Переносной тигель для плавления чугуна марки ЧС17 Российский патент 2023 года по МПК F27B14/10 F27D1/00 F27D11/12 

Изобретение относится к области электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавильным процессам металлов и сплавов в индукционных печах.

Известно, что интенсивность и величина температуры нагрева изделий из ферромагнитных материалов зависит от условной глубины проникновения электромагнитной волны в металл (RU №2731494 C1).

Установлено, что для каждой частоты переменного электромагнитного поля имеется фиксированная глубина проникновения электромагнитных волн в металлы и сплавы. Кроме того, экспериментально определено, что при меньшем поперечном сечении, чем глубина проникновения тока в металл или диаметра изделия нагреваемого железо-углеродистого сплава высокочастотным электромагнитным полем, температура в таких заготовках не поднимается выше температур 740-780°С (эффект «жестяной» банки).

Этим объясняется эффект не возможности более высокого нагрева деталей с тонким поперечным сечением выше температуры точки Кюри для определенных частот, вследствие значительного увеличения «горячей» глубины проникновения тока в металл, нагретого выше точки магнитных превращений (В.Ф. Гребешок и др. Выбор конфигурации и расчет индуктора для высокочастотного нагрева. Оренбургский государственный университет - 2002 г. - 31 с.). Температуру нагреваемой внутренней поверхности тигля можно задавать путем подбора химического состава из которого он изготовлен с учетом точки Кюри и «горячей» глубины проникновения волны в металл.

Например: сплав железа с 4,3% кремния имеет точку Кюри 690°С. Альсифер (Al - 5,4; Si - 9,6; Fe - остальное), точка Кюри 550°С. Оксид железа (Fe₂O₃) точка Кюри 675°С. Таким образом, варьирую химическим составом из которого изготавливается тигель и частотой электромагнитного поля можно с достаточно высокой степенью точности регламентировать температуру нагрева его внутренней поверхности и тем самым температуру нагрева расплава без регистрирующей аппаратуры.

Известно устройство контроля температуры в тигельной индукционной печи (SU №1617290, 30.12.1990), где температуру измеряют термопарой в атмосфере печи, а расплавленного металла определяют с помощью электронного блока обеспечивающий требуемую температуру при разливки металла в формы.

Недостатком известного устройства является сложность аппаратурного оформления при контроле температуры расплавленного металла.

Известен способ измерения температуры нагрева и расплавления в индукционной тигельной печи, по этому способу следят за температурой атмосферы печи в ходе плавки, определяют момент полного расплавления шихты, фиксируют температуру расплава в начале периода перегрева, контроль температуры расплава на каждом периоде расплавления шихты производят по соотношению температуры атмосферы печи к коэффициенту, характеризующему изменение температуры атмосферы печи в момент полного расплавления шихты по отношению к экспериментальной температуре расплава, для периода перегрева температуру расплав определяют с учетом температуры в начале периода перегрева и отношения расхода энергии от начала периода перегрева до его окончания плавления последней загрузки, характеризующему отношение затрат энергии периода расплавления от момента полного расплавления до конца периода на отклонение требуемого значения температуры расплава от ее экспериментального значения и заканчивают как периоды плавления, так и перегрева, отключая печь по достижению температуры расплава требуемых ее значений на этих периодах (SU №1772563, 30.10.1992).

Недостатком известного изобретения является сложное аппаратурное оформление для измерение температуры расплавленного металла или сплава в тиглях для индукционной плавки металлов.

Известен съемный переносной металлический тигель (аналог) для индукционной плавки, изготовленный из чугуна или стали, содержащий корпус, в котором выполнена ванна для шихты или расплава, и петлевидные ручки для переноса тигля, скрепленные с корпусом (Фарбман С.А. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов / С.А. Фарбман, И.Ф. Колобнев. - М.: Металлургия, 1968. - С. 356).

Основным недостатком съемного переносного металлического тигля является необходимость в специальном аппаратурном оформлении в регистрации температуры плавления металлов и сплавов. Кроме того, не исключается чрезмерный перегрев расплава, из-за поломки регистрирующего температуру устройства.

Известно устройство контроля температуры расплава в индукционной печи (SU №1781525, 15.12.1992). Устройство контроля температуры расплава в индукционной тигельной печи состоящий из высоковольтного выключателя, блока, который соединен соответственно с термопарой, датчиком положения высоковольтного выключателя системы электрооборудования печи, и регистратор температуры расплава в момент полного расплавления шихты. Недостатком известного изобретения является сложное аппаратурное оформления регистрации температуры нагрева и плавления шихты и сплава.

Известен съемный переносной металлический тигель для индукционной плавки, выполненный из чугуна или стали, содержащий корпус, в котором выполнена ванна для шихты или расплава, и петлевидные ручки для переноса тигля, скрепленные с корпусом (Фарбман С.А. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов / С.А. Фарбман, И.Ф. Колобнев. - М.: Металлургия, 1968. - С. 356).

Основным недостатком съемного переносного металлического тигля является необходимость в специальном аппаратурном оформлении в регистрации температуры плавления металлов и сплавов. Кроме того, не исключается чрезмерный перегрев расплава, из- за поломки регистрирующего температуру устройства.

Известен съемный переносной тигель (прототип) для выплавки различных сплавов, доведения расплава до необходимых свойств и выдержки его для разливки. Тигель содержит огнеупорную футеровку, металлический решетный каркас, пропускающий магнитный поток, петли или цапфы. Каркас размещен на внешней поверхности огнеупорной футеровки и скреплен по меньшей мере с двумя петлями или с двумя цапфами, расположенными на противоположных сторонах тигля у его верхнего торца (RU №2527565 С1, 10.09.2014).

Изобретение позволяет обеспечить возможность переноса тигля для загрузки шихтой и разливки расплава за пределами печи.

Недостатком съемного переносного тигля является организация сложного аппаратурного оформления для регистрации температуры нагрева и плавления шихты над тиглем и поддержки расплава в печи требуемой температуры для разливки его в формы.

Для аналога и прототипа возникает техническая необходимость косвенно измерять температуру расплава в печи, и последующей транспортировки тигля с расплавленным металлом от печи до участка, где производится его разливка формы. Переносной металлический тигель предназначен для плавления чугуна.

Задачей решаемый настоящим изобретением является уменьшение трудоемкости при организации контроля режима плавления металлов и сплавов, в частности при выплавки чугуна марки.

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в возможности нагрева такого тигля в высокочастотном электромагнитном поле не выше температуры плавления сплава на 60-80°С.

Поставленная задача достигается тем, что переносном тигле для плавления чугуна марки ЧС17, содержащем футеровку, вертикальный металлический резервуар с внешними витками спирали, создающими высокочастотное электромагнитное поле величиной 50 кГц, тигель выполнен составным, футеровка выполнена в виде днища из огнеупорного керамического материала, а резервуар из твердосплавных напаиваемых пластин вольфрамо-кобальтового сплава ВК8 с толщиной стенки резервуара по ГОСТ2209-90 1,98-2,0 мм, при этом нижнее основание резервуара крепится к керамическому днищу.

Предлагаемая конструкция тигля позволяет упростить процесс регистрации температуры нагрева и плавления расплавляемых компонентов и кроме того снизить угар компонентов, из-за невозможности перегрева расплава.

Изобретение позволяет исключить процесс определения температуры плавления алюминия и его сплава, что значительно снижает трудоемкость контроля плавления и обслуживание измерительной аппаратурой. Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 показан вид переносного тигля в разрезе.

На фиг. 2 показан вид тигля сверху.

Предложенный переносной тигель для плавления чугуна содержит раздельно выполненные огнеупорную керамическую футеровку 1, одновременно являющуюся дном, с установленным в нем резервуаром 2 в виде пустотелой призмы любой формы, изготовленной из сплава ВК8, (ГОСТ 3882-74). На внешней стороне резервуара 2 размещены витки спирали 3, нагреваемой высокочастотным электромагнитным полем 50 кГц.

Переносной составной тигель предназначен для плавки чугуна. Изобретение позволяет исключить процесс определения температуры плавления чугуна, что значительно снижает трудоемкость контроля плавления и необходимость измерительной аппаратуры.

Пример.

Для проведения опытной плавки чугуна изготавливали составной переносной тигель, резервуар которого сваривали из пяти вольфрамо-кобальтовых пластинок из сплава ВК8 с толщиной стенки резервуара по ГОСТ2209-90 1,98-2,0 мм, а дно из огнеупорного формовочного состава, в который собранный резервуар установлен в виде пятиугольной призмы.

Для изготовления дна тигля, готовился формовочный состав состоящий:

Каолиновая глина ГОСТ Р 52540-2006 88-92% Песок формовочный ГОСТ 2138-41 8-10% Стекло 3,5 натриевое жидкое ГОСТ13078-81 5-8%

Ингредиенты состава тщательно перемешивались и заполняли металлическую форму предназначенную для изготовления дна тигля.

Металлическая форма состояла из двух половинок. Перед формовкой половинки формы скреплялись двумя хомутами, а внутренние стенки окрашивались противопригарной краской кистью (молотый шамот 50%; 6% - силикат натрия, остальное вода).

Резервуар тигля собирался из пластинок сплава ВК8 путем их установки в сырую огнеупорную сырую массу дна тигля на глубину 10 мм в виде правильной пятиугольной призмы. Дно тигля утрамбовывалось и затем форму в сборе помещали в муфельную печь нагретую до 400°С и выдерживали при этой температуре 30 минут. По истечению этого времени форму выгружали из печи и она остывала до комнатной температуры, затем ее разбирали.

В изготовленным таким образом тигле проводили плавку (инвертор ЭЛСИТ-100/40-70, в многовитковом горизонтальном индукторе) частота переменного электромагнитного поля 50 кГц.

Состав шихты: масса металлической части шихты 50 г, чугун марки ЧС17, флюс 47,0% - NaCl; 48,0% - KCL; остальное NaF - 8 г. Плавка компонентов шихты осуществляли на токах 40, 50, 60%, в течение 5 мин и при этих величинах тока расплав выдерживали 10 мин. Внутреннею температуру стенок тигля измеряли пирометром «Термоскоп 100», при режимах тока 40; 50; 60%. Температура стенок тигля не подымалась выше температуры 1150-1190°С.

Таким образом составной переносной тигель с резервуаром в котором стенки изготовлены из сплава ВК8 может нагреваться только до температуры 1150-1190°С на частоте 50 кГц, что позволяет приготавливать лигатуру с испаряющими компонентами (например, сурьма).

Изобретение относится к области электротермии, точнее к техническим решениям по управлению плавильным процессом металлов и сплавов в индукционных печах. Тигель содержит футеровку, вертикальный металлический резервуар с внешними витками спирали, создающими высокочастотное электромагнитное поле величиной 50 кГц. Тигель выполнен составным, футеровка выполнена в виде днища из огнеупорного керамического материала, а резервуар из твердосплавных напаиваемых пластин вольфрамо-кобальтового сплава ВК8 с толщиной стенки резервуара по 1,98-2,0 мм, при этом нижнее основание резервуара крепится к керамическому днищу. Технический результат изобретения - значительное снижение трудоемкости контроля плавления и обслуживания измерительной аппаратурой. 2 ил., 1 пр.

Переносной тигель для плавления чугуна марки ЧС17, содержащий футеровку, вертикальный металлический резервуар с внешними витками спирали, создающими высокочастотное электромагнитное поле величиной 50 кГц, отличающийся тем, что тигель выполнен составным, футеровка выполнена в виде днища из огнеупорного керамического материала, а резервуар из твердосплавных напаиваемых пластин вольфрамо-кобальтового сплава ВК8 с толщиной стенки резервуара 1,98-2,0 мм, при этом нижнее основание резервуара крепится к керамическому днищу.