RU177465U1

RU177465U1 - Induction induction crucible furnace with ring stacked magnetic core

Info

Publication number: RU177465U1
Application number: RU2016148320U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Егорович Левшин; Александр Геннадьевич Левшин
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2018-02-26

Abstract

Индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом предназначена для использования в металлургии и литейном производстве для выплавки различных сплавов, доведения расплава до необходимых свойств и выдержки его для порционной разливки. Печь содержит скрепленные вместе каркас с верхней и нижней плитами, футерованный тигель, охлаждаемый индуктор с электроизолированными витками и токоподводом, наружный наборный магнитопровод. Между тиглем и индуктором размещена цилиндрическая обечайка. Магнитопровод выполнен в виде кольцевого кожуха. Обечайка и магнитопровод расположены между плитами с образованием замкнутой кольцевой полости для размещения индуктора и хладагента. Значительно расширяется сфера использования индукционных плавки и тигельной печи путем снижения энергоемкости плавки, уменьшения эксплуатационных расходов и занимаемой площади, повышения защищенности индуктора и работающих и надежности работы печи.Induction induction crucible furnace with an annular type-setting magnetic circuit is designed for use in metallurgy and foundry for the smelting of various alloys, bringing the melt to the required properties and holding it for batch casting. The furnace contains a frame fastened together with upper and lower plates, a lined crucible, a cooled inductor with electrically insulated turns and current lead, and an external stacked magnetic circuit. A cylindrical shell is placed between the crucible and the inductor. The magnetic circuit is made in the form of an annular casing. The shell and the magnetic circuit are located between the plates with the formation of a closed annular cavity to accommodate the inductor and refrigerant. The scope of the use of induction melting and crucible furnace is expanding significantly by reducing the energy consumption of the melting, reducing operating costs and occupied space, increasing the security of the inductor and working and the reliability of the furnace.

Description

Полезная модель относится преимущественно к металлургии и литейному производству, в частности к конструкциям индукционных индукторных тигельных печей, имеющих наборный магнитопровод из электротехнической стали и применяемых для выплавки различных сплавов, доведения расплава до необходимых свойств и выдержки его для порционной разливки.The utility model relates mainly to metallurgy and foundry, in particular, to designs of induction induction crucible furnaces having a built-in magnetic circuit from electrical steel and used for smelting various alloys, bringing the melt to the required properties and holding it for portion casting.

Известна индукционная индукторная тигельная печь, содержащая скрепленные вместе металлический каркас, стальной, чугунный или футерованный огнеупорный тигель, однослойный водоохлаждаемый электроизолированный трубчатый индуктор с токоподводом, неферромагнитный кольцевой сплошной электропроводный экран. Футерованный тигель опирается на внутреннюю поверхность индуктора и создает вместе с расплавом давление на него, особенно при сливе расплава. Витки индуктора, охватывающие цилиндрический тигель с ванной, расположены максимально близко к тиглю преимущественно в горизонтальной плоскости соосно с вертикальной осью тигля и являются опорой для него. Витки выполнены полыми из специальной медной трубки, внутри которой под давлением до 0,2 - 0,7 МПа протекает со скоростью 1-1,5 м/с охлаждающая кондиционная вода: дистиллированная или с содержанием механических примесей до 80 г/м³, жесткостью до 7 г-экв/м³, температурой 35-40°С и водородным показателем рН=7. Поверх трубки нанесен электроизоляционный слой. (Фарбман С.А. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов / С.А. Фарбман, И.Ф. Колобнев. - М.: Металлургия, 1968. - С. 331, 335).A known induction induction crucible furnace comprising a metal frame fastened together, a steel, cast-iron or lined refractory crucible, a single-layer water-cooled electrically insulated tubular inductor with a current supply, a non-ferromagnetic continuous ring conductive screen. The lined crucible rests on the inner surface of the inductor and creates pressure with it along with the melt, especially when the melt is drained. The turns of the inductor, covering a cylindrical crucible with a bath, are located as close to the crucible as possible, mainly in the horizontal plane, coaxially with the vertical axis of the crucible and are a support for it. The turns are hollow from a special copper tube, inside which under pressure up to 0.2 - 0.7 MPa, cooling air flows at a speed of 1-1.5 m / s: distilled or with a content of mechanical impurities up to 80 g / m ³ , hardness up to 7 g-equiv / m ³ , a temperature of 35-40 ° C and a pH value of pH = 7. An insulating layer is applied over the tube. (Farbman S.A. Induction furnaces for melting metals and alloys / S.A. Farbman, I.F. Kolobnev. - M.: Metallurgy, 1968. - S. 331, 335).

Основным недостатком индукционной индукторной тигельной печи является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:The main disadvantage of the induction induction crucible furnace is the limited scope of use, due to the following reasons:

- повышенным расходом энергии на создание рабочего магнитного потока, так как, не смотря на требование размещения стенок тигля максимально близко к виткам индуктора, существенная часть рабочего магнитного потока с наибольшим значением индукции не используется, поскольку проходит по толстым неэлектропроводным стенкам футерованного тигля, а не по шихте или расплаву. Помимо рабочего магнитного потока индуктор создает и магнитный поток рассеяния такой же величины, не участвующий в нагреве шихты и расплава. Все это уменьшает полезное использование магнитного потока почти до 40%, а естественный коэффициент мощности cos ϕ - до 0,03-0,10 и повышает расход энергии; - increased energy consumption for creating a working magnetic flux, since, despite the requirement of placing the crucible walls as close as possible to the turns of the inductor, a significant part of the working magnetic flux with the highest induction value is not used, because it passes through the thick non-conductive walls of the lined crucible, and not along charge or melt. In addition to the working magnetic flux, the inductor also creates a scattering magnetic flux of the same magnitude, which is not involved in heating the charge and melt. All this reduces the useful use of magnetic flux to almost 40%, and the natural power factor cos ϕ - up to 0.03-0.10 and increases energy consumption;

- дополнительно повышенным расходом энергии, значительными габаритами и высокой стоимостью применяемого устройства для слива расплава из-за необходимости поворота всей тяжелой и громоздкой печи;- additionally increased energy consumption, significant dimensions and high cost of the used device for draining the melt due to the need to turn the entire heavy and bulky furnace;

- повышенными эксплуатационными расходами на обеспечение безаварийной работы печи из-за вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле;- increased operating costs for ensuring trouble-free operation of the furnace due to leakage of the melt to the inductor during the formation of cracks in the crucible;

- повышенными эксплуатационными расходами по кондиционированию воды и созданию повышенного давления вследствие охлаждения полых витков индуктора кондиционной водой;- increased operating costs for water conditioning and the creation of high pressure due to cooling of the hollow turns of the inductor with conditioned water;

- повышенным расходом кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой зоны футерованного тигля из-за повышенных скорости и давления ее в трубке индуктора, чтобы обеспечить ее температуру не выше 35-40°С;- increased consumption of conditioned water for cooling the inductor and the collar zone of the lined crucible due to its increased speed and pressure in the inductor tube to ensure its temperature is not higher than 35-40 ° C;

- повышенными расходами на изготовление индуктора из специальной медной трубки для обеспечения его необходимой прочности и его эксплуатации;- increased costs for the manufacture of the inductor from a special copper tube to ensure its necessary strength and its operation;

- повышенными габаритами и массой печи и увеличенной занимаемой производственной площадью, так как поток рассеяния вызывает нагрев близкорасположенных электропроводных частей каркаса, поэтому эти части и электропроводный экран удаляют от индуктора;- increased dimensions and mass of the furnace and increased occupied production area, since the scattering flux causes heating of the nearby conductive parts of the frame, so these parts and the conductive screen are removed from the inductor;

- пониженной защищенностью и надежностью работы тигля и индуктора печи из-за близкого размещения витков индуктора вокруг тигля и склонности футеровки тигля к прогоранию и образованию трещин под воздействием вибрации индуктора и массы расплава и возможного повреждения индуктора расплавом, проникшим сквозь трещины к индуктору;- reduced security and reliability of the crucible and furnace inductor due to the close placement of the turns of the inductor around the crucible and the tendency of the lining of the crucible to burn and crack due to vibration of the inductor and the mass of the melt and possible damage to the inductor by the melt penetrating through the cracks to the inductor;

- вредным влиянием магнитного потока рассеяния на здоровье работников, так как очень трудно обеспечить величину индукции переменного магнитного поля ниже предельно допустимого уровня (ПДУ), особенно у открытого тигля;- the harmful effect of the scattering magnetic flux on the health of workers, since it is very difficult to ensure the magnitude of the induction of an alternating magnetic field below the maximum permissible level (MPD), especially in an open crucible;

- повышенной вибрацией трубчатых медных жестких витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.- increased vibration of the tubular copper hard coils of the inductor and, as a result, noise, adversely affecting the entire structure of the furnace and working.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предложенной полезной модели является индукционная индукторная тигельная печь с I-образными наборными магнитопроводами, содержащая скрепленные вместе каркас с верхней и нижней плитами в виде колец, футерованный огнеупорный тигель, однослойный водоохлаждаемый электроизолированный трубчатый индуктор с токоподводом, верхнюю и нижнюю охлаждающие катушки, ферромагнитный дискретный экран из нескольких, до 24, вертикальных стержневых пластинчатых I-образных магнитопроводов. Футерованный тигель опирается на внутреннюю поверхность индуктора и создает вместе с расплавом давление на него, особенно при сливе расплава. Водоохлаждаемые витки индуктора охватывают тигель и расположены максимально близко к тиглю преимущественно горизонтально и соосно с вертикальной осью тигля и являются опорой для него. Витки выполнены полыми из специальной медной трубки, внутри которой под давлением до 0,2-0,7 МПа протекает со скоростью 1-1,5 м/с охлаждающая кондиционная вода: дистиллированная или с содержанием механических примесей до 80 г/м³, жесткостью до 7 г-экв/м³, температурой 35-40°С и водородным показателем рН=7. Поверх трубки нанесен электроизоляционный слой. Вертикальные стержневые наборные I-образные магнитопроводы из электротехнической стали расположены с внешней стороны индуктора с заданным шагом по окружности и промежутками между ними, их полюса горизонтальны, размещены на нижнем и верхнем торцах магнитопровода и обращены в противоположные стороны. Это частично уменьшает поток рассеяния, но увеличивает массу и габариты печи (Современные плавильные агрегаты: вагранки, газо-кислородные печи, электрические дуговые и индукционные печи и устройства для внепечной обработки и разливки металла: сборник / Инженер.-технол. центр машиностроения ʺМеталлургʺ. - 2-я ред. с доп.и уточнениями. - М.: Металлург-консалтинг, - С. 182, 217, 220).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the proposed utility model is an induction induction crucible furnace with I-shaped stacked magnetic circuits, containing a frame fastened together with upper and lower plates in the form of rings, a lined refractory crucible, a single-layer water-cooled electrically insulated tubular inductor with current supply, upper and lower cooling coils, a ferromagnetic discrete screen of several, up to 24, vertical rod-shaped lamellar I-shaped agnitoprovodov. The lined crucible rests on the inner surface of the inductor and creates pressure with it along with the melt, especially when the melt is drained. Water-cooled coils of the inductor cover the crucible and are located as close as possible to the crucible, mainly horizontally and coaxially with the vertical axis of the crucible, and are a support for it. The turns are made hollow from a special copper tube, inside which under pressure up to 0.2-0.7 MPa, cooling air flows at a speed of 1-1.5 m / s: distilled or with a content of mechanical impurities up to 80 g / m ³ , hardness up to 7 g-equiv / m ³ , a temperature of 35-40 ° C and a pH value of pH = 7. An insulating layer is applied over the tube. Vertical rod-type stacked I-shaped magnetic cores made of electrical steel are located on the outside of the inductor with a given circumference and gaps between them, their poles are horizontal, placed on the lower and upper ends of the magnetic circuit and turned in opposite directions. This partially reduces the scattering flux, but increases the mass and dimensions of the furnace (Modern melting units: cupolas, gas-oxygen furnaces, electric arc and induction furnaces and devices for out-of-furnace metal processing and casting: collection / Engineering.-Technological center of machine building ʺMetallurgʺ. - 2nd ed. With additional clarifications. - M .: Metallurg Consulting, - S. 182, 217, 220).

Основным недостатком индукционной индукторной тигельной печи с I-образными наборными магнитопроводами является ограниченная сфера использования, обусловленная следующими причинами:The main disadvantage of the induction induction crucible furnace with I-shaped stacked magnetic circuits is the limited scope of use, due to the following reasons:

- повышенным расходом энергии, так как, не смотря на требование размещения стенок тигля максимально близко к виткам индуктора, существенная часть рабочего магнитного потока с наибольшим значением индукции не используется, поскольку проходит по толстым неэлектропроводным стенкам тигля, а не по шихте или расплаву. Помимо рабочего магнитного потока индуктор создает и магнитный поток рассеяния такой же величины, не участвующий в нагреве шихты и расплава. Все это уменьшает полезное использование магнитного потока почти до 40%,- increased energy consumption, since, despite the requirement of placing the crucible walls as close as possible to the turns of the inductor, a significant part of the working magnetic flux with the highest induction value is not used, because it passes through the thick non-conductive walls of the crucible, and not along the charge or melt. In addition to the working magnetic flux, the inductor also creates a scattering magnetic flux of the same magnitude, which is not involved in heating the charge and melt. All this reduces the useful use of magnetic flux to almost 40%,

- дополнительно повышенным расходом энергии, значительными габаритами и высокой стоимостью устройства для слива расплава из-за необходимости поворота всей тяжелой и громоздкой печи;- additionally increased energy consumption, significant dimensions and high cost of the device for draining the melt due to the need to turn the entire heavy and bulky furnace;

- повышенными эксплуатационными расходами по кондиционированию воды и созданию повышенного давления вследствие охлаждения полых витков индуктора и охлаждающих катушек кондиционной водой; - increased operating costs for water conditioning and the creation of increased pressure due to cooling of the hollow turns of the inductor and cooling coils with conditioned water;

- повышенным расходом кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой и донной зон футерованного тигля из-за повышенных скорости и давления ее в трубке индуктора, чтобы обеспечить ее температуру не выше 35…40°С;- increased consumption of conditioned water for cooling the inductor and the collar and bottom zones of the lined crucible due to its increased speed and pressure in the inductor tube to ensure its temperature is not higher than 35 ... 40 ° C;

- повышенными габаритами и массой печи и увеличенной занимаемой производственной площадью, так как магнитный поток рассеяния вызывает нагрев близкорасположенных электропроводных частей каркаса, поэтому эти части удаляют от индуктора, а вокруг индуктора устанавливают вертикальные магнитопроводы, которые, однако, не улавливают весь поток;- increased dimensions and mass of the furnace and increased occupied production area, since the magnetic flux of scattering causes heating of the nearby electrically conductive parts of the frame, therefore these parts are removed from the inductor, and vertical magnetic circuits are installed around the inductor, which, however, do not capture the entire flux;

- вредным влиянием магнитного потока рассеяния на здоровье работников, так как вертикальные магнитопроводы улавливают поток только частично и поэтому не обеспечивают величину индукции переменного магнитного поля ниже предельно допустимого уровня (ПДУ);- the harmful effect of the scattering magnetic flux on the health of workers, since the vertical magnetic circuits only partially capture the flux and therefore do not provide the magnitude of the induction of an alternating magnetic field below the maximum permissible level (MPD);

- пониженной защищенностью и надежностью печи из-за близкого размещения витков индуктора вокруг тигля и склонности футеровки тигля к прогоранию и образованию трещин под воздействием вибрации индуктора и массы расплава и возможного повреждения индуктора расплавом, проникшим сквозь трещины к индуктору;- reduced security and reliability of the furnace due to the close placement of the turns of the inductor around the crucible and the tendency of the lining of the crucible to burn and crack due to vibration of the inductor and the mass of the melt and possible damage to the inductor by the melt penetrating through the cracks to the inductor;

- повышенной вибрацией трубчатых медных витков индуктора и, как следствие, шумом, вредно влияющими на всю конструкцию печи и работающих.- increased vibration of the tubular copper coils of the inductor and, as a result, noise, harmful effect on the entire design of the furnace and working.

В основе полезной модели лежит техническая проблема обеспечения расширения сферы использования индукционных плавки и тигельной печи путем снижения энергоемкости плавки, уменьшения эксплуатационных расходов и занимаемой площади, повышения защищенности индуктора и работающих и надежности работы печи.The utility model is based on the technical problem of expanding the scope of use of induction melting and crucible furnace by reducing the energy consumption of the melting, reducing operating costs and occupied space, increasing the security of the inductor and workers and the reliability of the furnace.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что индукционная индукторная тигельная печь, содержащая скрепленные вместе каркас с верхней и нижней плитами, футерованный тигель, охлаждаемый индуктор с электроизолированными витками и токо-подводом, наружный наборный магнитопровод, согласно полезной модели дополнительно снабжена цилиндрической обечайкой, размещенной между тиглем и индуктором, магнитопровод выполнен в виде кольцевого кожуха, причем обечайка и магнитопровод расположены между плитами с образованием замкнутой кольцевой полости для размещения индуктора и хладагента.The solution to this technical problem is achieved by the fact that the induction induction crucible furnace containing the frame fastened together with the upper and lower plates, a lined crucible, a cooled inductor with electrically insulated coils and a current lead, an external stacked magnetic circuit, according to a utility model, is additionally equipped with a cylindrical shell located between crucible and inductor, the magnetic circuit is made in the form of an annular casing, and the shell and magnetic circuit are located between the plates with the formation of a closed ring evy cavity for placement of the inductor and refrigerant.

Снижение энергоемкости плавки объясняется более полным улавливанием кольцевым магнитопроводом магнитного потока рассеяния, который намагничивает магнитопровод, тем самым увеличивая значение магнитной индукции в рабочей полости индуктора.The decrease in the energy intensity of the melting is explained by a more complete capture of the scattering magnetic flux by the annular magnetic circuit, which magnetizes the magnetic circuit, thereby increasing the value of magnetic induction in the working cavity of the inductor.

Уменьшение эксплуатационных расходов объясняется снижением или устранением расхода кондиционной воды для охлаждения индуктора и воротниковой зоны футерованного тигля путем снижения скорости и давления ее в трубке индуктора с одновременным увеличением ее температуры до 99°С за счет подачи хладагента в кольцевую полость.The decrease in operating costs is explained by the reduction or elimination of the flow of conditioned water for cooling the inductor and the collar zone of the lined crucible by reducing its speed and pressure in the inductor tube while increasing its temperature to 99 ° C by supplying refrigerant to the annular cavity.

Уменьшение занимаемой площади и повышение защищенности работающих обусловлены применением кольцевого сплошного магнитопровода вместо дискретного из отдельных магнитопроводов, который более эффективно улавливает поток рассеяния, что позволяет приближать электропроводные элементы каркаса печи к индуктору.The reduction in the occupied area and the increased security of workers are due to the use of a continuous continuous magnetic circuit instead of a discrete one from individual magnetic circuits, which more effectively captures the scattering flux, which makes it possible to bring the conductive elements of the furnace frame closer to the inductor.

Повышение защищенности индуктора и работающих и надежности работы печи обеспечено установкой цилиндрической обечайки, предотвращающей проникновение расплава сквозь трещины в тигле к индуктору и, как следствие, аварийную ситуацию. Это снижает также эксплуатационные расходы на обеспечение безаварийной работы печи.Improving the protection of the inductor and workers and the reliability of the furnace is ensured by the installation of a cylindrical shell, which prevents the melt from penetrating through cracks in the crucible to the inductor and, as a consequence, an emergency. This also reduces operating costs for ensuring trouble-free operation of the furnace.

Повышение защищенности работающих от воздействия шума объясняется также размещением индуктора в кольцевой полости между цилиндрической обечайкой и кольцевым сплошным магнитопроводом, которые уменьшают распространение шума, особенно при заполнении полости водой.The increased protection of workers from exposure to noise is also explained by the placement of an inductor in the annular cavity between the cylindrical shell and the solid annular magnetic circuit, which reduce the propagation of noise, especially when filling the cavity with water.

Повышение надежности работы печи объясняется также размещением индуктора в кольцевой полости между цилиндрической обечайкой и кольцевым сплошным магнитопроводом, которые уменьшают воздействие вибрации на тигель и образование трещин в нем, особенно при заполнении полости водой.The increased reliability of the furnace is also due to the placement of the inductor in the annular cavity between the cylindrical shell and the solid annular magnetic circuit, which reduce the effect of vibration on the crucible and the formation of cracks in it, especially when filling the cavity with water.

Полезная модель поясняется чертежом, где схематично показана индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом, в разрезе.A utility model is illustrated by a drawing, which schematically shows an induction induction crucible furnace with an annular stacked magnetic circuit, in section.

Кроме этого, на чертеже дополнительно обозначено горизонтальными линиями со стрелками направление движения хладагента внутри индукционной индукторной тигельной печи.In addition, in the drawing, the direction of movement of the refrigerant inside the induction induction crucible furnace is additionally indicated by horizontal lines with arrows.

Предлагаемая индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом содержит соединенные вместе футерованный тигель 1, опирающийся на подину 2, цилиндрическую обечайку 3, охватывающую тигель 1, охлаждаемый трубчатый индуктор 4 с токоподводами (не показаны), электроизолированные витки которого охватывают обечайку 3, наружный вертикальный кольцевой наборный магнитопровод 5, охватывающий индуктор 4, нижнюю 6 и верхнюю 7 плиты с центральным отверстием для размещения подины 2 и «воротника» тигля, соответственно, скрепленные стяжками 8. Цилиндрическая обечайка 3 размещена между тиглем 1 и индуктором 4. Магнитопроводом 5, плитами 6 и 7, обечайкой 3 образована замкнутая кольцевая полость 9 для размещения индуктора 4 и хладагента с подводящим и отводящим патрубками (не показаны). Для герметизации полости 9 предусмотрены эластичные уплотнения 10 по стыкам и слой 11 электроизоляционного материала на ее внутренней поверхности. The proposed induction induction crucible furnace with an annular type-setting magnetic circuit contains a lined crucible 1 connected together, supported on a hearth 2, a cylindrical shell 3, covering the crucible 1, a cooled tubular inductor 4 with current leads (not shown), the electrically insulated turns of which cover the shell 3, the outer vertical annular typesetting magnetic circuit 5, covering the inductor 4, the lower 6 and upper 7 plates with a Central hole for placing the bottom 2 and the "collar" of the crucible, respectively, fastened screed 8. A cylindrical shell 3 is placed between the crucible 1 and the inductor 4. Magnetic circuit 5, plates 6 and 7, the shell 3 formed a closed annular cavity 9 to accommodate the inductor 4 and the refrigerant with inlet and outlet pipes (not shown). To seal the cavity 9, elastic seals 10 at the joints and a layer 11 of electrical insulating material on its inner surface are provided.

Цилиндрической обечайкой 3 и вертикальным кольцевым наборным магнитопроводом 5, зажатыми с помощью стяжек 8 между нижней 6 и верхней 7 плитами, образован каркас печи. В зависимости от размеров печи плиты 6 и 7 могут быть выполнены в плане кольцевой, квадратной или прямоугольной формы и разной толщины из электропроводного или неэлектропроводного материала, например жароупорного бетона, аустенитной стали или чугуна, низкоуглеродистой стали. Количество стяжек 8 может быть три - четыре и более. Каркас печи может быть смонтирован в цилиндрическом корпусе или пространственной раме и снабжен механизмом поворота (не показаны). Размещение подины 2, изготовленной, например, из огнеупорного бетона или шамотного фасонного блока, в центральном отверстии плиты 6 позволяет использовать ее для выталкивания изношенной футеровки тигля 1.A cylindrical shell 3 and a vertical annular stacked magnetic circuit 5, clamped with ties 8 between the lower 6 and upper 7 plates, formed the frame of the furnace. Depending on the dimensions of the furnace, the plates 6 and 7 can be made in terms of a ring, square or rectangular shape and different thicknesses from electrically conductive or non-conductive material, for example heat-resistant concrete, austenitic steel or cast iron, low-carbon steel. The number of screeds 8 can be three - four or more. The furnace frame can be mounted in a cylindrical body or space frame and equipped with a rotation mechanism (not shown). The placement of the hearth 2, made, for example, of refractory concrete or chamotte shaped block, in the Central hole of the plate 6 allows you to use it to push the worn lining of the crucible 1.

Цилиндрическая обечайка 3 своей внутренней поверхностью служит опорой для тигля 1, в том числе с шихтой или расплавом, и одновременно ее наружная поверхность является внутренней стенкой кольцевой полости 9. Ее целесообразно изготовлять по возможности тонкостенной из достаточно прочного материла. Для повышения конструкционной прочности и обеспечения возможности равномерного размещения теплоизолирующего материала 12 по внутренней поверхности обечайки 3 она может быть выполнена с ребрами на этой поверхности. Ребра одновременно образуют углубления для размещения теплоизолирующего материала 12 с теплопроводностью менее 0,06-0.08 Вт/(м К) в сухом состоянии, то есть меньше, чем у футеровки тигля, например, минеральной ваты, базальтового волокна. Без углублений трудно удержать равномерным по толщине слой теплоизолирующего материала 12 во время изготовления футеровки тигля 1. Материал обечайки 3 должен быть неферромагнитным и неэлектропроводным или иметь высокое электрическое осопротивление, чтобы не шунтировать магнитный поток и не сильно нагреваться вихревыми индукционными токами, например, аустенитные сталь и чугун, углепластики, высокотемпературные пластмассы. Применение обечайки 3 позволяет увеличить прочность тигля 1 с одновременным уменьшением толщины стенки и освобождает индуктор 4 от механического воздействия на него тигля 1, особенно при наклоне печи для слива расплава, и он может быть изготовлен менее прочным.The cylindrical shell 3 with its inner surface serves as a support for the crucible 1, including with the charge or melt, and at the same time its outer surface is the inner wall of the annular cavity 9. It is advisable to make it as thin as possible of a sufficiently strong material. To increase the structural strength and to ensure the possibility of uniform distribution of the insulating material 12 on the inner surface of the shell 3, it can be made with ribs on this surface. The ribs simultaneously form depressions for accommodating the heat-insulating material 12 with a thermal conductivity of less than 0.06-0.08 W / (m K) in the dry state, that is, less than that of the lining of the crucible, for example, mineral wool, basalt fiber. Without depressions, it is difficult to keep the layer of heat-insulating material 12 uniform in thickness during the manufacture of the lining of the crucible 1. The shell material 3 must be non-ferromagnetic and non-conductive or have high electrical resistance so as not to shunt the magnetic flux and not be very heated by eddy currents, for example, austenitic steel and cast iron, carbon plastics, high-temperature plastics. The use of the shell 3 allows you to increase the strength of the crucible 1 with a simultaneous decrease in wall thickness and relieves the inductor 4 from the mechanical impact of the crucible 1, especially when the furnace is tilted to drain the melt, and it can be made less durable.

Магнитопровод 5, выполненный в виде кольцевого кожуха, имеет высоту близкую к высоте индуктора 4. Магнитопровод 5 может быть изготовлен наиболее просто из рулона электротехнической стали необходимой высоты путем намотки определенного количества слоев для получения требуемой его толщины. При этом магнитопровод 5 может быть получен из одного элемента, который охватывает многократно индуктор 4 по окружности полностью и не имеет стыков. Магнитопровод 5 может быть набран также и из большего количества элементов, например лент, листов, пластин, каждый из которых охватывает индуктор 4 по окружности полностью или только частично, но не на всю суммарную длину совокупности слоев. Однако при этом образуются стыки между элементами. Наиболее целесообразно вертикальное направление стыков и разное их расположение в слоях. Поверхности элементов покрываются тонким слоем электроизоляционного лака.The magnetic circuit 5, made in the form of an annular casing, has a height close to the height of the inductor 4. The magnetic circuit 5 can be made most simply from a roll of electrical steel of the required height by winding a certain number of layers to obtain its required thickness. In this case, the magnetic circuit 5 can be obtained from one element, which repeatedly covers the inductor 4 around the circumference completely and has no joints. The magnetic circuit 5 can also be composed of a larger number of elements, for example tapes, sheets, plates, each of which covers the inductor 4 around the circumference in full or only partially, but not over the total total length of the set of layers. However, joints are formed between the elements. The most appropriate vertical direction of the joints and their different arrangement in the layers. The surfaces of the elements are covered with a thin layer of electrical insulating varnish.

При прочих равных условиях толщина полого цилиндрического магнитопровода 5 становится меньше, чем толщина наборных I-образных магнитопроводов в устройстве, выбранном в качестве прототипа. Так, в печи ИЧТ-31, имеющей 24 I-образных магнитопровода толщиной 130 мм, их замена одним цилиндрическим магнитопроводом 5 уменьшит толщину магнитопровода до 72 мм без изменения массы. Выполнение высоты магнитопровода 5 близкой к высоте индуктора 4 позволяет снизить и его массу по сравнению с прототипом. Магнитопровод 5 располагается по возможности ближе к индуктору 4 в зону действия поля рассеяния с наибольшей индукцией. В магнитопроводе 5 могут быть выполнены отверстия для подачи хладагента снизу в полость 9 и удаления из нее хладагента вверху. Такие отверстия могут быть выполнены и в плитах 6 и 7.Ceteris paribus, the thickness of the hollow cylindrical magnetic core 5 becomes less than the thickness of the type-setting I-shaped magnetic cores in the device selected as a prototype. So, in the IChT-31 furnace, which has 24 I-shaped magnetic circuits with a thickness of 130 mm, replacing them with one cylindrical magnetic circuit 5 will reduce the thickness of the magnetic circuit to 72 mm without changing the mass. The implementation of the height of the magnetic circuit 5 close to the height of the inductor 4 can reduce its mass in comparison with the prototype. The magnetic circuit 5 is located as close as possible to the inductor 4 in the area of the scattering field with the greatest induction. In the magnetic circuit 5, holes can be made for supplying refrigerant from below to the cavity 9 and removing refrigerant from it at the top. Such holes can be made in plates 6 and 7.

Выполнение магнитопровода 5 кольцевой формы вместо нескольких стержневых I-образных магнитопроводов набранным слоями из элементов, например пластин, ленты, листов трансформаторной стали, охватывающих полностью или частично индуктор, позволяет:The implementation of the magnetic circuit 5 of a ring shape instead of several rod I-shaped magnetic circuits composed of layers of elements, such as plates, tapes, sheets of transformer steel, covering the inductor in whole or in part, allows you to:

- предотвратить или значительно уменьшить распространение поля рассеяния и шума за его пределы в радиальном направлении за счет исключения воздушных промежутков;- prevent or significantly reduce the spread of the scattering field and noise beyond its limits in the radial direction by eliminating air gaps;

- намагнитить его для увеличения магнитной индукции и потока в рабочей полости индуктора и тигля;- magnetize it to increase magnetic induction and flux in the working cavity of the inductor and crucible;

- отделить индуктор от непосредственного взаимодействия с окружающим воздухом, содержащим пары воды, которые могут конденсироваться на электроизоляции витков холодного индуктора и вызвать электрический пробой этой изоляции. При этом возможно увеличение температуры индуктора до 98-99°С и снижение расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в трубку индуктора.- to separate the inductor from direct interaction with the ambient air containing water vapor, which can condense on the electrical insulation of the turns of the cold inductor and cause an electrical breakdown of this insulation. In this case, it is possible to increase the temperature of the inductor to 98-99 ° C and reduce the flow rate of the coolant supplied to the inductor tube.

Расположение обечайки 3 и магнитопровода 5 между плитами 6 и 7 позволяет образовать замкнутую кольцевую полость 9, в которой размещен индуктор 4 и хладагент для охлаждения индуктора 4, обечайки 3, магнитопровода 5 и плит 6 и 7. Это позволяет исключить верхнюю и нижнюю охлаждающие катушки и упростить конструкцию печи.The location of the shell 3 and the magnetic circuit 5 between the plates 6 and 7 allows the formation of a closed annular cavity 9 in which the inductor 4 and the refrigerant are located to cool the inductor 4, the shell 3, the magnetic circuit 5 and the plates 6 and 7. This eliminates the upper and lower cooling coils and simplify the design of the furnace.

Предложенная индукционная индукторная тигельная печь с кольцевым наборным магнитопроводом работает следующим образом. The proposed induction induction crucible furnace with an annular type-setting magnetic circuit works as follows.

Из-за больших выделений Джоулева тепла в материале индуктора 4 при прохождении тока с плотностью более 5 А/мм² его необходимо принудительно охлаждать каким-либо хладагентом. В предложенной печи это возможно осуществить одним из нескольких путей:Due to the large Joule heat emissions in the material of the inductor 4, when a current with a density of more than 5 A / mm ² passes, it must be forced to cool with some kind of refrigerant. In the proposed furnace, this can be done in one of several ways:

- подавать хладагент в виде кондиционной воды в трубчатый индуктор 4 аналогично подаче хладагента в устройстве, выбранном в качестве прототипа. При этом возможно даже увеличение ее расхода для снижения температуры отходящей воды ниже 20…25°С, не опасаясь конденсирования воды на трубке индуктора 4 из окружающего воздуха, так как он находится в обогреваемой замкнутой кольцевой полости 9, не имеющей сообщения с атмосферой. Однако это повышает расходы на кондиционную воду;- to supply refrigerant in the form of conditioned water to the tubular inductor 4 similarly to the supply of refrigerant in the device selected as a prototype. It is even possible to increase its flow rate to reduce the temperature of the waste water below 20 ... 25 ° C, without fear of condensation of water on the tube of the inductor 4 from the surrounding air, since it is located in a heated closed annular cavity 9 that does not communicate with the atmosphere. However, this increases the cost of conditioned water;

- подавать хладагент, например кондиционную воду, в трубчатый индуктор 4 аналогично вышеприведенному пути с меньшим расходом для повышения температуры отходящей воды до 98-99°С, а в замкнутую полость 9 подавать снизу другой вид хладагента, например сжатый воздух или некондиционную и более дешевую холодную водопроводную или техническую «умягченную» оборотную воду с более низким давлением. При прохождении хладагента в полости 9 снизу вверх также охлаждается обечайка 3 и, как следствие, теплоизолирующий материал 12, футеровка тигля 1, а также магнитопровод 5 и плиты 6 и 7. Индуктор же 4 охлаждается как изнутри, так и снаружи, что снижает расходы на кондиционную воду;- to supply refrigerant, for example, conditioned water, to the tubular inductor 4 similarly to the above path with a lower flow rate to increase the temperature of the waste water to 98-99 ° C, and to supply another type of refrigerant, for example, compressed air or substandard and cheaper cold, to the closed cavity 9 tap or technical “softened” circulating water with lower pressure. When the refrigerant passes through the cavity 9 from the bottom up, the shell 3 and, as a result, the heat insulating material 12, the lining of the crucible 1, as well as the magnetic circuit 5 and plates 6 and 7 are also cooled. The inductor 4 is cooled both inside and out, which reduces costs by conditioned water;

- подавать дешевый хладагент, например сжатый воздух или холодную водопроводную или техническую воду, только в полость 9 для охлаждения индуктора 4 только снаружи, что исключает расходы на кондиционную воду. При этом также охлаждается обечайка 3 и, как следствие, теплоизолирующий слой 12, футеровка тигля 1, а также магнитопровод 5 и плиты 6 и 7.- supply cheap refrigerant, such as compressed air or cold tap or industrial water, only into the cavity 9 for cooling the inductor 4 only from the outside, which eliminates the cost of conditioned water. In this case, the shell 3 is also cooled, and, as a result, the heat insulating layer 12, the lining of the crucible 1, as well as the magnetic circuit 5 and plates 6 and 7.

После включения охлаждения индуктора 4 и загрузки в тигель 1 электропроводной шихты на токоподводы трубчатого индуктора 4 подается переменное электрическое напряжение, которое создает в его витках электрический ток. Под его действием в полости индуктора 4 и тигля 1 появляется рабочее электромагнитное поле, а за его пределами -поле рассеяния, которое локализуется вертикальным кольцевым магнитопроводом 5. Он намагничивается и усиливает рабочее поле в полости индуктора 4 и тигле 1. При этом происходит поворот на 90° вектора индукции, что значительно уменьшает распространение поля рассеяния за пределы индуктора 4 в радиальном направлении, так как магнитный поток замыкается через магнитопровод 5. Это позволяет приблизить электропроводные стяжки 8 к магнитопроводу 5, не опасаясь их чрезмерного нагрева. Существенно уменьшается и нагрев верхней 7 и нижней 6 плит в случае изготовления их из электропроводного материала. Заметно уменьшаются размеры в плане и вредное воздействие поля рассеяния на рабочих.After turning on the cooling of the inductor 4 and loading the conductive charge into the crucible 1, an alternating electric voltage is supplied to the current leads of the tubular inductor 4, which creates an electric current in its turns. Under its action, a working electromagnetic field appears in the cavity of the inductor 4 and the crucible 1, and a scattering field, which is localized by the vertical ring magnetic core 5, appears outside it. It is magnetized and amplifies the working field in the cavity of the inductor 4 and the crucible 1. This causes a 90-degree turn. ° induction vector, which significantly reduces the spread of the scattering field outside the inductor 4 in the radial direction, since the magnetic flux closes through the magnetic circuit 5. This allows you to bring the conductive couplers 8 closer to the magneto Gadfly 5 without subjecting them to excessive heat. The heating of the upper 7 and lower 6 plates is significantly reduced if they are made from electrically conductive material. The size of the plan and the harmful effects of the scattering field on workers are noticeably reduced.

Усиленное электромагнитное поле индуцирует в кусках шихты вихревые токи, которые нагревают их до расплавления. После расплавления шихты и проведения необходимых металлургических операций печь наклоняется для слива расплава из тигля и давление расплава и тигля передается не на индуктор 4, а на обечайку 3. Поэтому требования к высокой прочности индуктора могут быть снижены, что удешевляет его.The amplified electromagnetic field induces eddy currents in the pieces of the mixture, which heat them until they melt. After the charge is melted and the necessary metallurgical operations are performed, the furnace is tilted to drain the melt from the crucible and the pressure of the melt and the crucible is transferred not to the inductor 4, but to the shell 3. Therefore, the requirements for high strength of the inductor can be reduced, which makes it cheaper.

Тепло от расплава может передаваться через стенку тигля 1 и слой теплоизолятора 10 в углублениях обечайки 3 к самой обечайке, а затем от нее через воздух или жидкость к виткам индуктора 4, находящегося в замкнутой кольцевой полости 9. Наличие слоя более эффективного теплоизолирующего материала 12 уменьшает теплопередачу. Предлагаемая подача хладагента в полость 9 обеспечивает более эффективный отвод от печи тепла расплава, индуктора 4 и магнитопровода 5, который нагревается при перемагничивании. Это уменьшает воздействие теплового излучения на работающих.Heat from the melt can be transferred through the wall of the crucible 1 and the layer of heat insulator 10 in the recesses of the shell 3 to the shell itself, and then from it through air or liquid to the turns of the inductor 4 located in a closed annular cavity 9. The presence of a layer of more efficient heat-insulating material 12 reduces heat transfer . The proposed supply of refrigerant into the cavity 9 provides a more efficient removal of heat from the furnace melt, inductor 4 and magnetic circuit 5, which is heated during magnetization reversal. This reduces the effects of thermal radiation on workers.

При прохождении переменного тока частотой f по жестким виткам индуктора 4 они начинают вибрировать с удвоенной частотой 2f, издавая при этом сильный шум. Наличие кольцевого магнитопровода 5, окружающего индуктор 4, уменьшает распространение шума, издаваемого индуктором 4, за пределы печи. Расположение же индуктора 4 в полости 9 с водой также уменьшает распространение шума. При этом уменьшается передача вибрации индуктора 4 на тигель 1 и возникновение трещин в нем.With the passage of alternating current with frequency f through the hard turns of inductor 4, they begin to vibrate at twice the frequency 2f, making a loud noise. The presence of an annular magnetic circuit 5 surrounding the inductor 4, reduces the propagation of noise emitted by the inductor 4, outside the furnace. The location of the inductor 4 in the cavity 9 with water also reduces the spread of noise. This reduces the transmission of vibration of the inductor 4 to the crucible 1 and the occurrence of cracks in it.

По сравнению с прототипом предложенное решение позволяет расширить сферу применения индукционных плавки и тигельной печи путем использования нижеперечисленных преимуществ:Compared with the prototype, the proposed solution allows you to expand the scope of induction melting and crucible furnaces by using the following advantages:

- снижения энергоемкости плавки за счет более полного улавливания магнитопроводом, выполненым в виде кольцевого клжуха, магнитного потока рассеяния, увеличения магнитной индукции в рабочей полости индуктора и размещения высокоэффективного теплоизолирующего материала с теплопроводностью меньше, чем у футеровки в углублениях обечайки, и, следовательно, снижения потерь тепла через стенку футеровки тигля;- reducing the energy consumption of the melting due to more complete capture of the magnetic circuit, made in the form of an annular shell, magnetic flux, the increase in magnetic induction in the working cavity of the inductor and the placement of highly efficient heat-insulating material with thermal conductivity less than that of the lining in the recesses of the shell, and, therefore, reduce losses heat through the wall of the lining of the crucible;

- уменьшения занимаемой площади и повышения защищенности работающих путем более эффективного улавливания потока рассеяния;- reducing the occupied area and increasing the security of workers by more efficiently capturing the scattering flux;

- уменьшения эксплуатационных расходов снижением или устранением расхода кондиционной воды за счет подачи дешевого хладагента в кольцевую полость;.- reduce operating costs by reducing or eliminating the consumption of conditioned water by supplying cheap refrigerant to the annular cavity ;.

- повышения защищенности индуктора печи и работающих и надежности работы печи установкой цилиндрической обечайки, препятствующей протечкам расплава; - increase the security of the furnace inductor and workers and the reliability of the furnace by installing a cylindrical shell that prevents melt leaks;

- повышения защищенности работающих от воздействия шума размещением индуктора в кольцевой полости;- increase the protection of workers from exposure to noise by placing an inductor in an annular cavity;

- дополнительного повышения надежности работы печи размещением индуктора в кольцевой полости для уменьшения вредного воздействия вибрации на тигель.- further increase the reliability of the furnace by placing the inductor in the annular cavity to reduce the harmful effects of vibration on the crucible.

Claims

1. Induction induction crucible furnace with an annular type-setting magnetic circuit, comprising a lined crucible connected together, a bottom, a cooled inductor with electrically insulated coils and a current lead, covering its external vertical type-setting magnetic circuit and a frame with upper and lower plates connected by couplers and made with central holes for placement bottom and collar zone of the lined crucible, characterized in that it is equipped with a cylindrical shell located between the crucible and the inductor, and the mentioned magnetic circuit is made in the form of an annular casing, while the shell and the magnetic circuit are located between the plates with the formation of a closed sealed annular cavity to accommodate the inductor and refrigerant with the inlet and outlet pipes of the refrigerant.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the ribs are formed on the inner surface of the shell with the formation of recesses for accommodating the heat-insulating material.