RU2619458C1 - Cold tigel - Google Patents
Cold tigel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2619458C1 RU2619458C1 RU2016106071A RU2016106071A RU2619458C1 RU 2619458 C1 RU2619458 C1 RU 2619458C1 RU 2016106071 A RU2016106071 A RU 2016106071A RU 2016106071 A RU2016106071 A RU 2016106071A RU 2619458 C1 RU2619458 C1 RU 2619458C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- tubes
- circuit
- melt
- crucible according
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/22—Furnaces without an endless core
- H05B6/30—Arrangements for remelting or zone melting
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкциям водоохлаждаемых тиглей с индукционным нагревом, основанном на методе гарнисажа, которые могут быть использованы для получения расплавов минералов, минералоподобных материалов, металлов, для отливки в форму и т.п.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to designs of water-cooled crucibles with induction heating, based on the skull method, which can be used to obtain molten minerals, mineral-like materials, metals, for casting, etc.
Известен холодный тигель для плавки и кристаллизации неорганических соединений методом гарнисажа (Патент РФ №1433420). Указанный известный тигель выполнен в форме металлических, охлаждаемый изнутри трубок, образующих его стенки. Тигель имеет охлажденное дно из диэлектрического материала, на котором установлен электропроводный элемент, инертный к расплаву. Внутри тигля соосно с ним установлен контейнер в форме полого цилиндра с дном в виде обратного конуса, который имеет отверстие. Снаружи вокруг стенок тигля и под его дном расположены независимые индукционные катушки. Технический результат, на который направлена конструкция известного тигля, заключается в увеличении размеров монокристаллов.Known cold crucible for melting and crystallization of inorganic compounds by the skull method (RF Patent No. 1433420). The specified known crucible is made in the form of metal, cooled from the inside of the tubes forming its walls. The crucible has a cooled bottom of a dielectric material on which an electrically conductive element inert to the melt is mounted. Inside the crucible, a container in the form of a hollow cylinder with a bottom in the form of an inverse cone, which has an opening, is aligned with it. Outside around the walls of the crucible and under its bottom are independent induction coils. The technical result, which is aimed at the construction of the known crucible, is to increase the size of single crystals.
Однако известный тигель характеризуется следующими недостатками:However, the known crucible is characterized by the following disadvantages:
- концы трубок известного тигля соединены в замкнутый контур с возможностью создания замкнутой электрической цепи в трубках тигля, что приведет при включенном индукторе к возникновению вторичного магнитного поля, которое противоположно электромагнитному полю индуктора, а значит, будет приводить к потере мощности индуктора, что будет резко снижать эффективность нагрева расплава;- the ends of the tubes of the known crucible are connected in a closed loop with the possibility of creating a closed electric circuit in the tubes of the crucible, which will lead to a secondary magnetic field when the inductor is on, which is opposite to the electromagnetic field of the inductor, and therefore will lead to a loss of inductor power, which will drastically reduce melt heating efficiency;
- вся система охлаждения в известном тигле находится в зоне нагрева, что способствует повышению температуры жидкости охлаждения. Это может привести к перегреву;- the entire cooling system in the known crucible is in the heating zone, which contributes to an increase in the temperature of the cooling liquid. This can lead to overheating;
- в известном тигле отсутствует газоотводная трубка, что может привести к повышению давления в зоне расплава и к нарушению герметичности гарнисажного слоя.- in the known crucible there is no vent pipe, which can lead to an increase in pressure in the melt zone and to a violation of the tightness of the skull layer.
Из уровня техники также известен водоохлаждаемый тигель с индукционным нагревом (Патент РФ №2246805), который содержит водоохлаждаемую крышку, водоохлажаемый сливной затвор, водоохлаждаемый сливной узел, крышку водоохлаждаемого сливного узла, загрузочный узел, внутренний питатель, газоотводной патрубок, гребенку, верхний коллектор, цилиндрический корпус, нижний коллектор, плоское водоохлаждаемое днище и индуктор. Технический результат от использования известного изобретения - снижение тепловых потерь и энергозатрат, упрощение конструкции, снижение аварийноопасности, возможность регулирования производительности слива расплава, обеспечение неизменности химического состава сливаемого расплава по сравнению с химическим составом подаваемого в водоохлаждаемый тигель материала.The prior art also knows a water-cooled crucible with induction heating (RF Patent No. 2226805), which contains a water-cooled cover, a water-cooled drain valve, a water-cooled drain assembly, a cover of a water-cooled drain assembly, a loading assembly, an internal feeder, a gas outlet, a comb, an upper collector, a cylindrical case, lower collector, flat water-cooled bottom and inductor. The technical result from the use of the known invention is to reduce heat loss and energy consumption, simplifying the design, reducing the hazard, the ability to control the melt discharge performance, ensuring the unchanged chemical composition of the melt being drained compared to the chemical composition of the material fed to the water-cooled crucible.
Однако главным недостатком указанного известного тигля является то же, что и в предыдущем аналоге, а именно возможность образования электрически замкнутой цепи в трубках тигля, что приводит при работе тигля к потере мощности индуктора, а значит - к снижению эффективности нагрева. Кроме того, известный тигель имеет сложную конструкцию и низкую ремонтопригодность.However, the main disadvantage of this known crucible is the same as in the previous analogue, namely, the possibility of the formation of an electrically closed circuit in the tubes of the crucible, which leads to a loss of inductor power during operation of the crucible, which means a decrease in heating efficiency. In addition, the known crucible has a complex structure and low maintainability.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является холодный тигель для плавления и кристаллизации неорганических соединений (Патент РФ №1384209). Этот тигель выполнен в форме металлических, охлаждаемых изнутри трубок, образующих его стенки, вокруг которых расположена индукционная катушка. Под охлаждаемым дном тигля, выполненным из диэлектрического материала, расположена дополнительная независимая индукционная катушка. Кристаллы, полученные в известном тигле, будут свободны от напряжений.Closest to the proposed invention by technical nature is a cold crucible for melting and crystallizing inorganic compounds (RF Patent No. 1384209). This crucible is made in the form of metal, internally cooled tubes forming its walls, around which an induction coil is located. An additional independent induction coil is located under the cooled crucible bottom made of dielectric material. The crystals obtained in the famous crucible will be free of stress.
Недостатком указанного тигля является то, что концы трубок известного тигля соединены в замкнутый контур с возможностью создания замкнутой электрической цепи в трубках тигля, что приведет при включенном индукторе к возникновению вторичного магнитного поля, которое противоположно электромагнитному полю индуктора, а, значит, будет приводить к потере мощности индуктора, что будет резко снижать эффективность нагрева расплава.The disadvantage of this crucible is that the ends of the tubes of the known crucible are connected in a closed loop with the possibility of creating a closed electrical circuit in the tubes of the crucible, which will lead to a secondary magnetic field that is opposite to the electromagnetic field of the inductor when the inductor is on, and, therefore, will lead to loss inductor power, which will drastically reduce the heating efficiency of the melt.
Кроме того, вся система охлаждения в известном тигле находится в зоне нагрева, что способствует повышению температуры жидкости охлаждения. Это может привести к перегреву и к нарушению гарнисажного слоя.In addition, the entire cooling system in the known crucible is located in the heating zone, which contributes to an increase in the temperature of the cooling liquid. This can lead to overheating and to a violation of the skull layer.
И вместе с этим конструкция известного тигля сложна. Особую сложность представляет изготовление ламелей для него.And along with this, the design of the famous crucible is complex. Of particular difficulty is the manufacture of slats for him.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности нагрева расплавляемого материала и в снижении энергозатрат, за счет отведения верхнего и нижнего контура для воды от зоны расплава и от индукционных токов индуктора и за счет отсутствия в конструкции тигля замкнутого для электромагнитных волн контура, соединяющего концы трубок, который бы забирал часть мощности индуктора, при одновременной простоте конструкции.The technical result achieved by the present invention is to increase the heating efficiency of the molten material and to reduce energy costs, due to the removal of the upper and lower circuits for water from the melt zone and from the induction currents of the inductor and due to the absence in the crucible design of a circuit closed for electromagnetic waves connecting the ends of the tubes, which would take part of the power of the inductor, while simplicity of design.
Указанный технический результат достигается предлагаемым холодным тиглем, выполненным в форме металлических, охлаждаемых изнутри трубок, установленных с зазором по отношению друг к другу, образующих стенки тигля, вокруг которого расположена индукционная катушка, и имеющий дно из диэлектрического материала и элемент для фиксации трубок, при этом новым является то, что каждая металлическая трубка, образующая стенки тигля, выполнена с отогнутыми в одном направлении концами, с образованием всеми трубками тигля в виде цилиндра с верхним и нижним раструбами на его торцах; при этом концы трубок каждого раструба соединены в замкнутый контур посредством соединительных элементов, образуя систему охлаждения с возможностью подачи охлаждаемой воды через один контур и отведения ее через другой контур; при этом одновременно указанный контур выполнен с возможностью, исключающей создание замкнутой электрической цепи в трубках тигля и образование магнитного поля; в качестве элемента для фиксации трубок тигель содержит упор, выполненный в виде листа с перфорационными отверстиями, в которых установлены указанные трубки, а дно тигля выполнено в виде огнеупорного кольца с отверстием для слива расплава и установлено над указанным упором через асбестовую прокладку.The specified technical result is achieved by the proposed cold crucible, made in the form of metal, internally cooled tubes installed with a gap in relation to each other, forming the walls of the crucible around which the induction coil is located, and having a bottom made of a dielectric material and an element for fixing the tubes, new is that each metal tube forming the crucible walls is made with ends bent in one direction, with the formation of all crucible tubes in the form of a cylinder with an upper and izhnim sockets at its ends; the ends of the tubes of each socket are connected into a closed loop by means of connecting elements, forming a cooling system with the possibility of supplying cooled water through one loop and draining it through another loop; at the same time, said circuit is configured to exclude the creation of a closed electrical circuit in the crucible tubes and the formation of a magnetic field; as an element for fixing the tubes, the crucible contains an emphasis made in the form of a sheet with perforation holes in which these tubes are installed, and the bottom of the crucible is made in the form of a refractory ring with an opening for draining the melt and is installed above the emphasis through an asbestos gasket.
Трубки тигля выполнены медными.Crucible tubes are made of copper.
Внешние стенки трубок имеют слой герметизирующей обмазки.The outer walls of the tubes have a layer of sealing coating.
Зазоры между трубками выполнены равномерными.The gaps between the tubes are uniform.
Трубки в поперечном сечении выполнены круглыми или эллипсоидными.The tubes in the cross section are round or ellipsoidal.
Угол отгиба верхней и нижней части металлической трубки тигля составляет по 45-90°, преимущественно 45-60°.The bending angle of the upper and lower parts of the crucible metal tube is 45-90 °, mainly 45-60 °.
Углы отгиба верхней и нижней части металлических трубок тигля, образующих раструбы, являются одинаковыми или различными.The bending angles of the upper and lower parts of the metal tubes of the crucible forming the sockets are the same or different.
Соединительные элементы для концов трубок каждого раструба, обеспечивающие их соединение в контур, выполнены Т-образными.The connecting elements for the ends of the tubes of each socket, ensuring their connection into the circuit, are made T-shaped.
Все соединительные элементы выполнены в контуре из полимерного материала.All connecting elements are made in the circuit of a polymeric material.
Часть соединительных элементов выполнена в контуре из полимерного материала, а другая часть - из того же металла, из которого выполнены трубки.Part of the connecting elements is made in the circuit of polymeric material, and the other part is of the same metal from which the tubes are made.
Упор выполнен из силикатного или текстолитового материала.The emphasis is made of silicate or textolite material.
Отверстие в дне тигля для слива расплава снабжено спускной или одноразовой проплавляемой пробкой.The hole in the bottom of the crucible for draining the melt is equipped with a bleed or disposable smelting plug.
Внутренняя полость тигля в зоне расплава снабжена концентратором магнитного поля.The inner cavity of the crucible in the melt zone is equipped with a magnetic field concentrator.
Концентратор магнитного поля выполнен в виде углеродного контура или кольцевого элемента из тугоплавких металлов, например молибдена, платины.The magnetic field concentrator is made in the form of a carbon circuit or an annular element of refractory metals, such as molybdenum, platinum.
Поставленный технический результат достигается благодаря следующему.The technical result is achieved due to the following.
Благодаря тому что каждая металлическая трубка, например выполненная из меди, но можно и из другого диамагнитного материала, образующая стенки тигля, выполнена с отогнутыми в одном направлении концами, с образованием всеми трубками указанной формы пространственной фигуры тигля в виде цилиндра с верхним и нижним раструбами на его торцах, обеспечивается снижение энергозатрат и более эффективный нагрев расплавляемого материала, во-первых, за счет отведение контуров, которые выполнены на торцах раструбов, за пределы теплового и электромагнитного излучения, и во-вторых, за счет выведения за пределы индукционных токов, ввиду того что указанные контуры, соединяющие торцы трубок, в силу свойств материалов, из которых они выполнены (полимерные или могут включать для жесткости и металлические элементы, но присоединяемые к концам трубок через диэлектрические вставки), не образуют замкнутую для электромагнитных волн цепь или, иными словами, исключают образование вторичного магнитного поля вокруг указанного контура. А значит, и не забирают на себя мощность индуктора.Due to the fact that each metal tube, for example made of copper, but can also be made of another diamagnetic material, which forms the walls of the crucible, is made with ends bent in one direction, with the formation of all the tubes of the indicated shape of the spatial figure of the crucible in the form of a cylinder with upper and lower sockets its ends, provides a reduction in energy consumption and more efficient heating of the molten material, firstly, due to the removal of circuits that are made at the ends of the sockets, beyond the limits of thermal and electromagnet total radiation, and secondly, due to the removal of induction currents, due to the fact that these circuits connecting the ends of the tubes, due to the properties of the materials from which they are made (polymer or may include metal elements for stiffness, but attached to the ends tubes through dielectric inserts), do not form a circuit closed for electromagnetic waves or, in other words, exclude the formation of a secondary magnetic field around the specified circuit. This means that they do not take on the power of the inductor.
Отсутствие этого признака в известных конструкциях тиглей приводит к тому, что, во-первых, температура зоны расплава в известных тиглях способствует нагреву охлаждающей жидкости (поток жидкости циркулирует прямо над зоной расплава), что способно привести к перегреву тигля и к аварийной ситуации, а во-вторых, происходит потеря мощности индуктора примерно на 30%, т.к. концы трубок тигля в аналогах находятся в зоне влияния индукционных токов индуктора, соединены в замкнутый электромагнитный контур, способный выступать как вторичная обмотка индуктора с наведением в нем поля, противоположного полю индуктора, что и способствует потере мощности последнего.The absence of this feature in known crucible designs leads to the fact that, firstly, the temperature of the melt zone in known crucibles contributes to the heating of the coolant (the fluid flow circulates directly above the melt zone), which can lead to overheating of the crucible and to an emergency, and secondly, there is a loss of inductor power by about 30%, because the ends of the crucible tubes in analogs are in the zone of influence of the induction currents of the inductor, connected to a closed electromagnetic circuit that can act as a secondary winding of the inductor with inducing in it a field opposite to the inductor field, which contributes to the loss of power of the latter.
Таким образом, особенностью предлагаемого холодного тигля является отсутствие по сравнению с прототипом замкнутых электромагнитах контуров, способных забирать на себя часть мощности индуктора.Thus, a feature of the proposed cold crucible is the absence, in comparison with the prototype of closed electromagnets, of circuits capable of taking part of the power of the inductor onto itself.
Соединение концов трубок каждого раструба в контур посредством соединительных элементов, когда используются одинаковые полимерные, например поливинилхлоридные, элементы, исключает возможность создания замкнутой электрической цепи в трубках тигля и образование магнитного поля, т.к. полимерные соединительные элементы, в силу своих диэлектрических свойств, не способны проводить ток.The connection of the ends of the tubes of each bell to the circuit by means of connecting elements when the same polymer, for example, polyvinyl chloride, elements are used, excludes the possibility of creating a closed electrical circuit in the crucible tubes and the formation of a magnetic field, because polymer connecting elements, due to their dielectric properties, are not able to conduct current.
Выполнение того же контура из соединительных элементов разной природы (полимерных и металлических из того же металла, из которого сделаны трубки) также необходимо в случае, когда необходимо повысить жесткость тигля. Но при этом металлические соединительные элементы в местах соединения с концом трубки имеют диэлектрическую вставку, например резиновую или полимерную трубку, что позволит также выполнить электрически разомкнутый с концами трубок контур.The execution of the same circuit from connecting elements of different nature (polymer and metal from the same metal from which the tubes are made) is also necessary in the case when it is necessary to increase the rigidity of the crucible. But at the same time, metal connecting elements at the points of connection with the end of the tube have a dielectric insert, for example, a rubber or polymer tube, which will also allow the circuit to be electrically open with the ends of the tubes.
Соединение концов трубок каждого раструба в замкнутый контур посредством соединительных элементов, например, Т-образной формы, обеспечивает, наряду с вышеизложенным, и образование системы охлаждения трубок тигля с возможностью подачи охлаждаемой воды, например, через нижний контур и отведения ее через верхний контур. Причем замкнутый контур из соединительных элементов должен обеспечивать герметичность и выдерживать давление воды. Такое предложенное разделение подачи и слива воды, а также с учетом того, что часть системы охлаждения (через раструбы тигля) выведена от воздействия температуры расплава, позволяет более эффективно охлаждать тигель, снижая тем самым температуру его стенок, а значит - снизить тепловые потери и энергозатраты (т.к. вся энергия идет на расплав, а не на нагрев жидкости) и исключить перегрев трубок тигля, который может привести в свою очередь к разрушению гарнисажного слоя.The connection of the ends of the tubes of each socket in a closed circuit by means of connecting elements, for example, T-shaped, provides, along with the foregoing, the formation of a cooling system for the crucible tubes with the possibility of supplying cooled water, for example, through the lower circuit and drain it through the upper circuit. Moreover, the closed loop of the connecting elements must ensure tightness and withstand water pressure. This proposed separation of the supply and discharge of water, and also taking into account the fact that part of the cooling system (through the bells of the crucible) is removed from the influence of the temperature of the melt, allows more efficient cooling of the crucible, thereby reducing the temperature of its walls, which means reducing heat loss and energy consumption (since all the energy goes to the melt, and not to heat the liquid) and to exclude overheating of the crucible tubes, which can in turn lead to the destruction of the skull layer.
Также следует указать, что такого вида контур (т.е. это своего рода кольцо) обеспечивает исключение создания давления в зоне расплава, т.к. нет препятствий выходу газов из зоны расплава. Это способствует сохранению гарнисажного слоя и исключению аварийной ситуации.It should also be noted that this type of circuit (i.e., it is a kind of ring) ensures that pressure is not created in the melt zone, because there are no obstacles to the exit of gases from the melt zone. This contributes to the maintenance of the skull layer and the elimination of an emergency.
Такие элементы конструкции тигля, как:Crucible structural elements such as:
- наличие элемента для фиксации трубок в виде упора, выполненного в форме листа с перфорационными отверстиями, в которых установлены указанные трубки, причем лист может быть выполнен, например, из силикатного или текстолитового материала;- the presence of an element for fixing the tubes in the form of a stop, made in the form of a sheet with perforations in which these tubes are installed, and the sheet can be made, for example, of silicate or textolite material;
- выполнение дна тигля в виде огнеупорного кольца с отверстием для слива расплава (дно служит для размещения на нем расплавляемого материала и его удерживания в зоне индукционного электромагнитного воздействия; также отверстие в дне тигля для слива расплава может быть снабжено спускной или одноразовой проплавляемой пробкой);- the execution of the bottom of the crucible in the form of a refractory ring with a hole for draining the melt (the bottom serves to place the molten material on it and holding it in the area of electromagnetic induction; also, the hole in the bottom of the crucible for draining the melt can be equipped with a bleed or disposable fused plug);
- и наличие асбестовой прокладки между упором и дном тигля (для исключения теплового воздействия от дна тигля на упор), являются технологически необходимыми для реализации назначения заявляемого тигля.- and the presence of an asbestos gasket between the stop and the bottom of the crucible (to exclude thermal effects from the bottom of the crucible to the stop), are technologically necessary for the purpose of the inventive crucible.
Благодаря тому, что стенки тигля выполнены в виде охлаждаемых металлических трубок, установленныхс заданным зазором, например равномерным, друг по отношению к другу, обеспечивается возможность применения метода гарнисажа при расплавлении материалов. Наличие зазоров между трубками, а также благодаря тому что контур на концах трубок выполнен с возможностью, исключающей создание замкнутой электромагнитной цепи в трубках тигля и образование магнитного поля, исключается наведение в тигле кольцевых токов, обратных току индуктора и экранирующих садку тигля. Этим обеспечивается высокая эффективность нагрева расплава, т.к. не происходит потери мощности индуктора, которая была бы неизбежна при указанных кольцевых токах.Due to the fact that the crucible walls are made in the form of cooled metal tubes installed with a given gap, for example uniform, with respect to each other, it is possible to use the skull method during melting of materials. The presence of gaps between the tubes, and also due to the fact that the circuit at the ends of the tubes is configured to exclude the creation of a closed electromagnetic circuit in the crucible tubes and the formation of a magnetic field, excludes the induction of ring currents in the crucible that are opposite to the inductor current and shield the crucible charge. This ensures high melt heating efficiency, as there is no loss of inductor power, which would be inevitable with the indicated ring currents.
Наличие или отсутствие на внешних стенках трубок слоя герметизирующей обмазки (например, в виде жидкого стекла с тугоплавкими добавками) обусловлено видом расплавляемого материала. При расплаве металла наличие покрытия необходимо для исключения замыкания между стенками трубки расплавляемым металлом. Замыкание может привести к наведению кольцевых токов, обратных току индуктора, что резко снизит эффективность нагрева.The presence or absence on the outer walls of the tubes of a layer of sealing coating (for example, in the form of liquid glass with refractory additives) is due to the type of molten material. When the metal is molten, the presence of a coating is necessary to eliminate the short circuit between the walls of the tube with molten metal. Shorting can lead to the induction of ring currents opposite to the inductor current, which will sharply reduce the heating efficiency.
Выполнение трубок тигля в поперечном сечении, например, эллипсоидными обеспечивает увеличение площади их контакта с расплавом, что повышает эффективность нагрева.The execution of the crucible tubes in the cross section, for example, ellipsoidal provides an increase in the area of their contact with the melt, which increases the heating efficiency.
Раструбы тигля в его верхнем и нижнем торцах образованы за счет отгиба верхней и нижней части металлической трубки тигля от его продольной оси. Причем угол отгиба, когда обеспечивается наибольшее удаление концов трубок контура от зоны расплава и от действия магнитной индукции, при этом, не создавая ограничений для потока охлаждающей воды, составляет 45-90°. При угле отгиба менее 45° влияние температуры зоны расплава будет достаточно велико, а при угле отгиба более 90° будут технологические сложности при фиксации трубок хомутами, т.к. последние могут расплавляться. Преимущественным углом отгиба является диапазон 45-60°.The sockets of the crucible in its upper and lower ends are formed due to the bending of the upper and lower parts of the metal tube of the crucible from its longitudinal axis. Moreover, the bending angle, when the greatest distance of the ends of the tubes of the circuit from the melt zone and from the action of magnetic induction is provided, while not creating restrictions on the flow of cooling water, is 45-90 °. With an angle of bending of less than 45 °, the influence of the temperature of the melt zone will be quite large, and with an angle of bending of more than 90 ° there will be technological difficulties in fixing the tubes with clamps, the latter may melt. The preferred bending angle is the range of 45-60 °.
Причем углы отгиба верхнего и нижнего раструба могут быть как одинаковыми, так и могут отличаться.Moreover, the bending angles of the upper and lower bell may be the same or may differ.
Для увеличения эффекта индукционного нагрева немагнитных материалов внутренняя полость тигля в зоне расплава может быть снабжена концентратором магнитного поля, выполненным, например, в виде углеродного контура или кольцевого элемента из тугоплавких металлов, например молибдена, платины. Наиболее интенсивный нагрев и образование первых капель расплава происходит в этом случае вблизи концентратора. Концентратор позволяет снизить энергетические затраты при плавке. Он замыкает через себя магнитные силовые линии, концентрируя их внутри тигля, увеличивая интенсивность воздействия энергии индуктора на расплавляемый материал. Для предотвращения загрязнения расплава концентратор может извлекаться после получения зеркала расплава.To increase the effect of induction heating of non-magnetic materials, the inner cavity of the crucible in the melt zone can be equipped with a magnetic field concentrator made, for example, in the form of a carbon circuit or an annular element of refractory metals, for example molybdenum, platinum. The most intense heating and the formation of the first drops of the melt occurs in this case near the concentrator. The concentrator allows you to reduce energy costs during melting. He closes through himself magnetic lines of force, concentrating them inside the crucible, increasing the intensity of the effect of the energy of the inductor on the molten material. To prevent fouling of the melt, the concentrator may be removed after receiving the melt mirror.
Таким образом, благодаря совокупности конструктивных признаков предлагаемого тигля будет обеспечено повышение эффективности нагрева расплавляемых материалов за счет исключения потерь мощности магнитной индукции. Испытания показали, что заявляемый тигель позволяет при невысокой частоте генератора 400-450 кГц и низкой мощности до 80 кВт индуктора обеспечить за небольшой промежуток времени приемлемую температуру нагрева до +2000°С, при одновременной простоте конструкции.Thus, due to the combination of design features of the proposed crucible, it will be possible to increase the heating efficiency of the molten materials by eliminating the loss of magnetic induction power. Tests have shown that the inventive crucible allows for a low generator frequency of 400-450 kHz and low power up to 80 kW of the inductor to provide an acceptable heating temperature for up to + 2000 ° C for a short period of time, while simplicity of design.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемого тигля в продольном разрезе; на фиг. 2 - схема тигля - вид сверху.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the proposed crucible in longitudinal section; in FIG. 2 - scheme of the crucible - top view.
Предлагаемый холодный тигель состоит из полых металлических, преимущественно, медных, охлаждаемых изнутри трубок 1, установленных с зазором 2 (преимущественно, выполнены равномерными) по отношению друг к другу, образующих стенки тигля. В поперечном сечении металлическая трубка 1 может быть круглой или эллипсоидной. На внешних стенках трубок 1 при расплаве металлов может быть нанесен слой герметизирующей обмазки (на чертеже не показан), например жидкое стекло с тугоплавкими добавками. Каждая металлическая трубка 1, образующая стенки тигля, выполнена с отогнутыми от продольной оси трубки 1 в одном направлении, преимущественно, на угол α=45-60° верхними и нижними концами, с образованием всеми трубками указанной формы пространственной фигуры тигля в виде цилиндра 3 (это рабочая часть тигля) с верхним 4 и нижним 5 раструбами на его торцах. Причем угол отгиба верхней части трубки 1 может отличаться от угла отгиба нижнего конца трубки 1. При этом концы трубок 1 каждого раструба 4 и 5 соединены в замкнутый контур 6 и 7 соответственно, посредством соединительных элементов, например, Т-образной формы, в качестве которых можно использовать, например, элементы, все выполненные из полимерного материала (например, из поливинилхлорида), или для создания контура, часть элементов которого будет состоять из поливинилхлоридных элементов, а часть - металлических из того же металла, что и трубки 1, но имеющих, например, соединитель из диэлектрического материала для подсоединения к трубке 1. Целью разведения трубок является отведение контуров, по которым протекает охлаждающая жидкость, от теплового излучения расплава и индукционных токов, чтобы исключить наведение в тигле кольцевых токов, обратных току индуктора. Указанные контуры 6 и 7 совместно с трубками 1 образуют систему охлаждения с возможностью подачи охлаждаемой воды, например, через нижний контур 7 через трубки 1 и отведения ее через верхний контур 6 через патрубки 8 и 9 соответственно.The proposed cold crucible consists of hollow metal, mainly copper, internally cooled
Для фиксации трубок используется упор 10, например, силикатный или текстолитовый лист, с перфорационными отверстиями 11 по диаметру трубок 1, в которых они и установлены.To fix the tubes, an
В качестве неохлаждаемого дна тигель содержит огнеупорное кольцо 12, например керамическое кольцо, с отверстием 13 для слива расплава, которое может быть снабжено спускной или одноразовой проплавляемой пробкой (на чертеже не показана). Указанное кольцо 12 установлено на текстолитовый или силикатный упор 10 через асбестовую прокладку 14, имеющую отверстие по центру, равное по диаметру сливному отверстию 13 огнеупорного кольца 12.As an uncooled bottom, the crucible contains a
Тигель помещен в полость кольцевой индукционной катушки 15 (мощностью, например, до 80 кВт), служащей для расплавления материала и которая присоединена к генератору высокой частоты (на чертеже не показан), рабочая частота которого, преимущественно, 400-450 кГц. Индуктор закреплен от перемещения в вертикальном направлении, например, посредством шипа медного.The crucible is placed in the cavity of the ring induction coil 15 (with a power, for example, up to 80 kW), which serves to melt the material and which is connected to a high-frequency generator (not shown in the drawing), the operating frequency of which is mainly 400-450 kHz. The inductor is secured against movement in the vertical direction, for example, by means of a copper spike.
Для лучшей эффективности при расплавлении немагнитного материала, например базальтовой шихты, внутренняя полость тигля в зоне расплава 3 может быть снабжена концентратором 16 магнитного поля, который, например, будет изготовлен в виде углеродного контура или кольцевого элемента из тугоплавких металлов, например молибдена, платины и т.п.For better efficiency in the melting of non-magnetic material, such as a basalt charge, the inner crucible cavity in the
Работа заявляемого холодного тигля для плавки материалов происходит следующим образом.The operation of the inventive cold crucible for melting materials is as follows.
Перед началом плавления осуществляется сборка дна 12 тигля. Для этого на текстолитовый (или силикатный) упор 10 устанавливается асбестовая прокладка 14, далее - керамическое дно 12, отверстие 13 которого закрывается спускной пробкой или одноразовой проплавляемой пробкой. В рабочую зону 3 тигля помещается расплавляемый материал (если в качестве расплавляемого материала используют не металл, то в зону 3 может быть установлен концентратор 16, однако можно обойтись и без него). Включается индуктор 15. Через нижний 7 и верхний 6 контуры осуществляется подача охлаждающей воды и ее отвод, причем подвод осуществляется через нижний 7 контур, а отвод через противоположный край верхнего контура 6, тем самым обеспечивая максимальное заполнение трубок 1 тигля водой. Вода, протекая по трубкам 1 тигля, охлаждает их и за счет теплопередачи от расплава образует спекшийся гарнисажный слой (толщиной этого слоя можно управлять, например, путем изменения режимов индуктора 15 и скоростью потока охлаждающей жидкости) в расплавляемом материале, препятствующий разрушению тигля. После расплавления всего материала происходит проплавление одноразовой пробки и спуск расплава в заранее подготовленную форму (на чертеже не показана) или в следующий элемент технологической цепочки, например во вторичный тигель или в фильеру. При необходимости расплавления немагнитного материала, например силикатов, оксидных материалов, в полость тигля устанавливается концентратор 16 магнитного поля. В этом случае он замыкает через себя магнитные силовые линии, нагревая и передавая тепловую энергию в шихту. Для предотвращения загрязнения расплава, а также для долговечности для последующего использования указанный концентратор 16 рекомендуется извлекать после получения зеркала расплава.Before melting, the bottom of the
Предлагаемый тигель был опробован при получении расплава базальта. В качестве тигля использовали тигель, выполненный из полых медных трубок, с двумя раструбами на концах. Диаметр в зоне расплава 180 мм, в которую был помещен концентратор из углерода диаметром 150 мм. Угол отгиба трубок верхнего и нижнего раструба был одинаков и составлял 45°. Концы трубок верхнего и нижнего раструбов были соединены в замкнутый контур поливинилхлоридными Т-образными соединительными элементами. Диаметр индуктивной катушки составлял 200 мм и режим ее работы: мощность 36 кВт, частота генератора 440 кГц. При массе шихты 5 кг, выход на жидкую фазу в количестве 2 кг с температурой расплава +1700°С произошел с трехстадийным подходом увеличения мощности индуктора за 20-30 мин. При 40-50 минутах заданной работы индуктора происходит нагрев зоны расплава предлагаемого тигля до +2000°С.The proposed crucible was tested upon receipt of the basalt melt. As a crucible, a crucible made of hollow copper tubes with two sockets at the ends was used. The diameter in the melt zone is 180 mm, in which a carbon concentrator with a diameter of 150 mm was placed. The bending angle of the tubes of the upper and lower bell was the same and amounted to 45 °. The ends of the tubes of the upper and lower sockets were connected in a closed loop by polyvinyl chloride T-shaped connecting elements. The diameter of the inductive coil was 200 mm and its operation mode: power 36 kW, generator frequency 440 kHz. With a charge mass of 5 kg, the output to the liquid phase in an amount of 2 kg with a melt temperature of + 1700 ° C occurred with a three-stage approach to increase the inductor power in 20-30 minutes. At 40-50 minutes of the specified operation of the inductor, the melt zone of the proposed crucible is heated to + 2000 ° C.
Таким образом, особенностью настоящего холодного тигля является отсутствие по сравнению с прототипом замкнутых электромагнитных контуров, исключающих потери полезной мощности индуктора. При этом наблюдается снижение энергозатрат и более эффективный нагрев расплавляемого материала. Конструкция заявляемого тигля является простой, не сложной в изготовлении. Кроме того, предлагаемый тигель имеет высокий потенциал модернизации и усовершенствования, в зависимости от поставленных технологических задач.Thus, a feature of this cold crucible is the absence of closed electromagnetic circuits, excluding the loss of useful power of the inductor, in comparison with the prototype. In this case, a decrease in energy consumption and a more efficient heating of the molten material are observed. The design of the inventive crucible is simple, not complicated to manufacture. In addition, the proposed crucible has a high potential for modernization and improvement, depending on the set technological tasks.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016106071A RU2619458C1 (en) | 2016-02-20 | 2016-02-20 | Cold tigel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016106071A RU2619458C1 (en) | 2016-02-20 | 2016-02-20 | Cold tigel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2619458C1 true RU2619458C1 (en) | 2017-05-16 |
Family
ID=58715743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016106071A RU2619458C1 (en) | 2016-02-20 | 2016-02-20 | Cold tigel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2619458C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE495006C (en) * | 1925-03-31 | 1930-04-01 | Lorenz Akt Ges C | Heating coil arrangement for high-frequency melting furnaces |
| GB1354697A (en) * | 1970-07-28 | 1974-06-05 | Mullard Ltd | Method of growing crystals |
| SU1384209A3 (en) * | 1983-05-06 | 1988-03-23 | Н.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (Фирма) | Cold crucible |
| SU1433420A3 (en) * | 1983-05-06 | 1988-10-23 | Н.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (Фирма) | Cold crucible |
| RU2246805C1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-02-20 | Секинаев Марзабек Георгиевич | Water-cooled and induction heated crucible |
-
2016
- 2016-02-20 RU RU2016106071A patent/RU2619458C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE495006C (en) * | 1925-03-31 | 1930-04-01 | Lorenz Akt Ges C | Heating coil arrangement for high-frequency melting furnaces |
| GB1354697A (en) * | 1970-07-28 | 1974-06-05 | Mullard Ltd | Method of growing crystals |
| SU1384209A3 (en) * | 1983-05-06 | 1988-03-23 | Н.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (Фирма) | Cold crucible |
| SU1433420A3 (en) * | 1983-05-06 | 1988-10-23 | Н.В.Филипс Глоэлампенфабрикен (Фирма) | Cold crucible |
| RU2246805C1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-02-20 | Секинаев Марзабек Георгиевич | Water-cooled and induction heated crucible |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU769728B2 (en) | High efficiency induction melting system | |
| US9288847B2 (en) | Cold crucible induction melter integrating induction coil and melting furnace | |
| JPH077102B2 (en) | Melt furnace for waste treatment and its heating method | |
| KR102175770B1 (en) | Electromagnetic induction furnace and use of the furnace for melting a mixture of metal(s) and oxide(s), said mixture representing a corium | |
| TWI572839B (en) | Open bottom electric induction cold crucible for an electromagnetic casting and method of electromagnetic casting an ingot in an open bottom electric induction cold crucible | |
| CN112325641A (en) | Vacuum melting induction coil device | |
| JP2954896B2 (en) | Device for extracting melt from cold crucible induction melting furnace | |
| US2817695A (en) | Electric furnace and electrode structures for kaolin melting | |
| KR20000029468A (en) | Glass induction melting furnace using a cold crucible | |
| RU2619458C1 (en) | Cold tigel | |
| US3628948A (en) | Electric arc vacuum melting processes | |
| CN113429115B (en) | Crucible, induction coil for cavity of crucible and material processing equipment | |
| CN202885526U (en) | Medium frequency coreless induction drain valve. | |
| KR101485528B1 (en) | Device for discharging and Outlet | |
| JP2001241858A (en) | Guide tube structure for electromagnetic flux concentration | |
| JP2017194234A (en) | Bottom molten metal nozzle and bottom molten metal nozzle type melting furnace | |
| JP2022524841A (en) | Electromagnetic devices and systems for pumping, circulating, or transferring non-ferrous molten metals | |
| RU2826919C1 (en) | Induction crucible electric furnace with closed magnetic core | |
| RU2312154C2 (en) | Circular inductor | |
| CN211406336U (en) | Ring beam high-frequency electromagnetic heater | |
| CN221706181U (en) | Medium frequency graphite electric furnace | |
| JPH05280874A (en) | Floating melting device using ceramic-made crucible | |
| CN113461307B (en) | Container and material processing equipment | |
| CN218065889U (en) | Induction heating device of stepped crucible with secondary coil | |
| CN100484341C (en) | Current-collecting induction heater |