Индукционная канальная многофазная печь Советский патент 1987 года по МПК H05B6/20 F27D11/06 

t Изобретение относится к области электротехники, в частности к печам канального типа, цредназначенным дл плавления металлов, в которых нагре металла осуществляется индукционным способом. Известны конструкции канальных трехфазных печей, например типа RnK-ljG, состоящие из плавильной ва ны и подового камня, трех стержневых магнитопроводов с размещенными на них катушками (индукторами) и ох ваты.вающих магнитопроводы трех содр галз1дихся каналов, расположенных в одной плоскости. Нагрев расплава в такой печи осу ществляется протекающими в. каналах токами, однако недостаточный массообмен между каналами и ванной ограничивает единичную мощность и производительность таких печей. Известна конструкция трехфазной канальной , содержащая плавильную ванну и подовьй камень, три стержневых магнитопровода с индукторами, и охватывающие их три сопрягающихся канала, распололсенные в одной плоскости, в которой с далью инте 1сификации тепломассообмена напорные устья каналов снабжены остро уголь {ыми выступами (надставками), вызывающиг-ш однонаправленное движение металла Б каналах. Недостатками такой печи являются : - недостаточная интенсивность тепломассообмена между каналами и ванной печи вследствие низкой скорости однонаправленного движения металла; -слабое и неравномерное перемешивание расплава в обьеме ванны, увеличивающее время плавления и обработки металла; -неравномерное распределение то ков и активной мощности по каналам, вызываемое различием электро-.магнитных связей каналов, что приводит к неравномерному износу каналов и несимметричной загрузке питаю щего трансформатора. Наиболее б.тшзкой из известных по техническому существу является индукционная многофазная печь, содержащая ванну с расплавленным металлом, подовый камень и установленную под ним индукционную единицу, содержащую два стержневых магнито5провода с индукторами и охватываюuj ie их два боковых и центральный вертикальные каналы, соединенные с ванной. В этой печи с целью интенсификации движения металла в каналах путем ослабления вихрей в устье центрального канала угол сдвига фаз между магнитными потоками индукторов, а следовательно и токами в каналах, поддерживают во время плавменьше 90 . При этом, максимальгшному движению металла в каналах соответствует угол сдвига фаз, равш,1Й 0°, Недостатками такой печи и способа плавки являются: -слабое и неравномерное перемешивание расплава в объеме ванны, увеличивающее время плавления и обработки металла; -уменьшение тепломассообмена между каналами и ванной печи при угле сдвига фаз, отличном от 0°, и возникновение при этом неодинакового распределения токов и активной мощности по каналам; -необходимость применения мощного симметрирующего устройства для однофазного печного трансформатора при питании печи по схеме со сдвигом фаз, равным О . Целью предлагаемого изобретения является по.выщение тепломассообмена между каналами и ванной печи, эффективное перемешивание расплава в ванке и симметричное распределение ак-. тивной мощности и токов по каналам печи. Поставленная цель достигается тем, что индукционная канальная многофазная печь, содержащая ванну с расплавляемым металлом, подовый камень и установленную под ним индукционную eд 1ницy, содержащую два стержневых магнитопровода с индуктор амл и охватывающие их два боковых и центральный вертикальные каналы, соединенные горизонтальным, устья которых соединены с ванной, снабжена третьим стержневь М магнитопроводом с индуктором, охваченным третьим боковым каналом, магнитопроводы установлень под углом 120 дРУГ к другу, образуя симметричную трехфазную систему, а участок каждого бокового канала, примыкающий к его устью, наклонен в плоскости его ширины к поверхности подового камня, обращенной к ванне печи, под углом причем участки всех каналов наклонены по или против часовой стрелки. На фиг. 1 показан общий вид печи на фиг, 2 - разрез А-А. на фиг. I; на фиг, 3 - канальная часть печи. Печь содержит цилиндрическую пла вильную ванну 1, стьжованную с отъе ным подовым камнем 2, три стрежне вых магнитопровода 3 с кат тпками (индукторами) 4, канальную часть, расположенную в подовом камне, состоящую из центрального 5 и боковых 6 участков с нагнетательными устьями 7. Работает индукционная печь следующим образом. При питании катушек от трехфазной сети с симметричной системой питающих напряжений в каналах печи индуцируются токи, имеющие сдвиг фаз равный 120 эл. град. В общем центральном участке 5 кан лов токи поэтому компенсируются,

Влияние угла наклона устьев каналов на эффективность перемешивания расплава в ванне Отсутствие тока в центральном участке каналов и наличие электродиH NM4ecKnx усилий в нагнетательных устьях боковых лчастков вызывает интенсивное движение Ж11дкого металла, направленное из ванны в центральный участок каналов и далее через боковые участки снова в ванну печи. Ь1аклон устьев боковых каналов под yj, gO-BO к поверхности подового камня, кроме того, создает в горизонтальной плоскости ванны вращательное вихревое движение расплава. Выбор оптимального угла наклона напорных устьев каналов осуществлялся в лабораторных условиях на моделях. Ванна печи и каналы были выполне- из нержавеющей стали, в качестве исследуемого металла использовался сплав Вуда, Исследованы углы наклона каналов 45,60, 70, 80, 90 (вертикальный выход в ванну печи), Результаты исследований представлены в таблице.

ИНДУКЦИОННАЯ КАНАЛЬНАЯ МНОГОФАЗНАЯ ПЕЧЬ, содержащая ванну с расш1авляек:5 м металлом, подовый камень и установленнлло под ним индукционн 1о единицу, содержадП Дза стержневых магш1топровода с индукторагОт Н охватьи5ающие их два боковых и центральный вертикальные каналы, соединенные горизонтальным, устья которых соединены с ванной, о т л и чающая с я тем, что, с целью повышения тепломассообмена между каналам и ванной печи и эффективности перемешивания расплава в ванне, индукционная единица снабжена третьим стержневым магюттопроводом с индуктором, охваченным третьим боковым каналом, ма.гнитопроводы установлены под углом 120 друг к другу, образуя симметричную трехфазную снстем , а участок калсдого бокового канала, примыкающий к его устью, наклонен в плоскости его ширины к поверхности подового камня, обращенной к ванне печи, под углом 60-80 , причем участки всех каналов наклонены по или против часовой стрелки.

Угол

Характер движения наповерхности ванны металла клона,

45

Незначительное

60

Интенсивное

.70 80 90

Локальное движение в трех зонах поверхности ванны

Примечание

Расплав прижимается к подине

Эффект тангенциального закручивания расплава в объеме ванны

Эффективна только ,ддя больщих скоростей металла в каналах. В этом случае перемешивание будет удовлетворительное 5 Исходя из результатов лабораторнь:х исследований принят угол наклона н диапазоне 60-80 , Вращение металла в ванне усиливается также за счет бегущего магнитного поля, обусловленного полями рассеяния индукторов. Необходимое направление вращения этого поля уст навливается изменением чередования фаз питающих напряжений сети. Наличие однонаправленного движения металла в каналах предлагаемой печи приводит к интенсивному тепломассообмену между каналами, где выделяются основная часть тепла, и ванной, в которой находится металл, подлежащий плавлению. Вращательное движение расплава в ванне печи, при водящее к эффективному перемешиванию металла, выравнивает температуру и химический состав расплава во всем объеме ванны, что сокращает время плавки и обработки металлd. 6 Симметричное расположение каналов в подовом камне печи обусловливает равенство их электромагнитных параметров, что приводит к равнокерному распределению активной мощ-.ности и токов по каналам печи. Последнее позволяет увеличить ресурс работы (стойкость) печи за счет более равномерного износа футеровки каналов, а также уменьшить потери энергии в системе электроснабжения печи за счет симметричной загрузки питающего трансформатора. I Таким образом, выполнение печи с каналами, имеющими общий центральный участок и расположенными в плоскостях, смещенных друг относительно друга на 120, нагнетательные устья которых наклонены к .горизонтальной плоскости подового камня, дает возможность увеличить активную мощность и производительность печи, увеличить ресурс ее работы, а также снизить потери энергии в системе электроснабжения ,

фиг. г