индукционная канальная печь

Формула изобретения

Индукционная канальная печь, выполненная по Ш-образной форме трансформатора с первичной и вторичной обмотками и горизонтальным закрытым каналом, отличающаяся тем, что первичная обмотка является основной и расположена на центральном сердечнике, а вторичная обмотка состоит из двух частей, размещенных поверх основной обмотки таким образом, что одна ее часть расположена над горизонтальным закрытым каналом, а другая - под ним, при этом горизонтальный закрытый канал имеет форму тора с эллиптическим сечением.

Описание изобретения к патенту

Известна отъемная индукционная единица канальной печи (авт.св. № 1300284, F27D 11/06, опубликовано 30.03.1987. Бюл. № 12), содержащая магнитопровод, основную катушку и дополнительную катушку, подключенную к внешнему источнику напряжения.

Однако известное устройство не позволяет получить одинаковое вращение расплава во всей канальной части печи, поскольку канальная часть состоит из продольных и поперечных каналов.

Известна индукционная печь канального типа (патент № 2120202, H05B 6/20, F27D 11/06, опубликовано 10.10.1998), содержащая трансформатор с первичной и вторичной обмотками, образованной ванной для расплавленного металла и горизонтальным закрытым каналом.

К недостаткам известной печи следует отнести то, что она не позволяет осуществлять интенсивное перемешивание расплава из разновесных компонентов, кроме этого, канальная часть такой печи в процессе эксплуатации зарастает окислами и требует периодической чистки.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности перемешивания расплава в печи и ее производительности за счет исключения зарастания канальной части окислами.

Поставленная задача решается тем, что в индукционной канальной печи, выполненной по Ш-образной форме трансформатора с первичной и вторичной обмотками и горизонтальным закрытым каналом, согласно изобретению первичная обмотка является основной и расположена на центральном сердечнике, а вторичная обмотка состоит из двух частей, размещенных поверх основной обмотки таким образом, что одна ее часть расположена над горизонтальным закрытым каналом, а другая - под ним, при этом горизонтальный закрытый канал имеет форму тора с эллиптическим сечением.

На фиг.1 изображен эскиз индукционной канальной печи, на фиг.2 - разрез В-В на фиг.1, на фиг.3 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1.

Индукционная канальная печь имеет Ш-образный магнитопровод 1, на центральном сердечнике магнитопровода размещена основная обмотка 2. Поверх основной обмотки расположена состоящая из двух частей вторичная обмотка 3 таким образом, что одна часть находится над, а другая - под горизонтальным закрытым каналом 4. Внутренняя поверхность горизонтального закрытого канала 4 выполнена из футеровочного материала и имеет форму 5 в виде тора эллиптического сечения. Горизонтальный закрытый канал 4 имеет устройства для залива 6 и слива 7 расплава металла.

Индукционная канальная печь работает следующим образом.

При подключении основной катушки 2 к источнику переменного напряжения в ней возникает переменный электрический ток , который создает переменный магнитный поток Часть этого переменного магнитного потока замыкается по магнитопроводу и индуцирует в канале 4 с расплавом электрический ток . Другая часть магнитного потока представляет собой магнитный поток рассеяния пронизывающий канал 4 в вертикальной плоскости.

Как известно, в режиме короткого замыкания (вторичная обмотка закорочена) трансформатор имеет большие магнитные поля рассеяния, которые, в основном, сосредоточены между первичной и вторичной обмотками вне магнитопровода.

При подключении вторичной обмотки 3 к внешнему источнику напряжения в каждой ее части возникает электрический ток, создающий магнитный поток , который пронизывает канал с расплавом в горизонтальной плоскости. В результате наложения магнитных полей и , которые сдвинуты относительно друг друга по фазе и в пространстве, создается вращающееся магнитное поле. Величина вращающего момента, а следовательно, и скорость расплавленного металла зависят от величины тока во вторичной обмотке 3 и его фазового сдвига по отношению к току основной обмотки 2. Поскольку канальная часть в виде тора с расплавом расположена симметрично относительно центрального сердечника магнитопровода 1, в любом его сечении возникает одинаковый вращающий момент, создающий вращательное движение расплава с угловой скоростью .

Необходимо отметить, что в таком «тороидальном вихре» самопроизвольно возникает кольцевое движение вокруг его оси с линейной скоростью V. Это происходит потому, что в каждой точке на отрезке, соединяющем диаметрально противоположные точки периметра, значения линейной скорости движения расплава отличаются, и, соответственно, скорость расплава при переходе по внутренней стенке канала от малого периметра к большему периметру будет погашена или изменит свое направление.

В результате сложения вращательного и кольцевого движений расплав в тороидальном канале движется по винтовой траектории, т.к. вращательное движение расплава с угловой скоростью влечет также его движение по оси тора со скоростью V. В результате проведенных экспериментов выяснилось, что оптимальной для сечения канала является форма эллипса, позволяющая наиболее полно заполнять окно магнитопровода. Форма окна Ш-образного магнитопровода и расположение одной части вторичной обмотки над каналом, а другой части вторичной обмотки под каналом позволяют достичь наибольшей эффективности по коэффициенту заполнения и коэффициенту мощности cos в случае прямоугольной формы канала. Прямоугольная форма канала при движении расплава в углах имеет застойные зоны, в которых в первую очередь будет происходить зарастание канала. Канал, имеющий в сечении форму эллипса, позволяет увеличить cos индукционной канальной печи за счет того, что обеспечивается увеличение коэффициента заполнения окна магнитопровода и, соответственно, увеличивается магнитный поток, пронизывающий расплав. Эллипсовидная форма сечения канала позволяет снизить зарастание канала печи и увеличить эффективность работы печи.