Индукционная тигельная печь Советский патент 1984 года по МПК F27B14/10 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям индукционных тигельных печей для плавления материалов, обладающих низкой электропроводностью. Известна индукционная тигельная печь, состоящая из индуктора и расположенного внутри тигля из огнеупорного материала, предназначенная для расплавления электропроводных материалов 1. Недостатком печи является практическая невозможность расплавлять в ней материалы с низкой электропроводностью, например губчатое железо, щлаки и др. Наиболее близкой к предлагаемой является индукционная тигельная печь, содержащая индуктор и тигель, изготовленныи из огнеупорных материалов, внутри которого свободно установлен графитовый нагревательный элемент, выполненный в виде стержня диаметром 0,3-0,5 от внутреннего диаметра тигля 2. Однако в этой печи процесс плавления материалов с низкой электропроводностью длителен вследствие малого активного периметра графитового стержня, расположенного в центре печи, т. е. в зоне с наименьшей напряженностью электромагнитного поля. Целью изобретения является сокращение д тительности плавки, а также возможность многократного использования нагревательного элемента. Цель достигается тем, что в индукционнои тигельной печи, состоящей из -индуктора и тигля, изготовленного из огнеупорных материалов, внутри которого свободно установлен графитовый нагревательный элемент, последний выполнен в виде полого цилиндра без дна с внутренним и внещним 35 диаметрами, равными соответственно 0,40,6 и 0,9-0,95 от внутреннего диаметра тигля. Высота полого цилиндра составляет 0,8-1,5 высоты тигля. На чертеже представлена схема пред- ,лагаемой печи. Индукционная тигельная печь состоит из нагревательного элемента (полый графитовый цилиндр) 1, огнеупорного тигля 2, индуктора 3, отверстия для захвата и подъема из печи графитового цилиндра 4. 45 Принцип действия предлагаемой печи заключается в следующем. Перед включением печи графитовый цилиндр опускают в тигель и внутреннюю его полость заполняют до высоты индуктора расплавляемым материалом, например губчатым железом. Затем печь включают. Графитовый цилиндр под воздействием вихревых токов, наводимых электромагнитным полем, быстро нагревается и выделяющаяся в нем тепловая энергия пере-55 дается расплавляемому материалу. По мере плавления расплавляемый материал догружают во внутреннюю полость графитогюго цилиндра. После наплавления жидкого металла в количестве 20-50/о от номинальной емкости тигля графитовый цилиндр удаляют из печи и в жидкую ванну догружают оставщиеся материалы. Конструкция нагревательного элемента в виде полого цилиндра с указанными геометрическими параметрами обеспечивает расположение его в печи вблизи стенок тигля, т. е. в зоне с максимальной напряженностью электромагнитного поля, создаваемого индуктором. Кроме того указанные соотнощения внутреннего и внешнего диаметров графитового цилиндра определяют толщину его стенки не менее эквивалентной глубины проникновения электромагнитной волны в проводнике (графите) . Проведенные эксперименты и расчеты показывают, что увеличение внутреннего диаметра графитового цилиндра (более 0,6 от внутреннего диаметра тигля) уменьщает толщину его стенки, которая при этом становится уже меньще эквивалентной глубины проникновения электромагнитной волны в графите, в результате чего энергия электромагнитной волны используется не полностью, что приводит к понижению электрического КПД печи. Кроме того, при этом значительно снижается механическая прочность графитового цилиндра. Уменьщение внутреннего диаметра графитового цилиндра (менее 0,4 от внутреннего диаметра тигля) приводит к нерациональному увеличению толщины его стен.ки, которая, в этом случае превыщает эквивалентную глубину проникновения электромагнитной волны в рафите, и количество выделяющейся в нагревательном элементе энергии уже не увеличивается, а полезный объем внутренней полости цилиндра при этом уменьшается. Максимальный внещний диаметр графитового цилиндра определяется внутренним диаметром тигля. При уменьшении внещнего диаметра графитового цилиндра менее 0,9 от внутреннего диаметра тигля графитовый нагревательный элемент располагается в зоне с меньшей напряженностью магнитного поля, что приводит к значительному сокращению его активного периметра и уменьшению количества выделяющейся в нем энергии. Указанное соотнощение высоты графитового цилиндра и онеупорного тигля, с одной стороны, позволяет многократно его использовать, а с другой - облегчает загрузку щихты и предотвращает излищне тепловые потери. В процессе эксплуатации при выплавке стали или чугуна на протяже компании плавок происходит некоторое допустимое уменьшение высоты графитового цилиндра - до 0,8 от высоты тигля, при котором извлечение его из печи

еще не представляет трудности, так как он плавает в металлической ванне и поднимается по мере повышения ее уровня в тигле в процессе плавления шихтовых материалов, например губчатого железа. Дальнейшее уменьшение высоты графитового цилиндра (менее 0,8 от высоты тигля) нерационально, так как при этом уже затрудняется извлечение его из печи после расплавления шихты. Увеличение высоты графитового цилиндра более 1,5 от высоты тигля приводит к излишним тепловым потерям от его выступающей из печи части и вызывает неудобства при загрузке шихты.

Индукционная печь с полым графитовым цилиндрическим нагревательным элементом обеспечивает быстрое эффективное расплавление шихтовых материалов с низкой

электропроводностью, например губчатого железа, что практически невозможно осуществить в печах старой конструкции. Длительность плавления шихты в предлагаемой печи по сравнению с известной сокращается в среднем на 40% и продолжительность всей плавки уменьшается на 35%, что приводит к увеличению производительности на vx50%.

Экономический эффект от использования предлагаемой промышленной индукционной тигельной печи емкостью 1,5 т для выплавки стали, расчитанный только, за счет получения прибыли от реализации дополнительной продукции, изготавливаемой вследствие повышения производительности составит ПО тыс. руб. в год.

1. ИНДУКЦИОННАЯ ТИГЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ, содержащая индуктор и тигель, изготовленный из огнеупорных материалов, внутри которого свободно установлен графитовый нагревательный элемент, отличающаяся тем, что, с целью сокращения длительности плавки, нагревательный элемент выполнен в виде полого цилиндра без дна с внутренним и внещним диаметрами, равными соответственно 0,4-0,6 и 0,90,95 от внутреннего диаметра тигля. 2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью многократного использования нагревательного элемента, высота полого цилиндра составляет 0,8-1,5 высоты тигля. (Л со