устройство для индукционной плавки

Формула изобретения

Устройство для индукционной плавки, содержащее вакуумную технологическую камеру, внутри которой расположен индуктор с тиглем и введенный через уплотнение с возможностью поворота вокруг своей оси коаксиальный токоввод, содержащий внутренний и внешний проводники, при этом коаксиальный токоввод внутри технологической камеры механически и электрически соединен с индуктором, а вне камеры - электрически соединен с токоподводящими шинами конденсаторной батареи, отличающееся тем, что электрическое соединение коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи осуществлено посредством скользящих контактов, образованых электропроводящими плоскими пластинами в форме сегментов, которые электрически и механически с помощью прижимных контактов соединены с внутренним и наружным проводниками коаксиального токоввода и входят в пружинные захваты, соединенные с токоподводящими шинами конденсаторной батареи, при этом угловой размер сегментов плоских пластин скользящих контактов обеспечивает при повороте коаксиального токоввода вокруг своей оси неразрывность соединения коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии - индукционной плавки цветных и черных металлов и варки стекла.

При индукционной плавке металлов или варке стекла возникает необходимость разлива расплава или его части из тигля в изложницу. В большинстве случаев расплав в тигле во время разлива необходимо подогревать, то есть источник энергии не должен отключаться во время разлива. Источник энергии (генератор) в индукционных плавильных установках подключен к параллельному колебательному контуру, состоящему из индуктора и конденсаторной батареи.

Известно устройство [1], в котором разлив расплава из тигля в изложницу без отключения источника питания осуществляется через специальное отверстие в дне или боковой стенке тигля. Во время плавки это отверстие закрыто заглушкой, которая для разлива вынимается (или ликвидируется) и расплав выливается. Затем заглушка устанавливается на место.

Недостатками такой конструкции являются: сложность регулировки количества выливаемого материала; усложнение всей конструкции механизмом подъема и опускания заглушки (или элементами ее разрушения); быстрая изнашиваемость заглушки; разрушение или изменение размеров отверстия в дне тигля после нескольких разливов; сложность обслуживания и эксплуатации.

Наиболее близко к заявляемому относится известное устройство-прототип [2], в котором индуктор механически и электрически соединен с помощью электропроводящих, водоохлаждаемых проводников с коаксиальным токовводом, введенным через уплотнение в технологическую камеру с возможностью поворота вокруг своей оси. Внутренний и внешний проводники коаксиального токоввода с внешней стороны камеры соединены с соответствующими шинами конденсаторной батареи через гибкие, электропроводящие, водоохлаждаемые проводники (кабели), что позволяет производить опрокидывание индуктора с тиглем для разлива расплава или части его внутри технологической камеры без отключения источника. Проводники, соединяющие коаксиальный токоввод с шинами конденсаторной батареи, имеют достаточную длину для обеспечения поворота токоввода во время опрокидывания индуктора с тиглем - источник питания не отключается, электрические цепи не разрываются.

Недостатками этого устройства являются следующие. Гибкие, электропроводящие, водоохлаждаемые проводники имеют значительные омические потери, большое поле рассеивания и громоздкую конструкцию. В результате: снижается КПД установки; необходимо принимать специальные меры по предотвращению нагрева окружающих эти проводники конструктивных элементов полем рассеивания, по снижению эфирных радиопомех и напряженности электрического поля на рабочем месте до допустимых санитарных норм.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение КПД устройств индукционной плавки и снижение эфирных радиопомех при дозированной разливке расплава в изложницы, не прерывая нагрева материала в тигле.

Технический эффект, обеспечивающий решение задачи, заключается в снижении потерь и устранении мощных полей рассеивания линий подвода питания к индуктору, упрощение конструкции и эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для индукционной плавки, включающем вакуумную технологическую камеру, внутри которой расположен индуктор, в котором закреплен тигель, коаксиальный токоввод, содержащий внутренний и внешний проводники и который введен через уплотнение, с возможностью поворота вокруг своей оси, в технологическую камеру, внутри которой он механически и электрически соединен с индуктором, а вне камеры - электрически соединен с токоподводящими шинами конденсаторной батареи, в отличие от известного электрическое соединение коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи осуществлено посредством скользящих контактов, которые образованы электропроводящими плоскими пластинами в форме сегментов, которые электрически и механически с помощью прижимных контактов соединены с внутренним и наружным проводниками коаксиального токоввода и входят в пружинные захваты, соединенные с токоподводящими шинами конденсаторной батареи, при этом угловой размер сегментов плоских пластин скользящих контактов обеспечивает, при повороте коаксиального токоввода вокруг своей оси, неразрывность соединения коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи.

Отличиями заявляемого решения является то, что электрическое соединение коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи осуществлено посредством скользящих контактов, образованных электропроводящими плоскими пластинами в форме сегментов, которые электрически и механически с помощью прижимных контактов соединены с внутренним и внешним проводниками коаксиального токоввода и входят в пружинные захваты, соединенные с токоподводящими шинами конденсаторной батареи, при этом угловой размер сегментов плоских пластин скользящих контактов обеспечивает при повороте коаксиального токоввода вокруг своей оси, неразрывность соединения коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи.

Предлагаемая конструкция (совокупность признаков) является новой, так как в настоящее время не известны аналогичные устройства, характеризующиеся приведенной совокупностью признаков. Отличиями заявляемого решения являются наличие новых конструктивных элементов, формы их выполнения и взаимосвязи между ними.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что предложенная конструкция соединения коаксиального токоввода с токоподводящими шинами конденсаторной батареи исключает длинные электропроводящие, гибкие, водоохлаждаемые проводники, которые соединяют снаружи технологической камеры коаксиальный токоввод с шинами конденсаторной батареи и которые являются основной причиной недостатков - проводники имеют значительные омические потери, большое поле рассеивания и громоздкую конструкцию. В результате в предлагаемой конструкции устраняется нагрев полем рассеяния окружающих конструктивных элементов, устраняются эфирные радиопомехи, снижаются напряженности электрического поля на рабочем месте до допустимых санитарных норм; снижаются омические потери и, в конечном итоге, повышается КПД установки.

Предлагаемая конструкция компактна, не имеет длинных переходных линий соединения, обеспечивая основное функциональное отличие данных устройств - обеспечение возможности разлива расплава из тигля внутри технологической камеры при непрерывной электрической связи индуктора с источником питания при повороте тигля с индуктором.

Таким образом, указанный технический эффект достигается новой, неизвестной из уровня техники совокупностью конструктивных признаков.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется приведенным на фиг.1, 2 схематическим изображением конкретного варианта предлагаемого устройства для индукционной плавки. На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого устройства для индукционной плавки, на фиг 2 - разрез по А-А, где:

1 - вакуумная технологическая камера,

2 - индуктор,

3 - тигель,

4 - коаксиальный токоввод,

5 - внутренний проводник коаксиального токоввода 4,

6 - внешний проводник коаксиального токоввода 4,

7 - уплотнение коаксиального токоввода 4,

8 - направление вращения коаксиального токоввода 4,

9 - токоподводящие шины конденсаторной батареи,

10 - скользящие контакты,

11 - электропроводящие плоские сегменты,

12 - прижимной контакт внутреннего проводника коаксиального токоввода 4,

13 - прижимной контакт внешнего проводника коаксиального токоввода 4,

14 - пружинные захваты (зажимы),

15 - плита из изоляционного материала,

16 - изолятор,

17 - плита из изоляционного материала,

18 - рычаг.

Предлагаемое устройство включает вакуумную технологическую камеру 1, внутри которой находится индуктор 2, в котором закреплен тигель 3. Через стенку вакуумной камеры 1, через уплотнение 7, проходит высокочастотный водоохлаждаемый коаксиальный токоввод 4, содержащий внутренний 5 и внешний 6 проводники и установленный с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси в направлении 8. Коаксиальный токоввод 4 электрически и механически соединен внутри вакуумной камеры 1 с индуктором 2, а вне камеры - с токоподводящими шинами 9 конденсаторной батареи колебательного контура генератора. Соединение с конденсаторной батареей осуществлено скользящими контактами 10, образованными электропроводящими плоскими пластинами в форме сегментов 11, закрепленными на прижимных контактах 12 и 13 на соответственно внутреннем 5 и внешнем 6 проводниках коаксиального токоввода 4 и плотно входящими в пружинные захваты (зажимы) 14. Пружинные захваты (зажимы) 14 электрически соединены с шинами конденсаторной батареи 9.

Пружинные захваты (зажимы) 14 закреплены на плите 17 из изоляционного материала, которая может быть установлена на общей базе (раме) с вакуумной технологической камерой 1, например, на изоляторах 16. Для придания жесткости конструкции при повороте коаксиального токоввода 4 вокруг своей горизонтальной оси прижимные контакты 12 и 13 могут быть соединены общей плитой 15 из изоляционного материала. Привод поворота коаксиального токоввода 4 выполнен в виде рычага поворота 18. Вместо рычага может быть использована шкивная передача. В этом случае шкив должен быть механически закреплен на одном из проводников 5 или 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Исходный материал загружают в тигель 3, нагревают и расплавляют материал с помощью индуктора 2. При разливе расплава или части его в изложницу из тигля 3 при помощи рычага поворота 18 поворачивают коаксиальный токоввод 4 на необходимый угол. При этом вместе с токовводом 4 поворачивается индуктор 2 и тигель 3 и происходит слив расплава. Во время поворота токоввода 4 плоские сегменты 11, связанные с проводниками токоввода 5 и 6, также поворачиваются, но при этом не выходят из соприкосновения (контакта) с пружинными захватами (зажимами) 14, потому что имеют соответствующий угловой размер. Таким образом не нарушается цепь электрического соединения индуктора 2 с шинами конденсаторной батареи 9, индуктор не отключается от источника питания, нагрев содержимого тигля не прерывается. После разлива рычаг 18 возвращают в исходное положение и индуктор 2 с тиглем 3 также возвращаются в исходное положение (без разрыва электрической цепи питания индуктора).

Примером конкретного выполнения может служить установка для вакуумной дистилляции сплавов благородных металлов с индукционным нагревом. Конструкция механизма поворота тигля с индуктором соответствует схеме, приведенной на фиг.1 Вакуумная технологическая камера выполнена из нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Высокочастотный водоохлаждаемый коаксиальный токоввод введен в камеру через вакуумное уплотнение. Внутри камеры к нему присоединен индуктор, внутрь которого плотно вставлен через изоляцию тигель. С внешней стороны камеры к проводникам токоввода присоединены прижимные контакты из меди M1, выполненные разъемными из двух половинок, соединенных болтами. К нижней части каждого прижимного контакта припаяны припоем ПСр45 плоские пластины из меди M1 в форме сегментов, которые имеют угловой размер 180° и входят в пружинные захваты. Плита, объединяющая прижимные контакты, выполнена из стеклотекстолита. К прижимному контакту внешнего проводника токоввода присоединен рычаг, имеющий рукоятку из фторопласта. Пружинные захваты выполнены из двух изогнутых плоских латунных пластин, шириной 20 мм, и закреплены на стеклотекстолитовой плите, которая установлена на фарфоровых изоляторах, закрепленных на корпусе (раме) установки. К пружинным захватам присоединены шины конденсаторной батареи, выполненные из меди.

Таким образом видно, что предлагаемое устройство имеет простую компактную конструкцию, позволяющую производить разливку расплава не прерывая нагрева его в тигле за счет постоянной, непрерывающейся электрической связи с источником питания. При этом за счет компактности конструкции максимально сокращен уровень полей рассеивания вне камеры, сокращены омические потери в электрических цепях между конденсаторной батареей и токовводом, соответственно повышен КПД устройства, сокращен уровень эфирных радиопомех и упрощена эксплуатация устройства.

Источники информации

1. WO 3106907 A1, F27B 14/06, оп. 24.12.2003. Плавильная печь.

2. Установка индукционная "КРИСТАЛЛИЗАТОР-107". Техническое описание ТГИЛ 682323.006 ТО. ВНИИТВЧ, 1992, л.8.