Индукционная канальная печь

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкциям индукционных канальных печей для приготовления сплавов и разновесных компонентов, и направлено на повышение эффективности перемешивания расплава в печи и ее производительности за счет исключения зарастания канальной части окислами. Указанный технический результат достигают тем, что индукционная канальная печь, выполненная в виде Ш-образного магнитопровода, имеет горизонтальный закрытый канал для расплава металла в форме тора эллиптического сечения. На среднем стержне Ш-образного магнитопровода расположена первичная обмотка. А вторичная обмотка состоит из двух частей, размещеннных поверх первичной обмотки так, что одна е часть находится над горизонтальным каналом с расплавом металла, а другая - под каналом.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (СФУ) (RU) Известна отъемная индукционная единица канальной печи (а.с.1300284, F27D 11/06, опубл. 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, Н 05 В 6/20, F27D 11/06, опубл. 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, размещнных поверх основной обмотки таким образом, что одна е 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 фиг. 1,на фиг. 3 - разрез Г-Г фиг. 2; на фиг. 4 - разрез А-А 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 1, который создает переменный магнитный поток 1. Часть этого переменного магнитного потока 10 замыкается по магнитопроводу и индуцирует в канале 4 с расплавом электрический ток 2. Другая часть магнитного потока 1 представляет собой магнитный поток рассеяния 1, 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 е части возникает электрический ток, создающий магнитный поток дк, который пронизывает канал с расплавом в горизонтальной плоскости. В результате наложения магнитных полей 1 и дк, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе и в пространстве, создается вращающееся магнитное поле. Величина вращающего момента и, следовательно, скорость расплавленного металла зависят от величины тока во вторичной обмотке 3 и его фазового сдвига по отношению к току 1, 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 сво направление. В результатесложения вращательного и кольцевого движений расплав в тороидальном канале движется по винтовой траектории, так как вращательное движение расплава с угловой скоростьювлечет 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 позволяет 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 увели-1 019466 чение 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. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Индукционная канальная печь, содержащая магнитопровод Ш-образной формы с трансформаторными первичной и вторичной обмотками и горизонтальный закрытый канал, отличающаяся тем, что первичная обмотка является основной и расположена на центральном сердечнике, а вторичная обмотка состоит из двух частей, размещнных поверх основной обмотки таким образом, что одна е часть расположена над горизонтальным закрытым каналом, а другая - под ним, при этом горизонтальный закрытый канал имеет форму тора с эллиптическим сечением.