Индукционная канальная печь для плавки металлов Советский патент 1990 года по МПК F27D11/06 

Фиг.З

Изобретение относится к металлургии, в частности к индукционным канальным печам для ппавки черных и цветных металлов.

Цель изобретения - интенсификация тепломассообмена в плавильной ванне.

На фиг. 1 изображена печь, вид сверху, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Индукционная печь состоит из цилиндрической ванны 1, к которой присоединена «индукционная единица, состоящая из вертикальных каналов 2 и 3, соединенных в нижней части горизонтальным каналом 4. Каналы охватывают индуктор 5, который расположен на магнитопроводе 6. На дне ванны выполнен открытый кольцевой канал 7, к которому стыкованы вертикальные каналы 2 и 3. Вертикальные каналы в верхней части имеют одностороннее увеличение ширины 8 и 9 с углом расширения ot. 40-60° и высотой расши- ряющегося участка в 1,0-,О ширины канала.

При этом одностороннее увеличение ширины канала при виде сверху выполнено против (фиг. 1) или по часовой стрелке.

Глубина h кольцевого канала 7 составляет h 0,2-0,3 UK, где Ьк-внутренний диаметр кольцевого канала.

Индукционная печь работает следующим образом.

При подключении индуктора 5 к питающей сети в каналах печи индуцируется ток I (показан на фиг. 3 пунктиром), который, выходя из устьев вертикальных каналов 2 и 3, разделя- ется на две горизонтальные ветви в кольцевом канале 7.

Огибая уст-эе одна ветвь имеет значительный изгиб линий тока, а другая ветвь (в этом же устье) из-за одно- стороннего расширения канала такого изгиба не имеет.

В местах изгиба линий тока возникают электродинамические усилия F с вертикальными fB и горизонтальными fr составляющими (фиг. 3). Горизонтальные составляющие вызывают движение расплава вдоль кольцевого канала

Так как расширяющиеся участки в верхней части каналов при виде на печь сверху выполнены по или против часовой стрелки, к расплаву в кольцевом канале оказываются приложены две силы F, действующие согласно.

Под действием этих сил в ранне возникает вращательное движение расплава в горизонтальной плоскости, перемешивающее весь объем металла.

Это движение расплава подавляет вертикальные вихри, возникающие в устьях каналов, поэтому колебаний и разрыва окисных или защитных пленок на поверхности расплава не происходит .

Выполнение предлагаемой индукционной печи приводит к тому, что ток, индуцированный в каждом из вертикальных каналов в верхней части канала, переходя в кольцевой, разделяется на две одинаковые ветви.

При этом в каждом устье одна ветвь имеет значительный изгиб линий тока, а другая за счет одностороннего увеличения ширины канала такого изгиба не имеет.

В местах изгиба тока возникают электродинамические усилия, действующие на расплав, с вертикальными и горизонтальными составляющими. Последние вызывают движение жидкого металла вдоль кольцевого канала. Такое движение приводит к организации во всем объеме ванны вращательного движения расплава в горизонтальной плоскости .

Как показали эксперименты, вихре- обрааование устьев каналов на поверхности расплава при этом практически отсутствует даже при небольшой высоте металла в ванне.

Вращательное движение расплава в ванне позволяет эффективно перемешивать металл, не нарушая защитную пленку на его поверхности.

В кольцевом канале благодаря концентрации электрического тока происходит эффективное тепловыделение, что также позволяет получить хорошие энергетические показатели плавильной установки, в частности ее коэффициент мощности.

Экспериментально определено, что для создания эффективного перемешивания расплава в ванне печи необходимо иметь одностороннее увеличение ширины, верхних участков вертикальных каналов с углом расширения 40-60 при высоте расширяющегося участка 1,0- 2,0 ширины канала. .

При других углах одностороннего расширения и высоте расширения менее 1,0 ширины канала увеличиваются вертикальные и уменьшаются горизонтальные составляющие электродинамических усилий в устьях, что приводит к умень шению перемешивания и увеличению колебаний поверхности расплава.

Увеличение высоты расширяющегося участка более 2,0 ширины канала не влияет заметно на улучшение перемешивания, однако с увеличением сечения канала уменьшается коэффициент его мощности.

Если одностороннее увеличение ширины устьев вертикальных каналов при виде сверху не выполняется по или против часовой стрелки, а например, навстречу друг другу, то вращения расплава в ванне не происходит из-за компенсации горизонтальных составляющих потоков.

Глубина кольцевого канала h выбирается большей, чем глубина проникновения электромагнитной волны в-металл и определяется из выражения

0,2-0,3 D,

.

Dk 1„

диаметр кольцевого канала; длина кольцевого канала между устьями вертикальных

/1 ГНкч участков (. 1.т-) .

Глубина кольцевого канала выбирается такой, чтобы длина канала 1 была меньше, чем сумма длин участков 2h+DK, тогда активное сопротивление 6 к 1 Vn-D и соответственно больший ток протекают по горизонтальному кольцевому каналу.

При глубине канала h 0,3 DK увеличивается сопротивление движению расплава вдоль кольцевого канала, а при отсутствии соосности кольцевого канала в цилиндрической ванне увеличивается сопротивление вращению расплава в ванне.

Таклм образом, только при указанных соотношениях размеров кольцевого канала, ширины верхних участков вертикальных каналов и их соответствующем расположении возникает интенсивное перемешивание расплава в горизонтальной плоскости ванны без заметног вихреобразования на ее поверхности, что и позволяет эффективно перемешивать металл в ванне, не нарушая защитную или окисную пленку на поверх кости расплава и достичь поставленной цели.

Исследованием на физической модели .. печи определены указанные соотношеD

ния размеров пшрины верхних участков вертикальных каналов и их соответствующего расположения, размер кольцевого канала, при которьсх возникает

0 интенсивное вращательное движение (перемешивание) расплава. При этом происходит выравнивание температуры во всем объеме ванны без нарушения поверхностных окисных либо защитных

5 (флюс) пленок, что позволяет повысить качество выявляемого металла, уменьшить время его обработки.

Таким образом, выполнение канала на дне нанны кольцевым, открытым,

о глубиной, равной 0,2-0,3 его диаметра, и установленным соосно ванне, к которому стыкованы вертикальные каналы, верхние участки которых имеют одностороннее увеличение ширины с

5 углом расширения 40-60° и высотой расширяющегося участка 1,0-2,0 ширины канала при одностороннем увеличении ширины верхних участков каналов, при виде сверху, по или против часоQ вой стрелки позволяет создать интенсивное вращательное движение расплава в ванне и получить положительный эффект за счет увеличения производительности плавильного оборудования, повышения качества выплавляемого ме- талла, снижения его безвозвратных

потерь.

Формула изобретения

Индукционная канальная печь для плавки металлов, содержащая цилинд0 рическую плавильную ванну с открытым горизонтальным каналом в ее дне, с которым состыкованы вертикальные ка- . налы индукционной единицы, состоящей из индуктора, магнитопровода и бхва5 тывающих их соединенных вместе горизонтального и двух вертикальных каналов, имеющих в месте соединения с горизонтальным каналом ванны расширяющийся участок с углом расширения

0 40-60°, отличающаяся

тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена в плавильной ванне, горизонтальный канал ванны выполнен кольцевым, соосным ванне и имеющим

5 .1ину, равную 0,2-0,3 его внутреннего диаметра, а расширяющийся участок с односторонним увеличением ширины и высотой расширения - 1,0-2,0 ширины вертикального канала;

фиг.Г в

А-А

i-tfi

w/////////mm

Фиг. 2

Изобретение относится к металлургии, в частности к индукционным канальным печам для плавки черных и цветных металлов. Цель изобретения - интенсификация тепломассообмена в плавильной ванне. Индукционная печь обеспечивает индуцирование тока в каналах, который, выходя из устьев вертикальных каналов 2, 3, разделяется на две горизонтальные ветви в кольцевом канале 7. Из-за одностороннего расширения каналов 2, 3 обеспечивается движение расплава вдоль кольцевого канала 7, имеющее вращательное направление в горизонтальной плоскости, перемешивающее весь объем металла без колебаний и разрыва окисных и защитных пленок на поверхности расплава. 3 ил.

Составитель М.Вилкова Редактор С.Патрушева Техред Л.Сердюкова. Корректор Л.Патай

Заказ 33

Тираж 505

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное