Устройство для плавки металла во взвешенном состоянии Советский патент 1984 года по МПК H05B6/32 

Изобретение относится к индукционному нагреву, в частности к устрой ствам для плавки и удержания металлов во взвешенном состоянии, и может быть использовано для обестигель ной индукционной плавки в вакууме или защитной атмосфере (особенно в тех случаях, когда недопустимо даже малейшее загрязнение расплава материалов тигля, а также для точного . литья. Известно устройство для плавки ме талла во взвешенном состоянии, в котором расплавленный металл удерживается многовитковым индуктором, охватывающим тороидальную полость fij . Однако функщюнальные возможности этого устройства очень ограничены из за необходимости высокого (несколько сотен вольт) питающего напряжения, что приводит к неизбежным пробоям при плавке в вакууме. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для плавки металла во взв шенном состоянии, содержащее тороидал ный индуктор, выполненный в виде кол цевого сердечника с первичной обмоткой, обхватывающий ее вторичный виток, злектропроводный стержень, расположенный внутри индз ктора и электрически связанный с вторичным витком, и тороидальную плавильную камеру, установленную под индуктором, внешняя поверхность которой образова на продолжением вторичного витка, а внутренняя - электропроводного стержня, а вторичный виток на участке между индуктором и плавильной камерой выполнен с разъемом в горизонтальной плоскости z . Однако из-за наличия слоя теплоизоляции между расплавом и первичной обмоткой вторичный виток обладает повьш1енной индуктивностью рассеяния, что делает невозможным достижение предельного для тороидального трансформатора КПД. , Необходимость вакуумной камеры для размещения в ней всего устройства, высокое напряжение на выводах первичной обмотки, находящихся в вакууме, и жесткая механическая связь плавильной камеры с трансформатором 1 райне ограничивают функциональные возможности известного устройства. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей и повышение КПД устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для плавки металла во взвешенном состоянии, содержащем тороидальный индуктор, выполненный в виде кольцевого сердечника с первичной обмоткой, обхватывающий ееодним из участков вторичный виток, электропроводный стержень, расположённьй внутри индуктора и электрически связанный с вторичным витком, и тороидальную плавильную камеру, установленную под индуктором, внешняя поверхность которой образована продолжением вторичного витка, а внутренняя - электропроводного стержня, причем вторичный виток на втором участке между индуктором и плавильной камерой выполнен с разь-ч емом в горизонтальной плоскости, вторичный виток на втором участке обхватывает с зазором электропроводный стержень, образуя коаксиальный токопровод, на первом участке - первичную обмоткх без зазора, а электропроводный стержень в горизонтальной плоскости выполнен с разъемом. Плавильная камера может быть снабжена системой создания вакуума и подачи инертного газа, выполнена вакуум-плотной, и разъемы коаксиального токопррвода снабжены вакуумными уплотнениями. Плавильная камера также может быть соединена с литниковой системой. На фиг. 1 приведено устройство, разрез, с указанием узлов системы охлаждения; на фиг. 2 - вариант конструкции плавильной камеры в виде вакуумной камеры с литниковой системой. Устройство (фиг. 1) содержит электрически связанные коробообразные элементы 1 и 2 вторичного витка и центральный водоохлаждаемый электропроводный стержень, состоящий из двух отрезков 3 и 4, проходящий через оба коробообразных элемента 1 и 2 и электрически соединяющий их, тороидальную первичную обмотку 5 на кольцевом сердечнике 6, размещенную в элементе 1, причем элемент 2 служит плавильной камерой. Элементы 1 и 2 снабжены металлическими крьшжами 7 . и 8, в которых выполнены кольцевые зазоры 9 и 10, Электрическая связь между элементами 1 и 2 образована посредством соосных электропроводному стержню коаксиальных токопроводо

11 и 12, сопряженных с краями зазоров 9 и 10,

Участок коаксиальной линии, соединяющий элементы 1 и 2, снабжен разъемом, образованным контактными фланцами 13 и 14, фланцами токопроводов 11 и 12 и накидной гайкой .

Внутренняя полость коробообразног металлического элемента ( с срышкой внутри которого размещена тороидальная обмотка 5, выполнена по высоте, внешнему и внутреннему диаметру срвпаДакщей с соответств5пощими размерами обмотки 5.

В коаксиальном разъеме установлена угфугая прокладка 16, обеспечивающая вакуумное уплотнение плавильной камеры.

На фиг. 2 дополнительно показаны системы для создания вакуума 17 и подачи инертного газа 18, а также литниковая система 19.

Устройство работает следующим образом.

В первичную обмотку 5 поступает ток от источника повышенной частоты, который возбуждает переменный поток в кольцевом сердечнике 6, в результате чего наводится переменная ЭДС во вторичном витке на краях кольцевых зазоров 9 и 10. Под действием этой ЭДС возникает переменный ток, протекающий последовательно по внешнему и внутреннему элементам вторичного тороидального витка, через коаксиальные токопроводы 11 и 12 вторичного витка, коаксиальное разъемное соединение, коаксиальные токопроводы 11 и 12 плавильной камеры и по элементам 2 тороидальной плавильной камеры Зтот ток возбуждает переменное электромагнитное поле в плавильной камере которое за счёт вихревых токов нагревает тороидальной формы расплав и за счет электродинамического взаимодействия с вихревы1(И токами удерживает его во взвешенном состоянии.

При необходимости плавка может вестись в вакууме, который создается в герметичной плавильной камере устройством 17 или в среде инертного газа, которым плавильная камера заполняется из устройства 18. В случае если плавильная камера снабжена литниковой системой 19, устройство может использоваться для точного литья при этом вследствие эффекта ток протекает по внутренней поверхности верхнего отсека плавильной камеры, нагревая и поддерживая расплав, в нижнем отсеке камеры поле практически отсутствует. После окончания плавки и вьщержки металла плавно уменьшают ток, потребляемый от источника, в результате чего происходит опускание тороидального расплава и заполнение им полостей литниковой системы. Далее нижний отсек с литниковой системой отделяется для извлечения изделий.

Устройство может снабжаться плавильными камерами различных типоразмеров и назначений, так как соединение камеры с трансформатором производится унифицированными разъемами коаксиальной линией связи с высокими эвергетическют показателями.

Использование изобретения позволит на 6-8% повысить К1Щ устройства для плавки металла во взвешенном состоянии и существенно расширить .его функциональные возможности.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ МЕТАЛЛА ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ, со держащее тороидальный индуктор, выполненный в виде кольцевого сердечника с первичной обмоткой, обхватывающий ее одним из участков вторичный виток, электропроводный стержень, расположенный внутри индуктора и электрически связанный с вторичным витком, и тороидальную плавильную камеру, установленную под индуктором, внешняя поверхность которой образована продолжением вторичного витка. а внутренняя - электропроводного стержня, причем вторичный виток на втором участке между индуктором и плавильной камерой выполнен с разъемом в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения КПД, вторичный виток на втором участке обхватьшает с зазором электропроводный стержень, образуя коаксиальный токопровод, на первом участке - первичную обмотку без зазора, а электропроводный стержень в горизонтальной плоскости выполнен с разъемом. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что плавиль(Л ная камера снабжена системой созда ния вакуума и подачи инертного газа, выполнена вакуум-плотной, и разъемы коаксиального токопровода снабжены вакуумными уплотнениями. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что плавильная камера снабжена соединенной с ней литниковой системой. -ч| 30 Эд л