套为例：

其中，石墨注塞套6的长度最短为550mm，前端（即尖端）的内径为25mm-30mm，外径为100mm-200mm，后端（即粗端）的内径为80mm-100mm，外径为200mm-300mm；石墨注塞套6的最末端（石墨注塞7的下部）设置有与石墨注塞7内径相适应的保温层，采用的是石棉材质，厚度最薄为50mm，一般为50mm-100mm。石墨注塞套6与炉壳1呈90度垂直状态，也可以设置成稍微往下倾斜，角度在45度-90度之间。

其中，石墨注塞7的尺寸和石墨注塞套6的尺寸相匹配，石墨注塞套6的末端为中空，设置有可以供螺杆旋入的内螺纹。石墨注塞7塞入石墨注塞套6中之后，为了刚好将石墨注塞7固定在石墨注塞套6中，在石墨注塞7的外面设置有挡板，挡板的形状与石墨注塞7的后端（即粗端）的形状相匹配，直径比石墨注塞7后端（即粗端）直径略大，约为80mm。挡板上设置有孔，通过螺杆和螺母将挡板固定在炉壳1上。需要拔出石墨注塞7时，将设置有外螺纹的部分的拿手8顺着石墨注塞7内部的内螺纹拧入石墨注塞7中，然后将挡板上的螺母和垫片拧下，拔出固定挡板的螺杆。这样就可以握住拿手8，将石墨注塞7拿出来。

为了配合开设的排渣口4以及出液口5，本实施例中还对绕制在炉胆2上的感应线圈3进行了改进，如图4、图5以及图6中所示，其中，排渣口4对应区域的感应线圈，按排渣口4的轮廓分布，形成与排渣口4位置以及形状对应的开口；出液口5对应区域的感应线圈，沿出液口5的轮廓分布，形成于出液口5位置以及形状对应的开口。

本实施例中还提供了在生产实践中比较合适的开口部位以及开口形成方法：

开口部位：感应线圈的下部开口位置，一般是从底部线圈开始往上数两匝的部位，位置不能往下再降低，如果再降低，温度可能达不到所需的程度；上部开口设置在从上往下的第三匝线圈与第四匝线圈处，这样的位置设置能够保证金属液更好的还原；当然，也可以设置在其他部位，例如，设置在第一匝线圈和第二匝线圈处。本实施例中的感应线圈是绕制成彼此平行的环形，市面上常见的线圈是螺旋形的，两种形状都可以设置开口，但是螺旋形的线圈在生产时不方便装配，环形装配不但更加方便，也更加美观。

开口形成方法：首先将铜管拿直较平，然后放在模具上绕制成行。根据中频感应炉特性，在感应线圈3底部的第三匝线圈与第四匝线圈的开口部位，以感应线圈中心画100×100的中心线，两头画45度角切断；在上部的在第一匝线圈与第匝二线圈开口部位，重复上述操作。然后，如图7中所示，将A项与B项用铜焊焊接，将A项、B项焊接好后，整体与C项焊接；将D项与E项用铜焊焊接，将D、E项焊接好后，整体与C项焊接。第一个线圈组巳焊接好，其余三线圈组的焊接方式采用同样的工艺。将焊好第一个线圈组焊接到上部第一匝感应线圈上，把第二个线圈组焊接到上部第二匝感应线圈上。然后将焊好第三个线圈组焊接到底部第三匝感应线圈上，在将焊好第四个线圈组焊接到底部第四匝感应线圈上。

实施例二

本发明还提供了一种包括实施例一中所述的中频感应炉的高炉-中频感应炉组合熔炼系统。

如图8中所示的一种高炉-中频感应炉组合熔炼系统，主要包括高炉11以及与高炉11连接的中频感应炉，还包括水冷电缆、电容器柜、控制电源等组件；其中，中频感应炉为实施例一中所述的中频感应炉，在中频感应炉炉壳1的上部，设置了与炉胆2连通的排渣机构，其主要用于排出金属液液面上的浮渣；在中频感应炉炉壳1的下部，设置了与炉胆2连通的出液机构，其主要用于排出金属液。

在高炉11的下部设置有出料口12，在中频感应炉上部设置有进料口9，其中高炉11下部的出料口12，采用与实施例一中所述排渣口4以及出液口5类似的结构。出料口12与进料口9之间通过过桥13连接。现有技术中的过桥双联法能进行任意升温、保温和调质，但是高炉11中熔炼的金属液在流经中间的过桥13部分时，由于连接高炉11和中频感应炉的过桥13是采用常规的耐火砖材料，金属液降温容易凝结，可能会出现过桥13被堵塞的问题。中间过桥13是一个死区，一旦堵塞，清除起来会非常麻烦。因此，本实施例中，中间过桥13为石墨材质，能够保温且不会污染金属液；并且在过桥13上绕制有感应线圈14，这样金属液在流经过桥13时能够被保温，保证不会有凝结发生；为了简化高炉-中频感应炉组合熔炼系统的机构以及方便控制，感应线圈14和中频感应炉采用同一个电源驱动。为了方便过桥13的对接，本实施例中还在过桥13下方设置了轨道轮以及与轨道轮适配的轨道，可以在轨道上推动过桥13的左右平移。

本实施例中，还设置了载运机构，中频感应炉设置在载运机构之上；载运机构用于将中频感应炉载运至与高炉11进行过桥连接的位置或者高炉11下方与高炉11直接对接的位置。载运机构可以有多种实现方式，本实施例中的载运机构包括推车以及设置在推车行进路径上的轨道。在必要时，可以将高炉11下方炉膛侧面的出料口12封堵，将中间的石墨过桥拆除，去掉中频感应炉的炉盖，推动载运中频感应炉的推车，将中频感应炉直接推送至高炉11下方，去掉高炉11下方炉膛下部的钢板，让高炉11的炉口直接对准中频感应炉的炉口。这样也能够完成作业任务。

本实施例中的高炉-中频感应炉组合熔炼系统综合了现有的高炉熔炼方法和中频感应炉熔炼工艺，相较于传统高炉生产技术，该产品更好的节约高炉铁液冷却铸锭时间，提高生产效率。同时还可以直接生产各种有色金属，阳极泥系列；或针对冶炼厂的各种氧化物废渣、灰进行二次回收冶炼。该产品减少了熔化的过程，降低能源消耗和废气废渣的二次回收，响应了国家节能减排的号召。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种中频感应炉，包括炉壳以及套设在所述炉壳内的炉胆，所述炉胆上绕制有感应线圈；其特征在于，还包括设置在所述炉壳上部、与所述炉胆连通、用于排出金属液液面上浮渣的排渣机构，以及设置在所述炉壳下部、与所述炉胆连通、用于排出金属液的出液机构；

所述排渣机构与所述出液机构的相对距离按照以下公式确定：相对距离＝(中频感应炉内部容积×金属比重)/4。

2.根据权利要求1所述的中频感应炉，其特征在于，所述排渣机构为设置在所述炉壳上部、与所述炉胆连通的可闭合排渣口；所述出液机构为设置在所述炉壳下部、与所述炉胆连通的可闭合出液口。

3.根据权利要求2所述的中频感应炉，其特征在于，所述排渣口以及出液口均通过塞体封堵。

4.根据权利要求3所述的中频感应炉，其特征在于，所述塞体呈棱台形或者圆台形，所述排渣口以及出液口均与所述塞体形状适配。

5.根据权利要求4所述的中频感应炉，其特征在于，所述塞体包括圆台型石墨注塞，所述排渣口以及出液口均设置有与所述石墨注塞形状适配的石墨注塞套。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的中频感应炉，其特征在于，所述排渣口对应区域的感应线圈，按所述排渣口的轮廓分布，形成与所述排渣口形状对应的开口；所述出液口对应区域的感应线圈，沿所述出液口的轮廓分布，形成与所述出液口形状对应的开口。

7.根据权利要求6所述的中频感应炉，其特征在于，所述感应线圈连接三相逆变电路。

8.一种高炉-中频感应炉组合熔炼系统，包括高炉以及与所述高炉连接的中频感应炉，其特征在于，所述中频感应炉为如权利要求1-7任意一项所述的中频感应炉。

9.根据权利要求8所述的高炉-中频感应炉组合熔炼系统，其特征 在于，所述高炉下部设置有出料口，所述中频感应炉上部设置有进料口，所述出料口与进料口之间通过过桥连接。

10.根据权利要求9所述的高炉-中频感应炉组合熔炼系统，其特征在于，所述过桥为石墨材质；所述过桥上绕制有感应线圈。