EP0269735A1 - Induktionsplasmaofen - Google Patents

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EP0269735A1
EP0269735A1 EP86904984A EP86904984A EP0269735A1 EP 0269735 A1 EP0269735 A1 EP 0269735A1 EP 86904984 A EP86904984 A EP 86904984A EP 86904984 A EP86904984 A EP 86904984A EP 0269735 A1 EP0269735 A1 EP 0269735A1
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EP
European Patent Office
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crucible
plasmatron
ring
power source
bottom electrode
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Withdrawn
Application number
EP86904984A
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English (en)
French (fr)
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EP0269735A4 (de
Inventor
Mikhail Yakovlevich Kaplun
Mikhail Mironovich Krutyansky
Vadim Georgievich Ladozhsky
Vladimir Sergeevich Malinovsky
Leonid Borisovich Odnopozov
Alexandr Alexandrovich Prostyakov
Alexandr Lvovich Rezunenko
Alexandr Viktorovich Svido
Evgeny Petrovich Terekhov
Nikolai Ivanovich Fomin
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VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
Original Assignee
VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
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Publication date
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Publication of EP0269735A1 publication Critical patent/EP0269735A1/de
Publication of EP0269735A4 publication Critical patent/EP0269735A4/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B11/00—Heating by combined application of processes covered by two or more of groups H05B3/00 - H05B7/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge

Definitions

  • Induction crucible oils for melting metals and alloys are known. They contain a refractory crucible surrounded by an inductor. The heat necessary for the formation of a melt in these furnaces is generated by the currents induced in the metal batch (S. A. Farbmann, I.F. Kolobnjev, "Induction Furnaces for Melting Metals and Alloys", Verlag “Metallurgia”, Moscow, 1968, p. 328).
  • furnaces are characterized by a low brine speed of the light batch and a low activity of the slag, which has a relatively low temperature.
  • the reason for the low temperature of the slag in these furnaces lies in the functional principle of these furnaces, in which the power in the electrically conductive feed is induced by the electromagnetic field of the inductor. Since slugs are an electrically non-conductive substance, no power is generated in them and they heat up through heat conduction from the molten metal.
  • plasma induction furnaces which contain a refractory crucible with an inductor comprising the crucible, a plasmatron connected to a power source and mounted above the crucible, and a base electrode which is installed in the base of the crucible and is connected to the power source of the plasmatron via a switching device ( JP-PS No. 13242/65, Nat. Kl. 10A41).
  • a plasma arc is struck between the cathode of the plasmatron and the charge, which is in electrical contact with the bottom electrode.
  • the power generated by the arc does not depend on the density of the feed, which can significantly intensify the melting process of the light batch.
  • the slag is heated in this furnace primarily by the radiation emanating from the arc, which means that the slag can reach considerable temperatures that are higher than the temperature of the metal.
  • the slag heated by the plasma arc has a significantly higher refining activity, which improves the quality of the metal.
  • the heated slag vigorously interacts with the refractory lining of the crucible and shortens its life.
  • the radiation from the plasma arc causes the upper part of the crucible to overheat, which further shortens the life of the crucible's lining.
  • the bottom electrode is subjected to high thermal loads after the batch has been melted and the metal melt has been overheated.
  • the increase in the heat load is caused by the fact that in addition to the Joule heat which is generated in the bottom electrode by the currents flowing in it, the heat which is transferred to the bottom electrode by the overheated melt which passes through in the zone of the end face of the bottom electrode Forces of the electromagnetic interaction of the current with the own magnetic field circulate. This phenomenon increases the melting of the bottom electrode and causes it to fail prematurely.
  • the invention has for its object to perfect the construction of a plasma induction furnace so that there is no destruction of the functional elements of the furnace (the lining of the crucible, the bottom electrode) at high power of the plasmatron, thereby increasing the life and reliability of the furnace and its technological possibilities are expanded.
  • This object is achieved in that in a plasma induction furnace which contains a refractory crucible with an inductor comprising the crucible, a plasmatron connected to a power source, mounted above the crucible, and a bottom electrode which is arranged in the bottom of the crucible and to the power source of the plasmatron is connected via a switching device, according to the invention, the upper part of the crucible is formed in the form of a cooled metal ring.
  • a plasma induction furnace manufactured according to the present invention is of high reliability and long service life as a result of the protection of the crucible from the radiation from the arc and the action of the active hot slags with the aid of the cooled metal ring and also as a result of the current supply through the metal ring and the currentless mowing the bottom electrode after the batch has melted.
  • the appropriate plasma induction furnace has a high performance due to the increase in the power generated by the plasmatron, wide technological possibilities of the unit and a high quality of the metal due to the use of any reactive slags and high temperatures of the plasma arc.
  • the plasma induction furnace contains a refractory crucible 1 with an inductor 2 comprising the crucible 1, a plasmatron 3, which is arranged above the crucible 1 and connected to a power source 4, and a bottom electrode 5, which is installed in the bottom of the crucible 1 and via the Contact "a" of a Umscnaltvorricntung 6 is connected to the power source 4 of the plasmatron 3.
  • the upper part of the crucible 1 is formed in the slag zone in the form of a cooled metal ring 8.
  • the ring 8 is electrically coupled via the contact “b” of the switching device 6 to the current source 4 of the plasmatron.
  • a two-way switch with contacts "a” and "b” is used as the switching device 6.
  • water, evaporation, air cooling or cooling by a liquid metal is used.
  • the material from which the ring is made - copper, steel or another metal - has a high thermal conductivity and low activity towards the batch.
  • a current source 9 is provided for applying a voltage to the inductor 2, but the current sources 4 and 9 can also be combined to form a current source.
  • To achieve a hermetic seal of the work space and reduce the heat losses of the crucible 1 has a DEK- k el 10. Also located in the wall of the crucible 1, a tap hole. 11
  • the plasma induction furnace according to the invention works as follows.
  • the current sources 4 and 9 are switched on, the current source 4 being connected to the bottom electrode 5 via the contact "a" of the switching device 6.
  • An arc 12 is ignited between the plasmatron 3 and the batch, which burns a shaft into the batch and transfers its heat output to the metal to be remelted.
  • the batch is filled and the process is repeated until the level of the melt 13 in the crucible 1 reaches the height of the ring 8.
  • the melting process of the batch proceeds with a high intensity due to the simultaneous action of the plasmatron 3 and the inductor 2.
  • the cooling of the ring 8 with the aid of a coolant and the high Thermal conductivity of the material from which the ring 8 is made maintains a low temperature on the surface of the ring 8 which comes into contact with the slag, as a result of which the slag is strongly cooled in the zone of the ring 8, which leads to the formation of a projection 14 which protects the ring 8 from the action of the melt 13, the slag and the radiation from the arc 12.
  • Any active slag can be introduced into the furnace according to the invention and heated to high temperatures with the help of the plasma arc 12, which considerably expands the technological possibilities of the furnace and improves the quality of the refined melt 13.
  • the melt 13 is tapped through the tap hole 11.
  • the plasma induction furnace can be used to melt ferrous and non-ferrous metals and alloys.

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Abstract

Der Plasmainduktionsofen enthält einen feuerfesten Tiegel (1) mit einem den Tiegel (1) umfassenden Induktor (2), ein an eine Stromquelle (4) angeschlossenes über dem Tiegel (1) angebrachtes Plasmatron (3) und eine Bodenelektrode (5), die im Boden des Tiegels (1) angeordnet und an die Stromquelle (4) des Plasmatrons (3) über eine Umschaltvorrichtung (6) angeschlossen ist. Der obere Teil des Tiegels (1) ist in Form eines gekühlten Metallrings (8) ausgebildet, der mit der Umschaltvorrichtung (6) elektrisch gekoppelt ist.

Description

    Stand der Technik
  • Es sind Induktionstiegelsohmelzöien zum Schmelzen von Metallen und Legierungen bekannt. Sie enthalten einen feuerfesten Tiegel, der von einem Induktor umgeben ist. Die für die Entstehung einer Schmelze in diesen Öfen notwendige Wärme entsteht durch die in der Metallcharge induzierten Ströme (S. A. Farbmann, I.F. Kolobnjev, "Induktionsöfen zum Schmelzen von Metallen und Legierungen", Verlag "Metallurgia", Moskau, 1968, S. 328).
  • Diese Öfen sind durch eine niedrige Sohmelzgesohwindigkeit der leichten Charge und eine geringe Aktivität der Schlakke gekennzeichnet, die eine relativ niedrige Temperatur hat. Die Ursache für die niedrige Temperatur der Schlacke in diesen Öfen liegt im Funktionsprinzip dieser Öfen, in denen die Leistung in der elektrisch leitenden Beschickung durch das elektromagnetische Feld des Induktors induziert wird. Da Schlakken einen elektrisch nichtleitenden Stoff darstellen, wird in ihnen keine Leistung erzeugt und sie erhitzen sich durch Wärmeleitung vom geschmolzenen Metall.
  • Außerdem sind Plasmainduktionsöfen bekannt, die einen feuerfesten Tiegel mit einem den Tiegel umfassenden Induktor, ein an eine Stromquelle angeschlossenes, über dem Tiegel angebrachtes Plasmatron und eine Bodenelektrode enthalten, die im Boden des Tiegels installiert und an die Stromquelle des Plasmatrons über eine Umschaltvorrichtung angeschlossen ist (JP-PS Nr. 13242/65, Nat. Kl. 10A41).
  • Beim Zuführen einer Speisung an die Bodenelektrode kommt es zum Zünden eines Plasmalichtbogens zwischen der Katode des Plasmatrons und der Charge, die mit der Bodenelektrode elektrisch in Kontakt steht. Die vom Lichtbogen erzeugte Leistung hängt nicht von der Dichte der Beschickung ab, wodurch der Schmelzprozeß der leichten Charge erheblich intensiviert werden kann.
  • Die Schlacke wird in diesem Ofen vor allem durch die vom Lichtbogen ausgehende Strahlung erhitzt, wodurch erhebliche Temperaturen der Schlacke erzielt werden können, die über der Temperatur des Metalls liegen.
  • Die durch den Plasmalichtbogen erhitzte Schlacke weist eine wesentlich höhere Raffinationsaktivität auf, wodurch die Qualität des Metalls verbessert wird. Dabei tritt jedoch die erhitzte Schlacke energisch mit der feuerfesten Auskleidung des Tiegels in Wechselwirkung und verkürzt deren Lebensdauer. Außerdem bewirkt die Strahlung des Plasmalichtbogens eine überhitzung des oberen Teils des Tiegels, was noch mehr die Lebensdauer der Auskleidung des Tiegels verkürzt. Diese Erscheinungen begrenzen die vom Plasmatron erzeugte Leistung.
  • Die Bodenelektrode steht in dem bekannten Ofen nach dem Schmelzen der Charge und dem Überhitzen der Metallschmelze unter großer Wärmebelastung. Die Erhöhung der Wärmebelastung ist dadurch verursacht, daß zu der Jouleschen Wärme, die in der Bodenelektrode durch die in ihr fließenden Ströme entsteht, die Wärme hinzukommt, die an die Bodenelektrode von der überhitzten Schmelze übertragen wird, die in der Zone der Stirnseite der Bodenelektrode durch Kräfte der elektromagnetischen Wechselwirkung des Stroms mit dem eigenen Magnetfeld zirkuliert. Diese Erscheinung verstärkt das Abschmelzen der Bodenelektrode und bewirkt deren vorzeitigen Ausfall.
    • Offenbarung Jer Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion eines Plasmainduktionsofens so zu vervollkommenen, daß es bei großer Leistung des Plasmatrons nicht zur Zerstörung der Funktionselemente des Ofens (der Auskleidung des Tiegels, der Bodenelektrode) kommt, wodurch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Ofens erhöht und seine technologischen Möglichkeiten erweitert werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Plasmainduktionsofen, der einen feuerfesten Tiegel mit einem den Tiegel umfassenden Induktor, ein an eine Stromquelle angeschlossenes, über dem Tiegel angebrachtes Plasmatron und eine Bodenelektrode enthält, die im Boden des Tiegels angeordnet und an die Stromquelle des Plasmatrons über eine Umschaltvorrichtung angeschlossen ist, gemäß der Erfindung der obere Teil des Tiegels in Form eines gekühlten Metallrings ausgebildet wird.
  • Es ist zweckmäßig, den Metallring elektrisch mit der einen Zweiwegumschalter darstellenden Umschaltvorrichtung zu koppeln.
  • Ein nach der vorliegenden Erfindung hergestellter Plasmainduktionsofen ist durch eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer als Folge des Schutzes des Tiegels vor der Strahlung des Lichtbogens und der Einwirkung der aktiven heißen Schlacken mit Hilfe des gekühlten Metallrings und auch zusätzlich als Folge der Stromzuführung durch den Metallring und des Stromlosmaohens der Bodenelektrode nach dem Herunterschmelzen der Charge gekennzeichnet. Der erfindungs-. gemäße Plasmainduktionsofen hat eine hohe Leistung infolge der Erhöhung der vom Plasmatron erzeugten Leistung, weite technologische Möglichkeiten des Aggregats und eine hohe Qualität des Metalls infolge der Anwendung beliebiger reaktionsaktiver Schlacken und hoher Temperaturen des Plasmalichtbogens.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung einer konkreten Ausführungsvariante und anhand der beigelegten Zeichnung erläutert, in der im Schnitt ein erfindungsgemäßer Plasmainduktionsofen abgebildet ist.
    • Beste Ausführungsvariante der Erfindung
  • Der Plasmainduktionsofen, enthält einen feuerfesten Tiegel 1 mit einem den Tiegel 1 umfassenden Induktor 2, ein Plasmatron 3, das über dem Tiegel 1 angeordnet und an eine Stromquelle 4 angeschlossen ist, und eine Bodenelektrode 5, die im Boden des Tiegels 1 installiert und über den Kontakt "a" einer Umscnaltvorricntung 6 an die Stromquelle 4 des Plasmatrons 3 angeschlossen ist.
  • Der obere Teil des Tiegels 1 ist in der Schlackenzone in Form eines gekühlten Metallrings 8 ausgebildet. Der Ring 8 ist über den Kontakt "b" der Umschaltvorrichtung 6 mit der Stromquelle 4 des Plasmatrons elektrisch gekoppelt. Als Umschaltvorrichtung 6 wird ein Zweiwegumschalter mit den Kontakten "a" und "b" verwendet. Zum Kühlen des Rings 8 benutzt man Wasser-, Verdunstungs-, Luftkühlung oder Kühlung durch ein flüssiges Metall. Der Stoff, aus dem der Ring besteht --Kupfer, Stahl oder ein anderes Metall, besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Aktivität gegenüber der Charge.
  • Zum Anlegen einer Spannung an den Induktor 2 ist eine Stromquelle 9 vorgesehen, die Stromquellen 4 und 9 können jedoch auch zu einer Stromquelle zusammengelegt werden. Zur Erzielung eines hermetischen Abschlusses des Arbeitsraums und zur Senkung der Wärmeverluste hat der Tiegel 1 einen Dek- kel 10. Außerdem befindet sich in der Wand des Tiegels 1 ein Abstichloch 11.
  • Der erfindungsgemäße Plasmainduktionsofen funktioniert folgendermaßen.
  • Nach der Beschickung des Tiegels 1 mit der Charge werden die Stromquellen 4 und 9 eingeschaltet, wobei die Stromquelle 4 über den Kontakt "a" der Umschaltvorrichtung 6 mit der Bodenelektrode 5 verbunden ist. Zwischen dem Plasmatron 3 und der Charge wird ein Lichtbogen 12 gezündet, der in die Charge einen Schacht hineinbrennt und seine Wärmeleistung an das umzuschmelzende Metall überträgt. Nach dem Schmelzen der ersten Beschickung wird die Charge aufgefüllt, und der ProzeB wiederholt sich, bis der Spiegel der Schmelze 13 im Tiegel l die Höhe des Rings 8 erreicht. Der Schmelzprozeß der Charge verläuft mit einer hohen Intensität infolge der gleichzeitigen Wirkung des Plasmatrons 3 und des Induktors 2. Wenn der Ofen mit der Schmelze 13 gefüllt ist, wird ein Schlackenbad der erforderlichen Zusammensetzung gemacht und die Umschaltvorrichtung 6 so umgeschaltet, daß der Ring 8 über den Kontakt "b" mit der Stromquelle 4 verbunden ist. Der Speisestrom des Lichtbogens 12 fließt in diesem Fall durch folgende Kette: Stromquelle 4 - Kontakt "b" der Umschaltvorrichtung 6 - Metallring 8 - Metallschmelze 13 - Lichtbogen 12 -- Plasmatron 3. Dabei fließt der Strom nicht durch die Bodenelektrode 5, die JoulEsche Erwärmung und die durch die Wechselwirkung des Stroms mit dem eigenen Magnetfeld der Schmelze 13 hervorgerufene Bewegung der Schmelze hören auf, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Bodenelektrode 5 wesentlich erhöht werden. Die Dichte. des durch den Ring 8 fließenden Stroms ist infolge der großen Oberfläche des Rings 8 so gering, daß praktisch die Wärmebelastung des Rings 8 nicht erhöht wird.
  • Während des Betriebs des Ofens wird durch die Kühlung des Rings 8 mit Hilfe eines Kühlmittels und durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Stoffs, aus dem der Ring 8 besteht, auf der mit der Schlacke in Berührung kommenden Oberfläche des Rings 8 eine niedrige Temperatur aufrechterhalten, wodurch die Schlacke in der Zone des Rings 8 stark abgekühlt wird, was zur Bildung eines Ansatzes 14 führt, der den Ring 8 vor der Einwirkung der Schmelze 13, der Schlacke und der Strahlung des Lichtbogens 12 schützt. In den erfindungsgemä-Ben Ofen kann man beliebige aktive Schlacke einbringen und sie bis auf hohe Temperaturen mit Hilfe des Piasmalichtbogens 12 erhitzen, was die technologischen Möglichkeiten des Ofens wesentlich erweitert und die Qualität der raffinierten Schmelze 13 verbessert.
  • Nach Beendigung des Schmelzprozesses erfolgt der Abstich der Schmelze 13 durch das Abstichloch 11.
    • Industrielle Anwendbarkeit
  • Der Plasmainduktionsofen kann zum Schmelzen von Eisen-- und Nichteisenmetallen und Legierungen verwendet werden.

Claims (2)

1. Plasmainduktionsofen, der einen feuerfesten Tiegel (1) mit einem den Tiegel (1) umfassenden Induktor (2), ein an eine Stromquelle (4) angeschlossenes, über dem Tiegel (1) angebrachtes Plasmatron (3) und eine Bodenelektrode (5) enthält, die im Boden des Tiegels (1) angeordnet und an die Stromquelle (4) des Plasmatrons (3) über eine Umschaltvorrichtung (6) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Tiegels (1) in Form eines gekühlten Metallrings (8) ausgebildet ist.
2. Plasmainduktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (8) mit der einen Zweiwegumschalter darstellenden Umschaltvorrichtung (6) elektrisch gekoppelt ist.
EP19860904984 1986-05-29 1986-05-29 Induktionsplasmaofen. Withdrawn EP0269735A4 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/SU1986/000049 WO1987007468A1 (fr) 1986-05-29 1986-05-29 Four a plasma a fonctionnement par induction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0269735A1 true EP0269735A1 (de) 1988-06-08
EP0269735A4 EP0269735A4 (de) 1988-09-28

Family

ID=21617000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19860904984 Withdrawn EP0269735A4 (de) 1986-05-29 1986-05-29 Induktionsplasmaofen.

Country Status (3)

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EP (1) EP0269735A4 (de)
JP (1) JPS63503490A (de)
WO (1) WO1987007468A1 (de)

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Publication number Publication date
WO1987007468A1 (fr) 1987-12-03
JPS63503490A (ja) 1988-12-15
EP0269735A4 (de) 1988-09-28

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RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: TEREKHOV, EVGENY PETROVICH

Inventor name: KAPLUN, MIKHAIL YAKOVLEVICH

Inventor name: KRUTYANSKY, MIKHAIL MIRONOVICH

Inventor name: FOMIN, NIKOLAI IVANOVICH

Inventor name: LADOZHSKY, VADIM GEORGIEVICH

Inventor name: SVIDO, ALEXANDR VIKTOROVICH

Inventor name: PROSTYAKOV, ALEXANDR ALEXANDROVICH

Inventor name: MALINOVSKY, VLADIMIR SERGEEVICH

Inventor name: ODNOPOZOV, LEONID BORISOVICH

Inventor name: REZUNENKO, ALEXANDR LVOVICH