ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ, СОДЕРЖАЩАЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ КОНТУР Российский патент 2024 года по МПК F27B14/06 H05B6/06 

Изобретение относится к индукционной печи, содержащей дополнительный резонансный контур.

Оно относится к холоднотиглевым печам с электромагнитным индукционным нагревом для плавления, в частности, например, по меньшей мере одного электропроводящего материала, например, оксида или смесей оксидов, или таких смесей с содержанием металлов до приблизительно 30% по весу, причем эти смеси представляют расплавленные кориумы. Оно также применяется в частности, к печам, используемым в стекольном производстве, при производстве эмалей или другого материала высокой степени чистоты, вырабатываемых при высокой температуре, например, от 1200 K до более чем 3000 K. Частота индукции в общем случае составляет от 100 кГц до 1000 кГц согласно размеру тиглей.

Это должно улучшать холоднотиглевые печи, в частности, за счет повышения однородности температуры шихты, что может приводить к уменьшению толщины корки на подошве внизу тигля, не прибегая к значительному перегреву жидкой ванны или расплавленных материалов или генерации индукционных токов, которые будут повреждать и нарушать работу компонентов, образующими электрическую цепь индуктора или индукторов, в частности, например, генераторов тока. Достигаемые преимущества связаны с повышенной эффективностью и повышенной тепловой однородностью; они позволяют упрощать установку, улучшать конвекционное перемешивание жидкой ванны и облегчать разливку жидкости через пол под действием силы тяжести.

Индукционные печи широко известны в области литья или металлургии или в области ядерной энергетики для производства материалов или формирования однородных смесей. Они содержат тигель, в котором удерживается шихта, и по меньшей мере один индуктор, возбуждение которого приводит к генерации токов в шихте, которые обеспечивают ее нагрев и плавление. Этот процесс нагрева прост в реализации и позволяет избегать любой контакт между источником тепловой энергии и тиглем.

Тигель обычно содержит боковую стенку, соединенную с полом, который может быть плоским и образует дно. Если он состоит из электропроводящего материала, он часто бывает разбит на секторы, то есть состоит из участков, охватывающих угловые секции, причем участки разделены электрически изолирующими разделителями, во избежание возникновения в них индукционных токов, циркулирующих вокруг шихты, и соответствующих потерь энергии.

Некоторые тигли выполнены из тугоплавкого материала, например, набивки или графита. Их преимуществом является высокая температура плавления, но некоторые сорта шихты, в частности состоящие из оксидов, должны плавиться при еще более высоких температурах или температурах по меньшей мере достаточных для их физического или химического разрушения.

В изобретении также применяется очень распространенная конструкция, которая носит название холодный тигель, снабженный контуром охлаждения, которая охлаждается водой или другой текучей средой и которая проходит в тигле. Таким образом тигель остается гораздо более холодным, чем центральная часть шихты в ходе процесса, и остается защищенным от коррозии или другого физического или химического воздействия отвердевшего слоя материала из шихты, которая существует напротив нее, который можно рассматривать как образующий внутреннюю стенку тигля и который называется тиглем с гарнисажем. Современные холодные тигли допускают высокотемпературное плавление, свыше 1500 K, или даже свыше 3000 K, например, высокореактивные материалы, которые могут быть металлами, например, титаном, сталью или различными сплавами, состоящими из оксидов, например, стеклом, оксидом титана, редкоземельными металлами или смесью; или, например, материалами низкой электропроводности, например, кремнием или эмалями.

Однако могут наблюдаться нарушения однородности нагрева в тигле. Наиболее горячий участок шихты стремится подниматься к свободной поверхности за счет конвекции. Однако индукционные токи, отвечающие за нагрев, стремятся концентрироваться на участках наибольшей электропроводности, которые соответствуют горячим участкам, в частности, для оксидной шихты. Следствием этой конвекции, возможно усиленной неоднородным нагревом и уменьшением электромагнитной индукции вблизи пола, если он металлический, состоит в том, что шихту труднее нагревать внизу тигля, в том, что его температура там остается более низкой, и в том, что отвердевший слой обычно гораздо толще поверх пола (иногда несколько десятков миллиметров, а не в нескольких миллиметрах от боковой стенки тигля). Эта существенная трудность достижения плавления, в связи с высокими электрическими потерями в охлажденных структурах, является повреждающей сама по себе и может негативно сказываться на качестве процесса. Еще более серьезная трудность возникает при необходимости отведения расплавленной шихты через дно тигля путем удаления заглушки в центре пола вместо опрокидывания тигля, что требует аккуратности и часто запрещено. Отвердевшая корка может фактически препятствовать разливке при удалении заглушки. Можно предположить увеличить мощность для расплавления корки внизу тигля и концентрации нагрева в центре; однако существует опасность перегрева в другом месте, при повышении летучести некоторых оксидов и, таким образом изменения состава шихты для плавления, при расплавлении отвердевшего слоя шихты, покрывающего боковую стенку, или повреждении некоторых структур тигля, например, изоляторов между секторами. Теплопотери также могут увеличиться в 1,5 или 2 раза в процессах, эффективность которых снижена вследствие высоких потерь за счет излучения от свободной поверхности ванны, теплопроводности через стенки тигля и теплообмена с окружающей атмосферой.

Чтобы добиться плавления шихты внизу тигля можно также изменять частоту индукции: если индуктор располагается вокруг боковой стенки, что наиболее типично, распределение нагрева внутри тигля в радиальном направлении зависит от частоты возбуждения индуктора: чем она выше, тем больше нагрев локализуется в стенке; это позволяет выбрать или регулировать эту частоту возбуждения для регулировки объема ванны расплава, и, до некоторой степени, распределения температуры внутри тигля; но недостаток однородности температуры в ванне расплава может оказаться неприемлемым. На практике, электрическая цепь и охлаждающая система обычно оказываются слишком большими, но мириться с таким утяжелением устройства не обязательно.

Эти недостатки особенно выражены в данном случае, когда холодный тигель выполнен из электропроводящего материал, например, меди или некоторых сортов нержавеющей стали, в частности, с учетом увеличения электрических потерь в этих структурах, но они присутствуют независимо от материала, образующего тигель и его структуру.

Последний из подлежащих упоминанию здесь недостатков вышеописанных простейших индукционных печей, состоит в том, что они плохо адаптированы к переменным объемам шихты, которые, таким образом, имеют разные высоты внутри тигля, если высота индуктора существенно отличается.

Такие индукционные печи хорошо известны в технике. Остановимся на теперь некоторых конкретных конструкциях, предположительно повышающих однородность нагрева.

В документе EP 1 045 216 B1 описан вспомогательный индуктор, расположенный вокруг зоны разливки под полом, вокруг заглушки, позволяющей осуществлять разливку из тигля, помимо основного индуктора, окружающего боковую стенку тигля. Он позволяет генерировать дополнительные индукционные токи вокруг отверстия для разливки, проходящего через пол, для предотвращения отвердеванию там шихты и для обеспечения возможности разливки, когда заглушка удалена. Однако трудности реализации сохраняются, это устройство не всегда пригодно для плавления материалов, имеющих очень высокую точку плавления. Этот эффект является чисто локальным в течение ограниченного времени, поэтому более общая проблема недостатка однородности нагрева шихты для плавления не решается. То же самое будет применяться, если, как уже было предложено, не охлаждаемая металлическая трубка предусмотрена между этим нижним индуктором и отверстием для разливки с целью достижения более сильного нагрева благодаря трубке; кроме того, последняя подвержена опасности быстрой коррозии, в особенности при высокой температуре.

В некоторых конструкциях, например, представленных в документе US 6 185 243 B1, более традиционный индуктор, расположенный вокруг боковой стенки тигля, заменен индуктором, расположенным под полом и выполненным в виде одной или более спиралей. Эта конструкция единственно пригодна для ванн малой высоты относительно диаметра и может быть связана с высокими теплопотерями за счет конвекции на свободной поверхности ванны расплава и теплопроводимости боковой стенки. Обеспечиваемая мощность остается неоднородной, обычно высокой над витками индуктора, но значительно слабее вблизи боковой стенки и в центре тигля в отсутствие витков.

Кроме того, было предложено использовать единый индуктор, проходящий как вокруг боковой стенки, так и под полом (US-1645526-A), или два отдельных индуктора, каждый из которых возбуждается источником питания (US 4 609 425, JP 10 253 260, US 4 687 646). Однако более равномерному нагреву шихты препятствует взаимное гашение электрических полей, создаваемых двумя индукторами или участками индуктора, которое нарушают их работу и даже может повредить управляющую электронику. Наконец, улучшение этих конструкций было предложено в документе WO 2017/093165 A1, где часть, именуемая концентратором магнитного потока, располагается на стыке боковой стенки и пола, таким образом, разделяя два индуктора. Эта часть является статической частью, выполненной из материала с высокой магнитной проницаемостью, что, таким образом, уменьшает взаимодействие между магнитными полями. Это может нивелировать вышеописанные недостатки и создавать условия для повышения эффективности. К сожалению, необходимо, в частности, для предполагаемого здесь рабочего диапазона (который касается частоты возбуждения источника питания), для охлаждения этого концентратора магнитного потока для поддержания его работоспособности, и в ряде случаев это может быть технологически трудно. Концентратор должен располагаться в труднодоступной зоне, которая может требовать перемещение индукторов относительно шихты; наконец, он может подвергаться облучению в случае радиоактивной шихты. Один недостаток другого порядка состоит в том, что это устройство не позволяет распределять мощность нагрева между двумя индукторами.

Изобретение относится к усовершенствованной индукционной печи, наиболее важная особенность которой состоит в том, что она позволяет не только увеличивать эффективность нагрева расплавленной шихты, но и регулировать распределение нагрева в нагреваемом объем по мере необходимости, благодаря более удобной конструкции из двух индукторов, один из которых располагается вокруг боковой стенки тигля, а другой под полом (или в нем). Предполагается повышение электрического КПД по сравнению с более ранними устройствами и процессами. Предполагается также упрощение разливки благодаря более эффективному нагреву дна тигля.

В частности, оно относится к индукционной печи, содержащей тигель, боковая стенка которого охлаждается циркулирующей текучей средой, и пол, расположенный под боковой стенкой, первую электрическую цепь индукционного нагрева, содержащую первый индуктор и генератор электрической мощности, и вторую электрическую цепь индукционного нагрева, содержащую второй индуктор, причем один из индукторов располагается вокруг боковой стенки, и другой - под полом или в полу, отличающейся тем, что вторая цепь не имеет генератора электрической мощности, но электромагнитно связана с первой цепью и снабжена электрическим конденсаторным устройством регулируемой емкости, причем упомянутое электрическое конденсаторное устройство подключено ко второму индуктору.

Это электрическое устройство с двойной цепью использует явление электрического резонанса печи, которому способствует свободное электромагнитное взаимодействие двух цепей. В отличие от известных устройств, в которых индуктор, окружающий боковую стенку, и индуктор, предназначенный для пола, возбуждаются одним и тем же источником питания, будучи соединены друг с другом, или двумя разными источниками, будучи отделены друг от друга, взаимного гашения индуцированных магнитных полей в зоне их наложения не наблюдается, и электрические цепи не подвергаются возмущению. Это позволяет повысить электрический КПД и снизить потери.

Другим преимуществом изобретения является способность лучше распределять нагрев, который, в частности, усиливается посередине и внизу, непосредственно над полом, для повышения однородности процесса и, возможно, облегчения разливки. Это распределение нагрева зависит от настройки суммарной емкости (регулируемой в ходе плавление), кроме того, с очень высокой чувствительностью к изменениям этой емкости, до такой степени, когда можно либо получить хороший уровень температурной однородности, либо, напротив, осуществлять нагревание, по существу, либо на периферии, либо посередине, либо внизу расплавленной шихты.

Первый индуктор обычно располагается вокруг боковой стенки, поскольку он образует основной индуктор, тогда как вторая электрическая цепь предназначена для пола. Однако может встречаться противоположная конфигурация, не становясь предметом критики, в частности, для тиглей с большой площадью поверхности и малой высотой.

Индуктор дна тигля может образовывать спираль, покрытую электрическим изолятором, который очень хорошо проводит тепло: в этом случае возможно и предпочтительно, чтобы пол дна тигля был образован самим упомянутым индуктором, что упрощает конструкцию тигля и повышает эффективность нагрева.

Индукционная печь может содержать по меньшей мере одну дополнительную цепь, не имеющую ни одного генератора электрической мощности и содержащую индуктор и конденсаторное устройство, имеющее регулируемую суммарную емкость, и электромагнитно связанную с по меньшей мере первой цепью; таким образом, эта дополнительная цепь или эти дополнительные цепи имеют те же свойства, что и упомянутая вторая цепь. Они могут оказаться полезными в верхней части печи для улучшения нагрева вновь добавленных порций шихты. В таком случае они могут располагаться поверх тигля, ориентируясь к индикатору, расположенному на или в полу, и параллельно ему.

В таком случае дополнительную цепь или цепи предпочтительно снабжать разъединителем, позволяющим размыкать их по желанию.

Различные аспекты, признаки и преимущества изобретения будут описаны ниже со ссылкой на следующие чертежи, представляющие некоторые конкретные варианты его осуществления, служащие исключительно для иллюстрации.

Фиг. 1 - общий вид индукционной печи;

фиг. 2 - вид поперечного индуктора;

фиг. 3 - вид нижнего индуктора;

фиг. 4 - схема электрической цепи;

фиг. 5 - вариант осуществления банка конденсаторов;

фиг. 6 - другой вариант осуществления;

фиг. 7 - первое состояние нагрева;

фиг. 8 - то же самое в виде снизу;

фиг. 9 - второе состояние нагрева;

фиг. 10 - то же самое в виде снизу;

фиг. 11 - третье состояние нагрева;

фиг. 12 - то же самое в виде снизу;

фиг. 13 - другой вариант осуществления тигля;

фиг. 14 - третий вариант осуществления тигля;

фиг. 15 - пол этого третьего варианта осуществления;

фиг. 16 - вид в разрезе пола первого варианта осуществления.

Вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 1-3. Этот вариант осуществления индукционной печи содержит боковую стенку 1 или цилиндрическую муфту, состоящую из вертикальных трубок 2 из меди или нержавеющей стали, которые соседствуют и связаны электрически изолирующими разделителями для предотвращения возникновения круговых индукционных токов в боковой стенке 1. По трубкам 2, согласно известным конфигурациям, циркулирует охлаждающая жидкость, например вода. Жидкость может циркулировать в контуре 12 охлаждения попеременно вверх и вниз, причем между трубками 2 попеременно на верхнем конце и нижнем конце установлены соединители. Другая возможная конструкция, помимо прочих, представлена в US - 6 996 153 - B2, где каждая трубка независимо охлаждается контуром, проходящим по вертикали туда и обратно.

Поперечный индуктор 3 окружает боковую стенку 1. Он образован единым витком, состоящим из параллельных жил 4, уложенных друг на друга вертикально, каждая из которых соершает один обход вокруг тигля. Их концы соединяются друг с другом двумя вертикальными соединителями 5 и 6, которые дополнительно обеспечивают как электрическое соединение с генератором переменного тока, так и гидравлическое соединение, причем жилы 4 охлаждаются дополнительно посредством циркуляции охлаждающей жидкости, будучи подключены к контуру 13 охлаждения. Возможны и другие конфигурации поперечного индуктора, в частности, последовательные спирально расположенные витки.

Тигель заканчивается полом 8, в основном состоящим из вспомогательного индуктора 7 спиральной формы (фиг. 3 и 16). Вспомогательный индуктор 7 также представляет собой трубку, охлаждаемую водой, и ее концы 9 и 10 также присоединены к контуру 14 охлаждения. Витки 31 спирали соединяются электроизолирующим разделителем 32, который выполнен из материала, являющегося электрическим изолятором и очень хорошим проводником тепла, разделяющим их все и обеспечивающим непрерывную структуру пола 8. Кроме того, верхняя поверхность вспомогательного индуктора 7 покрыта тонким слоем 33, который выполнен из материала, являющегося электрическим изолятором и хорошим проводником тепла, например, из оксида алюминия. Такая конструкция позволяет заменить пол, традиционно используемый для удержания шихты в тигле, непосредственно вспомогательным индуктором 7.

Охлаждение пола 8 и боковой стенки 1 также приводит к формированию тигля с гарнисажем, то есть к тому, что слой шихты, контактирующей с ними остается твердым и защищает их от коррозии.

Разливная заглушка 11 располагается в центре спирали. Она охлаждается традиционным устройством, не показанным здесь. Контуры 12, 13 и 14 охлаждения боковой стенки 1, основного индуктора 3 и вспомогательного индуктора 7 представлены здесь лишь схематически, в соответствии с уже известными вариантами осуществления, и каждый из них может содержать, в частности, например, насос и теплообменник.

Электрическое устройство изображено на фиг. 4. Основной индуктор 3 подключен к выводам генератора 15 переменного тока. Банк конденсаторов 16 также подключен к выводам электрогенератора 15, параллельно основному индуктору 3. Агрегат образует замкнутую основную электрическую цепь 18. Сопротивление этой основной электрической цепи 18 в основном складывается из сопротивлений структуры тигля, содержащейся в нем шихты и основного индуктора 3. Вспомогательный индуктор 7 образует совместно с регулируемым банком конденсаторов 17 замкнутую вспомогательную электрическую цепь 19, которая физически отделена от электрогенератора 15 и не имеет собственного электрогенератора. Сопротивление этой вспомогательной электрической цепи 19 определяется, в основном, вспомогательным индуктором 7. Близость индукторов 3 и 7 означает, что электромагнитная связь устанавливается между электрическими цепями 18 и 19 в ходе эксплуатации, несмотря на отсутствие электрогенератора во вспомогательной электрической цепи 19. Эта связь изменяется в частности согласно подводимой мощности и шихты в тигле, а также настройки суммарной емкости банка конденсаторов 17, состоящего из отдельных конденсаторов, которые могут подключаться к вспомогательной электрической цепи 19 или отделяться от нее переключателями 21. Отдельные конденсаторы 20 могут располагаться параллельно, как показано на фиг. 5, или наоборот. Как вариант (фиг. 6), банк конденсаторов 17 может быть заменен регулируемым конденсатором 22, который действует идентичным образом.

Изобретение базируется на электромагнитной связи между электрическими цепями 18 и 19 через индукторы 3 и 7, для регулировки токов индуцированных ими, и оказания воздействия на распределение нагрева в шихте, содержащейся в тигле, в частности, для гомогенизации ее температуры в процессе плавления и перемешивания, или (помимо других возможностей) для увеличения нагрева внизу для освобождения разливной заглушки 11 и облегчения операции разливки.

Полученные результаты приведены ниже в таблица 1:

Таблица 1

Печь Напряжение, подаваемое генератором 15 на основной индуктор 3 [В] Ток через основной индуктор 3 [А] Напряжение на выводах вспомогательного индуктора 7 [В] Ток через вспомогательный индуктор 7 [А] Активная мощность печи [кВт] КПД печи [%] Потери в боковой стенке 1 [кВт] Потери во вспомогательном индукторе 7 [кВт] Потери в основном индукторе 3 [кВт] 1 - спиральный пол не подключен 1254 2008 1191 - 267,8 74,0 64,7 1,4 2,5 2 - пол 60 [нФ] 1049 1444 2474 265,8 246,5 81,0 39,5 3,7 1.3 3 - пол 69,45 [нФ] 958.0 1216 2941 365,8 241,6 85,0 32.6 5.3 1 4 - пол 75 [нФ] 887 1045 3309 444,4 241,8 84,0 28,9 6,9 0,8 5 - пол 90 [нФ] 527,0 507,0 4518 728,1 234,1 82,0 24,9 14,2 0,7

Первая строка представляет работу устройства с разомкнутой вспомогательной цепью 19. Напряжение на выводах основного индуктора 3 и ток, текущий через него высоки, напряжение на выводах вспомогательного индуктора 7 низко, нагрев, таким образом, осуществляется в основном основным индуктором 3, но с высокими потерями в боковой стенке 1 и относительно низким КПД. Этот режим работы аналогичен известным условиям и обычно не является ни иллюстрацией изобретения, ни предметом поиска. Фиг. 7 и 8, на которых изображены виды сверху в перспективе и снизу в перспективе распределения температуры в расплавленной шихте (более светлые оттенки указывают более сильный локальный нагрев) демонстрируют высокий нагрев на периферии, более слабый в центре, вследствие чего шихта оказывается там гораздо холоднее, и, в частности очень слабый нагрев электрогенератором 15 непосредственно над полом. Выбор разных частот возбуждения может приводить к изменению распределения нагрева в радиальном направлении, но нагрев в любом случае будет оставаться слабым внизу тигля, и температурная однородность не будет достигаться.

Следующие строки таблицы демонстрируют результат повышения емкостей банка конденсаторов 17 или регулируемого конденсатора 22. Электромагнитный резонанс усиливается, напряжение на выводах основного индуктора 3 и сила тока уменьшаются, тогда как напряжение на выводах вспомогательного индуктора 7 и сила тока, текущего через него увеличиваются. Потери в боковой стенке 1 снижаются сильно и все сильнее, и потери во вспомогательном индукторе 7 растут, оставаясь на гораздо более низких значениях, и это означает, что КПД печи гораздо выше и достигает максимума 85% при оценочном значении емкости 69,45 нФ. Типичные диаметры распределения нагрева в шихте такие же, как на фиг. 9 и 10, опять же в перспективе сверху и снизу соответственно: достигается высокая однородность нагрева в шихте, и на этот раз наблюдается нагрев дна тигля, причем почти при той же температуре, что и участки, расположенные над ним.

Благодаря дополнительному повышению емкости банка конденсаторов 17 или регулируемого конденсатора 22, нагрев внизу тигля может усиливаться в ущерб остальным его частям: фиг. 11 и 12 демонстрируют состояние, достигнутое при емкости 90 нФ, что в данном случае экспериментально соответствует максимальному электрическому резонансу, в котором напряжение на выводах основного индуктора 3 и сила тока минимальны, тогда как напряжение на выводах вспомогательного индуктора 7 и ток, текущий через него, максимальны. Верхняя часть шихты нагревается очень слабо, и нагрев концентрируется на дне тигля, как показано на фиг. 12. Поддержание этого состояния высокой суммарной емкости банка 17 и максимального резонанса, в котором вспомогательная электрическая цепь 19 работает наиболее при подаче максимальной мощности, позволяет концентрировать нагрев вблизи вспомогательной электрической цепи 19, то есть в данном случае внизу тигля, и усиливать плавление твердой корки, в то время как перемешивание ванны расплава продолжается. Затем разливку под действием силы тяжести можно осуществлять, открывая заглушку 11.

Фиг. 13 демонстрирует использование второй вспомогательной электрической цепи 23, содержащей индуктор 24 и конденсатор 25, подключенный к выводам индуктора 24, образуя замкнутый контур. Конденсатор 25 может быть регулируемым или не регулируемым. Индуктор 24 располагается поверх тигля, аналогичен по форме вспомогательной электрической цепи 19 и расположен напротив нее. Вторая вспомогательная электрическая цепь 23 не содержит электрогенератор. Она также осуществляет резонансную электромагнитную связь с основной цепью 18 и, при надлежащей регулировке или выборе емкости конденсатора 25, позволяет обеспечивать дополнительный нагрев тигля в его верхней части, что может быть полезно либо для предварительного нагрева порции шихты, вновь введенной в тигель, например, в частности, в процессах с последовательном введением шихты или, например, для процессов, в которых объем шихты больше и растет до его высоты. Вторая вспомогательная цепь 26 может деактивироваться путем размыкания разъединителя 26.

Изобретение может быть реализовано многими другими способами. Фиг. 14 и 15 демонстрируют вариант осуществления, в котором пол, обозначенный позицией 27, состоит из водяных камер 28 в секторах круга, соединенных искривленными трубки 29 для циркуляции охлаждающей жидкости из одной водной камеры 28 в другую. Концы 30 контура охлаждения также служат для соединения регулируемого банка конденсаторов, как в предыдущем варианте осуществления. Кроме того, устройство идентично предыдущему и действует аналогичным образом; но этот вариант осуществления не является предпочтительным, поскольку электромагнитная связь, поддерживающая вспомогательную цепь, не будет столь хорошей.

Все же вспомогательный индуктор можно поместить над тугоплавким и электрически инертным полом, как в известных устройствах, но опять же ценой снижения эффективности.

Можно применять индукторы любого известного типа. Обычно предполагается, что вспомогательный индуктор имеет спиральную форму, но можно предположить, что индуктор с единственным витком, сформированным из нескольких концентрических жил, расположенных параллельно или в виде одной жилы, даст хорошие результаты. При этом предполагается, что основной индуктор, имеющий несколько параллельных жил, и одножильный, можно соответственно заменить спиральным индуктором с несколькими витками.

Нужно будет выбрать суммарную емкость, до которой можно регулировать банк конденсаторов 17 для получения разных режимов работы, соответствующих желаемым распределениям нагрева, например, хорошей однородности в наибольшей части объема, и нагрева, в достаточной степени сконцентрированного внизу тигля для обеспечения разливки. В общем случае будет указано, что состояние максимального резонанса цепи может достигаться для обеспечения возможности отправки максимальной мощности во вспомогательную цепь 19. Состояние, соответствующее наивысшей эффективности, будет предпочтительно в ходе наибольшей части процесса, но не обязательно, поскольку эффективность продолжает увеличиваться в большом диапазоне значений суммарной емкости банка конденсаторов 17.

Позиции основного индуктора (подключенного к генератору электрической мощности) и вспомогательного индуктора (снабженного регулируемым конденсатором) можно менять местами, не изменяя конструкции тигля и конфигурации электрических цепей, представленных, в частности, на фиг. 1-4.

В случае необходимости, в различные места тигля также можно добавлять другие вспомогательные цепи, электромагнитно связанные с основной цепью, состоящие из индуктора и конденсатора и не имеющие собственного электрогенератора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индукционным печам. Технический результат заключается в увеличении эффективности нагрева расплавленной шихты и в обеспечении возможности регулирования распределения нагрева в нагреваемом объеме. Для этого тигель индукционной печи содержит по меньшей мере две электрические цепи индукционного нагрева, одна из которых расположена вокруг боковой стенки, а другая - под полом или в полу тигля. Одна из цепей содержит генератор электрической мощности, подключенный к индуктору, а другая цепь лишена генератора электрической мощности, но находится в электромагнитной связи с первой и состоит из вспомогательного индуктора и конденсаторов с регулируемой суммарной емкостью. 9 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

1. Индукционная печь, содержащая тигель (1, 8) с боковой стенкой (1), охлаждаемой циркулирующей текучей средой, и полом (8), расположенным под боковой стенкой (1), первую электрическую цепь (18) индукционного нагрева, содержащую первый индуктор (3) и генератор (15) электрической мощности, и вторую электрическую цепь (19) индукционного нагрева, содержащую второй индуктор (7), причем один из индукторов расположен вокруг боковой стенки, а другой - под полом или в полу, отличающаяся тем, что только первая цепь (18) содержит генератор электрической мощности, а вторая цепь (19) электромагнитно связана с первой цепью (18) и снабжена электрическим конденсаторным устройством (17) регулируемой емкости, причем упомянутое электрическое конденсаторное устройство подключено ко второму индуктору (7).

2. Индукционная печь по п. 1, отличающаяся тем, что пол (8) образован одним из упомянутых индукторов (7), выполненным в форме спирали, состоящей из витков (31), соединенных электрическим изолятором (32).

3. Индукционная печь по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что электрическое конденсаторное устройство содержит конденсатор (22) переменной емкости.

4. Индукционная печь по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что электрическое конденсаторное устройство содержит конденсаторы (20), подключенные ко второй цепи (19) разъединителями (21).

5. Индукционная печь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что первый индуктор (3) расположен вокруг боковой стенки (2).

6. Индукционная печь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что первый индуктор расположен под полом или в полу.

7. Индукционная печь по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну дополнительную электрическую цепь (23) индукционного нагрева, содержащую индуктор (24) и конденсаторное устройство, имеющее регулируемую суммарную емкость, и электромагнитно связанную с по меньшей мере первой цепью (18).

8. Индукционная печь по п. 7, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна упомянутая дополнительная электрическая цепь снабжена разъединителем (26), позволяющим размыкать ее.

9. Индукционная печь по любому из пп. 7 или 8, отличающаяся тем, что индуктор по меньшей мере одной дополнительной цепи расположен над тиглем и обращен ко второй электрической цепи.

10. Индукционная печь по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что суммарная емкость конденсаторного устройства второй цепи регулируется до состояния максимального электрического резонанса печи.