RU2536310C2

RU2536310C2 - Method of induction crucible melting by horizontal magnetic flux

Info

Publication number: RU2536310C2
Application number: RU2013111008/02A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Егорович Левшин
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-12-20
Also published as: RU2013111008A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and foundry, in particular, to the methods for melting of casting metals and alloys in electromagnetic induction crucible furnaces. The method involves loading of a charge to a crucible, exposure of the charge to the operating magnetic flux for its heating by eddy induction currents and for melting, discharge of the melt from the crucible. The charge is affected on at least two opposite lateral sides of the crucible by the horizontal magnetic flux produced by the inductor coil with turns embracing the central part of the bent magnetic conductor with two vertical poles.

EFFECT: invention provides for the reduction of losses caused by crucible wear and rejects of cast products as per non-metal inclusions as well as decrease power consumption for melting process, improve safety and reliability of the induction crucible furnace.

6 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к металлургии и литейному производству, в частности к способам плавки литейных металлов и сплавов в электромагнитных индукционных тигельных печах, применяемых для выплавки различных сплавов, доведения расплава до необходимых свойств и выдержки его для порционной разливки.The invention relates primarily to metallurgy and foundry, in particular to methods for melting foundry metals and alloys in electromagnetic induction crucible furnaces used for smelting various alloys, bringing the melt to the necessary properties and holding it for batch casting.

Известен способ индукционной плавки, включающий заливку в ванну кольцевого канала первоначальной пусковой порции расплава и последующую загрузку кусковой шихты, воздействие на расплав и шихту замкнутым электрическим полем, создающим магнитный поток, создаваемый индуктором с витками, охватывающими один из четырех стержней вертикального изогнутого магнитопровода, для нагрева расплава и шихты индукционными токами и расплавления, проведение необходимых металлургических операций, заключающихся, например, в удалении нежелательных примесей и шлака, вводе легирующих компонентов, модифицировании, и слив части расплава из ванны канала. Способ реализуется посредством трансформаторной индукционной канальной печи, состоящей из скрепленных индуктора с витками, охватывающими один из четырех стержней вертикального магнитопровода О-образной формы, неподвижной емкости для расплава в виде горизонтального узкого кольцевого канала, выполненного в огнеупорной керамической футеровке и охватывающего индуктор, поворотного устройства для слива расплава (Егоров А.В. Электрические печи / А.В. Егоров, А.Ф. Моржин. - М.: Металлургия, 1975. - С.10).A known method of induction melting, including pouring into the bath an annular channel of the initial starting portion of the melt and subsequent loading of the lump charge, exposing the melt and the mixture to a closed electric field that creates a magnetic flux generated by an inductor with turns covering one of the four rods of a vertical curved magnetic circuit for heating melt and charge by induction currents and melting, carrying out the necessary metallurgical operations, consisting, for example, in the removal of undesirable this and slag, the introduction of alloying components, modification, and the discharge of part of the melt from the channel bath. The method is implemented by means of a transformer induction channel furnace, consisting of a fastened inductor with turns covering one of the four rods of an O-shaped vertical magnetic circuit, a fixed melt container in the form of a horizontal narrow annular channel made in a refractory ceramic lining and covering the inductor, and a rotary device for melt discharge (Egorov A.V. Electric furnaces / A.V. Egorov, A.F. Morzhin. - M.: Metallurgy, 1975. - P.10).

Способ индукционной плавки имеет следующие основные недостатки:The induction melting method has the following main disadvantages:

- узкие технологические возможности, так как он, во-первых, не пригоден для непосредственного расплавления кусков шихты, а требует заливки расплава из другой печи иного вида в кольцевой канал, после чего в расплав загружают куски шихты. Это объясняется особенностями превращений энергии в такой печи. Проходящим по индуктору переменным электрическим током, возбужденным электродвижущей силой (э.д.с.) источника электроэнергии, создают переменный магнитный поток, который, проходя по магнитопроводу, намагничивает его и усиливается. При этом электрическая энергия превращается согласно закону полного тока по первому уравнению Максвелла в магнитную энергию. Магнитный поток создает в магнитопроводе вихревые токи Фуко, а вокруг каждого из стержней магнитопровода - переменное электрическое поле как в воздухе, так и в электропроводном короткозамкнутом кольце расплава. Это поле наводит в этом кольце э.д.с., под действием которой возникает электрический ток. При этом магнитная энергия превращается вновь в наведенную электрическую, которая согласно закону Джоуля-Ленца превращается в тепловую, нагревая расплав. Однако, несмотря на то что на электропроводные куски шихты также действует это же переменное электрическое поле, электрический ток в них не появляется, так как между кусками имеются неэлектропроводные воздушные зазоры и поэтому замкнутая электрическая цепь не образуется. Таким образом, в способе используют трансформаторный принцип превращения энергии: электрическая от э.д.с. источника - магнитная - электрическая в замкнутой цепи от наведенной э.д.с. - тепловая; во-вторых, увеличивает угар химических элементов сплава, так как часть его постоянно находится в расплавленном состоянии при высокой температуре, что не позволяет выплавлять сплавы, свойства которых резко изменяются в связи с небольшим отклонением от требуемого химического состава, например сталь;- narrow technological capabilities, since, firstly, it is not suitable for direct melting of the pieces of the charge, but requires pouring the melt from another furnace of a different kind into the annular channel, after which the pieces of the charge are loaded into the melt. This is due to the peculiarities of energy conversions in such a furnace. By passing through an inductor an alternating electric current excited by an electromotive force (emf) of an electric power source creates an alternating magnetic flux, which, passing through a magnetic circuit, magnetizes it and amplifies. In this case, electric energy is converted according to the law of total current according to the first Maxwell equation to magnetic energy. The magnetic flux creates Foucault eddy currents in the magnetic circuit, and around each of the magnetic circuit rods it creates an alternating electric field both in air and in the electrically conductive short-circuited melt ring. This field induces an emf in this ring, under the influence of which an electric current arises. In this case, the magnetic energy is converted again into induced electrical energy, which, according to the Joule-Lenz law, is converted into heat, heating the melt. However, despite the fact that the same alternating electric field acts on the electrically conductive pieces of the charge, the electric current does not appear in them, since there are non-conductive air gaps between the pieces and therefore a closed electrical circuit is not formed. Thus, the method uses the transformer principle of energy conversion: electric from the emf source - magnetic - electrical in a closed circuit from the induced emf - thermal; secondly, it increases the fumes of the chemical elements of the alloy, since part of it is constantly in the molten state at high temperature, which does not allow smelting alloys whose properties change sharply due to a small deviation from the required chemical composition, for example steel;

- повышенные расходы по эксплуатации канальной печи при реализации способа, во-первых, из-за необходимости иметь еще одну печь другого вида для выплавки расплава из кусковой шихты и заливки его в кольцевой канал; во-вторых, из-за пониженной стойкости футеровки канала вследствие его эрозии или зарастания и частой трудоемкой его очистки или замены, сопровождаемой разборкой магнитопровода и съемом индуктора, особенно при выплавке высокотемпературных сплавов; в-третьих, из-за трудности перехода с выплавки одного вида сплава на другой из-за необходимости полного слива одного расплава из канала и заливки другого расплава, изменяя перед этим конструкцию и сечение канала и состав футеровки.- increased costs for the operation of the channel furnace during the implementation of the method, firstly, due to the need to have another furnace of a different kind for smelting the melt from the lump mixture and pouring it into the annular channel; secondly, due to the reduced resistance of the lining of the channel due to erosion or overgrowing and its often laborious cleaning or replacement, accompanied by disassembly of the magnetic circuit and removal of the inductor, especially when smelting high-temperature alloys; thirdly, because of the difficulty of switching from smelting one type of alloy to another because of the need to completely drain one melt from the channel and fill another melt, changing the design and section of the channel and the composition of the lining before.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ индукционной тигельной плавки вертикальным магнитным потоком, включающий загрузку шихты в ванну тигля, воздействие на шихту вертикальным рабочим магнитным потоком для ее нагрева вихревыми индукционными токами и расплавления, проведение необходимых металлургических операций, заключающихся, например, в удалении нежелательных примесей и шлака, вводе легирующих компонентов, модифицировании, и слив расплава из ванны тигля. Воздействие на шихту осуществляют вертикальным магнитным потоком, создаваемым невысоким индуктором с витками, охватывающими цилиндрический тигель с ванной для расплава. Способ реализуется посредством индукторной тигельной печи из индуктора с витками, расположенными максимально близко к тиглю преимущественно в горизонтальной плоскости соосно с вертикальной осью ванны тигля и являются опорой для тигля. Проходящий по виткам индуктора переменный электрический ток, возбужденный э.д.с. источника электроэнергии, создает переменный магнитный поток. При этом электрическая энергия превращается в магнитную согласно закону полного тока по первому уравнению Максвелла. Магнитный поток действует на электропроводные куски шихты и в каждом из них индуцируется непосредственно переменное вихревое электрическое поле и э.д.с., а под действием этой э.д.с. - вихревые токи Фуко. При этом магнитная энергия превращается согласно закону электромагнитной индукции Фарадея по второму уравнению Максвелла вновь в электрическую энергию, которая согласно закону Джоуля-Ленца превращается в тепловую, нагревая расплав. Таким образом, способ основан на следующих принципах превращения энергии: электрическая от э.д.с. источника - магнитная - электрическая вихревых токов Фуко - тепловая (Фарбман С.А. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов / С.А.Фарбман, И.Ф. Колобнев. - М.: Металлургия, 1968. - С.27).Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of induction crucible melting with a vertical magnetic flux, which includes loading the charge into the crucible bath, exposing the charge to a vertical working magnetic flux to heat it by eddy induction currents and melting, and performing the necessary metallurgical operations consisting, for example, in removing unwanted impurities and slag, introducing alloying components, modifying, and draining the melt from the van us crucible. The impact on the charge is carried out by a vertical magnetic flux created by a low inductor with turns covering a cylindrical crucible with a bath for melt. The method is implemented by means of an induction crucible furnace from an inductor with turns located as close as possible to the crucible mainly in the horizontal plane coaxially with the vertical axis of the crucible bath and are a support for the crucible. The alternating electric current passing through the turns of the inductor, excited by the emf source of electricity, creates a variable magnetic flux. In this case, electric energy is converted into magnetic energy according to the law of total current according to the first Maxwell equation. The magnetic flux acts on the electrically conductive pieces of the charge and in each of them a direct alternating vortex electric field and emf are induced, and under the influence of this emf - eddy currents of Foucault. In this case, the magnetic energy is converted according to the Faraday law of electromagnetic induction according to the second Maxwell equation again into electrical energy, which according to the Joule-Lenz law is converted into heat, heating the melt. Thus, the method is based on the following principles of energy conversion: electric from the emf source - magnetic - electric eddy currents Foucault - thermal (Farbman S.A. Induction furnaces for melting metals and alloys / S.A. Farbman, I.F. Kolobnev. - M .: Metallurgy, 1968. - P.27).

Описанный способ индукционной тигельной плавки вертикальным магнитным потоком имеет узкие технологические возможности, обусловленные следующими причинами:The described method of induction crucible melting by vertical magnetic flux has narrow technological capabilities due to the following reasons:

- повышенным браком отливок по неметаллическим включениям - воздушным раковинам, частицам плены, футеровки, шлака, обусловленным особенностями магнитного поля, создаваемого невысоким индуктором, которое является очень неоднородным и имеет близкую к тороидальной форму с разным направлением вектора индукции относительно центра индуктора и неравномерное распределение величины индукции в его рабочей полости, а именно: по высоте - у торцов она почти в два раза меньше, чем в средине; по сечению - у витков она заметно больше, чем в центре. Это приводит к появлению значительных разнонаправленных градиентов индукции и электромагнитных сил в расплаве и его интенсивному перемешиванию в разных направлениях, что является причиной повышенного износа стенок тигля и замешивания в расплав продуктов износа, воздуха и шлака, особенно с уменьшением частоты поля;- increased rejects of castings on non-metallic inclusions - air shells, foam particles, lining, slag, due to the peculiarities of the magnetic field created by a low inductor, which is very heterogeneous and has a close to toroidal shape with different directions of the induction vector relative to the center of the inductor and uneven distribution of the induction value in its working cavity, namely: in height - at the ends it is almost two times less than in the middle; cross-section - at turns it is noticeably larger than in the center. This leads to the appearance of significant multidirectional gradients of induction and electromagnetic forces in the melt and its intensive mixing in different directions, which is the reason for the increased wear of the crucible walls and mixing of wear products, air and slag into the melt, especially with a decrease in the field frequency;

- повышенной энергоемкостью процесса плавки, обусловленной очень низкими значениями полезного использования магнитного потока, около 40%, и естественного коэффициента мощности cos φ - от 0,03 до 0,10, так как из-за необходимости размещения стенок тигля ближе к виткам индуктора часть рабочего магнитного потока с наибольшим значением индукции не используется, поскольку проходит по неэлектропроводным стенкам тигля, а не по шихте или расплаву. Кроме того, помимо рабочего магнитного потока индуктором создают и магнитный поток рассеяния такой же величины, не участвующий в нагреве шихты и расплава, а поворот всей тяжелой и громоздкой печи также повышает расход энергии, габариты и стоимость индукторной тигельной печи в связи с высокой стоимостью устройства для слива расплава.- increased energy intensity of the melting process, due to very low values of the useful use of the magnetic flux, about 40%, and the natural power factor cos φ - from 0.03 to 0.10, since due to the need to place the crucible walls closer to the turns of the inductor, part of the working The magnetic flux with the highest induction value is not used, since it passes along the non-conductive walls of the crucible, and not along the charge or melt. In addition, in addition to the working magnetic flux, the inductor also creates a scattering magnetic flux of the same magnitude that is not involved in heating the charge and melt, and the rotation of the entire heavy and bulky furnace also increases the energy consumption, dimensions and cost of the induction crucible furnace due to the high cost of the device for plum melt.

- отсутствием экологической безопасности, так как обширный магнитный поток рассеяния вредит здоровью работников и вызывает нагрев электропроводных частей каркаса индукторной тигельной печи;- lack of environmental safety, since the extensive magnetic flux of scattering harms the health of workers and causes heating of the electrically conductive parts of the frame of the induction crucible furnace;

- пониженной защищенностью и надежностью работы индукторной тигельной печи, реализующей способ, вследствие вытекания расплава на индуктор при образовании щелей в тигле из-за близкого расположения тигля к индуктору, что приводит к дополнительному повышению энергоемкости процесса плавки ввиду повышенных расходов на обеспечение безаварийной работы печи.- reduced security and reliability of the induction crucible furnace that implements the method, due to leakage of the melt to the inductor during the formation of cracks in the crucible due to the proximity of the crucible to the inductor, which leads to an additional increase in the energy consumption of the melting process due to increased costs for ensuring trouble-free operation of the furnace.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение технологических возможностей способа индукционной тигельной плавки путем снижения потерь от износа тигля и брака отливок по неметаллическим включениям, энергоемкости процесса плавки, повышения защищенности и надежности устройства, реализующего способ.The problem solved by the invention is to expand the technological capabilities of the method of induction crucible melting by reducing losses from wear of the crucible and marriage of castings for non-metallic inclusions, energy consumption of the melting process, increasing the security and reliability of the device that implements the method.

Поставленная задача решается тем, что в способе плавки металлов и сплавов в электромагнитной индукционной тигельной печи, включающем загрузку шихты в ванну тигля, воздействие на шихту рабочим магнитным потоком для ее нагрева индукционными токами и расплавления, слив расплава из ванны тигля, согласно изобретению воздействие на шихту осуществляют по меньшей мере с двух боковых противоположных сторон тигля внешним горизонтальным магнитным потоком, создаваемым индуктором с витками, охватывающими горизонтальную часть изогнутого магнитопровода с двумя вертикальными полюсами.The problem is solved in that in the method of melting metals and alloys in an electromagnetic induction crucible furnace, including loading the charge into the crucible bath, exposing the charge to the working magnetic flux to heat it by induction currents and melting, draining the melt from the crucible bath, according to the invention, the effect on the charge carried out from at least two lateral opposite sides of the crucible by an external horizontal magnetic flux generated by an inductor with turns covering the horizontal part of the bent magnet wires with two vertical poles.

Снижение потерь от износа тигля и брака отливок по неметаллическим включениям, например, воздушным раковинам, частицам плены, футеровки, шлака, обусловлено воздействием на шихту внешним горизонтальным магнитным потоком, что позволяет получить близкое к плоскопараллельному магнитное поле с однонаправленным вектором индукции и, следовательно, исключает интенсивное перемешивание расплава горизонтальным магнитным потоком, износ стенок тигля и замешивание в расплав продуктов его износа, воздуха и шлака.The decrease in losses from wear of the crucible and marriage of castings on non-metallic inclusions, for example, air shells, foam particles, lining, slag, is caused by the action of an external horizontal magnetic flux on the charge, which allows one to obtain a magnetic field close to plane-parallel with a unidirectional induction vector and, therefore, eliminates intensive mixing of the melt with a horizontal magnetic flux, wear of the walls of the crucible and kneading in the melt of products of its wear, air and slag.

Снижение энергоемкости процесса плавки, повышение надежности индукторной тигельной печи, реализующей предложенный способ, обусловлены охватом витками индуктора горизонтальной части магнитопровода, а не тигля, что позволяет увеличить значение индукции рабочего магнитного поля до 500-1000 и более раз, снизить поток рассеяния и расход энергии, а также повысить надежность работы индуктора.Reducing the energy intensity of the melting process, increasing the reliability of the induction crucible furnace that implements the proposed method, is due to the coverage of the horizontal part of the magnetic circuit, rather than the crucible, by the turns of the inductor, which allows increasing the value of the working magnetic field induction up to 500-1000 or more times, reducing the scattering flux and energy consumption, and also increase the reliability of the inductor.

Повышение защищенности и надежности работы индукторной тигельной печи, реализующей способ, обусловлены воздействием на шихту рабочим магнитным потоком по меньшей мере с двух противоположных боковых сторон тигля, а не со всех его сторон,Improving the security and reliability of the induction crucible furnace that implements the method, due to the impact on the charge of the working magnetic flux from at least two opposite sides of the crucible, and not from all its sides,

что является минимальным условием нахождения всего объема шихты во внешнем магнитном потоке.which is the minimum condition for finding the entire volume of the charge in an external magnetic flux.

Изогнутость магнитопровода позволяет направить магнитный поток к тиглю, а использование магнитопровода с двумя вертикальными полюсами является условием обеспечения горизонтальности и плоскопараллельности магнитного потока, создаваемого индуктором.The curvature of the magnetic circuit allows you to direct the magnetic flux to the crucible, and the use of a magnetic circuit with two vertical poles is a condition for ensuring the horizontal and plane parallel magnetic flux generated by the inductor.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема реализации способа индукционной тигельной плавки горизонтальным магнитным потоком при использовании электромагнитного намагничивающего устройства с изогнутым магнитопроводом С-образной формы и одним индуктором, продольный разрез; на фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид сверху с разрезом А - А фиг.1; на фиг.3 показана схема реализации способа при использовании электромагнитного намагничивающего устройства с изогнутым магнитопроводом U-образной формы и одним индуктором, вид сверху; на фиг.4 - то же, что на фиг.3, продольный разрез; на фиг.5 показана схема реализации способа при использовании электромагнитного намагничивающего устройства с изогнутым магнитопроводом О-образной формы и двумя индукторами, продольный разрез; на фиг.6 - то же, что на фиг.5, вид сверху.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of an implementation of a method of induction crucible melting by horizontal magnetic flux using an electromagnetic magnetizing device with a curved C-shaped magnetic circuit and one inductor, a longitudinal section; figure 2 is the same as in figure 1, a top view with a section A - A of figure 1; figure 3 shows a diagram of the implementation of the method when using an electromagnetic magnetizing device with a curved magnetic circuit U-shaped and one inductor, top view; figure 4 is the same as in figure 3, a longitudinal section; figure 5 shows a diagram of the implementation of the method when using an electromagnetic magnetizing device with a curved O-shaped magnetic circuit and two inductors, a longitudinal section; figure 6 is the same as in figure 5, a top view.

Предложенный способ индукционной тигельной плавки горизонтальным магнитным потоком реализуется при использовании электромагнитного намагничивающего устройства, содержащего изогнутый магнитопровод 1 U-образной формы (фиг.1, 2), или С-образной формы (фиг.3,4), или О-образной формы (фиг.5, 6) с вертикальными полюсами N и S, которое подводит горизонтальный магнитный поток к тиглю 2 с ванной 3 для шихты и расплава. Между полюсами N и S размещен индуктор 4 (фиг.1-4) или два одинаковых индуктора 4 (фиг.5, 6). Намагничивающее устройство с магнитопроводом 1 О-образной формы имеет два одинаковых индуктора 4, подключенных электрически встречно. Индуктор 4 или индукторы 4 связаны с источникам подачи хладагента и регулируемого переменного электрического напряжения с батареей конденсаторов (не показаны). Между полюсами расположен тигель 2 с ванной 3. Тигель 2 и ванна 3 могут иметь форму цилиндра или параллелепипеда, то есть быть в плане с конфигурацией круга, квадрата или прямоугольника. Конфигурация прямоугольника по сравнению с цилиндрической повышает полезное использование магнитного потока, создаваемого индуктором. Горизонтальный размер ванны 3 - длина вдоль полюса - предпочтительно выполнять по возможности не менее соответствующего размера полюса. Высоту ванны 3 предпочтительно выполнять также не менее верхнего уровня магнитопровода 1. Это также способствует более полному использованию магнитного потока. Электромагнитное намагничивающее устройство устанавливается на основание 5, на которое может быть установлен и тигель 2.The proposed method of induction crucible melting by horizontal magnetic flux is implemented using an electromagnetic magnetizing device containing a curved magnetic circuit 1 U-shaped (Fig.1, 2), or C-shaped (Fig.3,4), or O-shaped ( 5, 6) with vertical poles N and S, which brings the horizontal magnetic flux to the crucible 2 with the bath 3 for the charge and melt. Between the poles N and S there is an inductor 4 (Figs. 1-4) or two identical inductors 4 (Figs. 5, 6). A magnetizing device with an O-shaped magnetic core 1 has two identical inductors 4, connected electrically to one another. Inductor 4 or inductors 4 are connected to the sources of supply of refrigerant and controlled alternating electric voltage with a capacitor bank (not shown). Between the poles there is a crucible 2 with a bath 3. The crucible 2 and the bath 3 can be in the form of a cylinder or parallelepiped, that is, be in plan with the configuration of a circle, square or rectangle. The configuration of the rectangle compared to the cylindrical increases the useful use of the magnetic flux generated by the inductor. The horizontal size of the bath 3 - the length along the pole - it is preferable to perform as much as possible not less than the corresponding size of the pole. The height of the bath 3 is preferably also performed at least the upper level of the magnetic circuit 1. This also contributes to a more complete use of the magnetic flux. An electromagnetic magnetizing device is installed on the base 5, on which the crucible 2 can be installed.

Способ индукционной тигельной плавки горизонтальным магнитным потоком осуществляют следующим образом.The method of induction crucible melting by horizontal magnetic flux is as follows.

В ванну 3 тигля 2 загружают электропроводные компоненты шихты до верхнего уровня тигля 4 или немного выше. Тигель 2 с шихтой размещают между полюсами N и S изогнутого магнитопровода 1 в его межполюсном рабочем пространстве. Затем осуществляют воздействие на шихту рабочим горизонтальным магнитным потоком для ее нагрева индукционными токами и расплавления. Для этого подключают индуктор 4 к источникам подачи хладагента и регулируемого переменного электрического напряжения с батареей конденсаторов.In the bath 3 of the crucible 2 load the electrically conductive components of the mixture to the upper level of the crucible 4 or slightly higher. The crucible 2 with the charge is placed between the poles N and S of the curved magnetic circuit 1 in its interpolar working space. Then carry out the impact on the charge working horizontal magnetic flux for its heating by induction currents and melting. To do this, connect the inductor 4 to the sources of supply of the refrigerant and adjustable alternating electric voltage with a capacitor bank.

Воздействие на шихту горизонтальным магнитным потоком, создаваемым индуктором 4 с витками, охватывающими горизонтальную часть изогнутого магнитопровода 1 с двумя вертикальными полюсами, осуществляют по меньшей мере с двух противоположных боковых сторон тигля 2.The impact on the charge of the horizontal magnetic flux generated by the inductor 4 with turns covering the horizontal part of the curved magnetic circuit 1 with two vertical poles, is carried out from at least two opposite sides of the crucible 2.

Таким образом, при прохождении переменного электрического тока по индуктору 4 создается электромагнитное поле, намагничивающее магнитопровод 1. При этом осуществляют создание усиленного и горизонтально направленного магнитного потока, поскольку магнитопроводом 1 увеличивается значение индукции электромагнитного поля до 500 - 1000 и более раз и последнее получает направленность в межполюсное рабочее пространство U-, С- или O-образного магнитопровода 1 в виде горизонтального магнитного потока. Степень увеличения индукции зависит в основном от магнитной проницаемости материала магнитопровода 1, величины индукции поля, создаваемого индуктором 4, его частоты и расстояния между полюсами N и S. При увеличении проницаемости и индукции эта степень повышается, а с увеличением частоты и расстояния между полюсами - понижается.Thus, when an alternating electric current passes through the inductor 4, an electromagnetic field is created that magnetizes the magnetic circuit 1. At the same time, an amplified and horizontally directed magnetic flux is created, since the magnetic field 1 increases the value of the electromagnetic field induction to 500 - 1000 or more times and the latter receives a directivity of interpolar working space of a U-, C- or O-shaped magnetic circuit 1 in the form of a horizontal magnetic flux. The degree of increase in induction depends mainly on the magnetic permeability of the material of the magnetic circuit 1, the magnitude of the induction of the field created by the inductor 4, its frequency and the distance between the poles N and S. With an increase in permeability and induction, this degree increases, and with an increase in the frequency and distance between the poles it decreases .

Превращения энергии в этом способе идентичны прототипу. Вихревые токи наводятся и в магнитопроводе 1. Однако для их уменьшения вплоть до нуля магнитопровод 1 набирают из тонких пластин электротехнической стали. Таким образом, в прототипе и предложенном техническом решении на куски шихты действует сначала магнитный поток, который наводит в них электрические вихревые токи.The energy conversions in this method are identical to the prototype. Eddy currents are induced in the magnetic circuit 1. However, to reduce them down to zero, the magnetic circuit 1 is drawn from thin plates of electrical steel. Thus, in the prototype and the proposed technical solution, the magnetic flux first acts on the pieces of the charge, which induces electric eddy currents in them.

Границы рабочего магнитного потока определяют высотой и шириной (длиной) полюсов N и S. За их пределами распространяется магнитный поток рассеяния. Для его полезного использования и значительного уменьшения распространения за пределами магнитопровода 1 целесообразно равенство или некоторое превышение соответствующих размеров ванны 3 над указанными размерами полюса. Особенно это заметно при использовании ферромагнитной шихты. До загрузки шихты в ванну 3 рабочее электромагнитное поле является практически плоскопараллельным и неоднородным. Величина индукции возле полюсов больше, чем в средине расстояния между полюсами. По поверхности полюсов она практически одинакова. При загруженной шихте, особенно ферромагнитной, возможно небольшое нарушение плоскопараллельности и неоднородности. После ее расплавления указанные свойства практически восстанавливаются. Это существенно уменьшает интенсивность перемешивания расплава, износ футеровки тигля и замешивание в расплав неметаллических включений - воздушных раковин, частиц плены, футеровки, шлака. Поэтому снижается брак отливок по неметаллическим включениям.The boundaries of the working magnetic flux are determined by the height and width (length) of the poles N and S. Outside of them, the magnetic flux of scattering propagates. For its useful use and a significant reduction in the distribution outside the magnetic circuit 1, it is advisable to equal or slightly exceed the corresponding dimensions of the bath 3 over the indicated dimensions of the pole. This is especially noticeable when using a ferromagnetic charge. Before loading the mixture into the bath 3, the working electromagnetic field is practically plane-parallel and inhomogeneous. The magnitude of the induction near the poles is greater than in the middle of the distance between the poles. On the surface of the poles, it is almost the same. When the charge is loaded, especially ferromagnetic, a slight violation of plane parallelism and heterogeneity is possible. After its melting, these properties are practically restored. This significantly reduces the intensity of melt mixing, wear of the lining of the crucible, and kneading of non-metallic inclusions — air shells, foam particles, lining, and slag — into the melt. Therefore, castings rejected by non-metallic inclusions are reduced.

Магнитная составляющая электромагнитного поля наводит в электропроводных компонентах шихты индукционные вихревые токи, которые нагревают их до расплавления. Первыми расплавляются компоненты, расположенные в средней по высоте части ванны и ближе к ее днищу, так как от них затруднен теплоотвод. Поэтому возможно применение принудительного осаживания шихты. После полного расплавления шихты проводят необходимые металлургические операции, зависящие от вида и марки сплава, заключающиеся, например, в удалении нежелательных примесей и шлака, вводе легирующих компонентов, модифицировании, и индуктор отключают от источника электрического питания. Возможны также доведение расплава до необходимых свойств и выдержка его для порционной разливки известным способом. Затем производят слив расплава из тигля 2.The magnetic component of the electromagnetic field induces induction eddy currents in the electrically conductive components of the charge, which heat them until they melt. The first to melt are the components located in the middle part of the bath and closer to its bottom, since heat removal is difficult from them. Therefore, it is possible to use forced settling of the charge. After complete melting of the charge, the necessary metallurgical operations are carried out, depending on the type and grade of alloy, consisting, for example, in the removal of undesirable impurities and slag, the introduction of alloying components, modification, and the inductor is disconnected from the electric power source. It is also possible to bring the melt to the required properties and to hold it for portion casting in a known manner. Then the melt is drained from the crucible 2.

По сравнению с прототипом предложенное решение позволяет расширить технологические возможности способа индукционной плавки путем использования нижеперечисленных преимуществ:Compared with the prototype, the proposed solution allows you to expand the technological capabilities of the method of induction melting by using the following advantages:

- снижение потерь от износа тигля и брака отливок по неметаллическим включениям из-за уменьшения интенсивности перемешивания расплава горизонтальным магнитным потоком;- reduction of losses from wear of the crucible and marriage of castings for non-metallic inclusions due to a decrease in the intensity of melt mixing by horizontal magnetic flux;

- уменьшение энергоемкости процесса плавки за счет усиления магнитопроводом магнитного потока индуктора, более полного использования усиленного магнитопроводом магнитного потока в качестве рабочего и уменьшения потока рассеяния;- reducing the energy intensity of the smelting process by enhancing the magnetic flux of the magnetic flux of the inductor, more fully using the magnetic flux reinforced by the magnetic flux as a working fluid and reducing the scattering flux;

- повышение защищенности и надежности работы устройства, реализующего способ.- improving the security and reliability of the device that implements the method.

Claims

A method of melting metals and alloys in an electromagnetic induction crucible furnace, comprising loading the charge into a crucible, melting the charge by the action of a working magnetic flux and heating by eddy induction currents, characterized in that the charge is carried out from at least two opposite sides of the crucible by horizontal magnetic flux, they use an inductor with turns covering the horizontal part of the curved magnetic circuit with two vertical poles.