ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов.
Известна индукционная плавильная печь, содержащая несущий каркас, установленный внутри каркаса индуктор, выполненный из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, выводы которого подключены к выводам плавильной печи (Простяков А.А. Индукционные печи и миксеры для плавки чугуна. - М.: Энергия, 1977. - С.155)
Недостатком индукционной плавильной печи является узкая область применения, что обусловлено сильными электромагнитными полями рассеяния из-за отсутствия экранирования потоков рассеяния индуктора. В результате, известная индукционная плавильная печь не может быть использована в технологиях с повышенными требованиями к уровню внешних электромагнитных полей.
Известна индукционная плавильная печь, содержащая несущий каркас, установленные внутри каркаса индуктор, выполненный из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, разделенный на две равные части, которые электрически включены параллельно так, что начало первой части индуктора соединено с началом второй части индуктора, а конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, конденсаторную батарею, выводы которой соединены с выводами индуктора, на каркасе в направлении оси цилиндрической спирали по меньшей мере с двух сторон установлены панели с закрепленными электромагнитными экранами (П. 2267238 РФ, МКИ Н05В 6\18. Индукционная плавильная установка \ Е.М.Силкин - Заявл. 18.03.02, Опубл. 27.12.05, Б.И.М.П. №36).
Недостатком индукционной плавильной печи является узкая область применения, что обусловлено недостаточной универсальностью, невозможностью, например, использовать
для ее питания источник на основе инвертора (генератора) напряжения, плохими, обеспечиваемыми условиями охлаждения индуктора.
Известна индукционная плавильная печь, содержащая несущий каркас, установленные внутри каркаса индуктор, выполненный из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, разделенный на две равные части, которые электрически включены параллельно так, что начало первой части индуктора соединено с началом второй части индуктора, а конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, в качестве полого проводника применена трубка, части индуктора выполнены одновременным совместным изгибом в цилиндрическую спираль двух трубок, выводы плавильной печи подключены к выводам индуктора (П. 51811 РФ, МКИ Н05В 6\18. Индукционная плавильная печь \ Е.М.Силкин. - Заявл. 04.08.05, Опубл. 27.02.06, Б.И.М.П. №6).
Данная индукционная плавильная печь является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.
Недостатком индукционной плавильной печи является узкая область применения, что обусловлено недостаточной универсальностью, невозможностью, например, использовать для ее питания источник на основе инвертора (генератора) напряжения, сложностью применения источников питания с воздушным охлаждением, плохими, обеспечиваемыми условиями охлаждения индуктора, сильными электромагнитными полями рассеяния из-за отсутствия экранирования потоков рассеяния индуктора (в результате, известная индукционная плавильная печь не может быть использована в технологиях с повышенными требованиями к уровню внешних электромагнитных полей).
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения индукционной плавильной печи, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в индукционной плавильной печи, содержащей несущий каркас, установленные внутри каркаса индуктор, выполненный из полого проводника,
изогнутого в цилиндрическую спираль, разделенный на две равные части, которые электрически включены параллельно так, что начало первой части индуктора соединено с началом второй части индуктора, а конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, в качестве полого проводника применена трубка, части индуктора выполнены одновременным совместным изгибом в цилиндрическую спираль двух трубок, конденсаторную батарею, выводы которой соединены с выводами индуктора, и два дросселя, выводы плавильной печи подключены к выводам индуктора через дроссели, дроссели выполнены магнитосвязанными, на каркасе в направлении оси цилиндрической спирали по меньшей мере с двух сторон установлены панели с закрепленными электромагнитными экранами.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения индукционной плавильной печи, что обусловлено более высокой универсальностью конструкции индукционной плавильной печи, возможностью использовать для ее питания источники на основе инвертора (генератора) напряжения и тока, применения источников питания с воздушным охлаждением, лучшими, обеспечиваемыми условиями охлаждения индуктора, низкими уровнями электромагнитных полей рассеяния.
Расширение области применения индукционной плавильной печи является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым устройством, примененной конструкцией индуктора, новыми элементами и связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Поэтому отличительные признаки заявляемой индукционной плавильной печи являются существенными.
На рисунке приведена схема индукционной плавильной печи, поясняющий ее конструкцию и состав.
Индукционная плавильная печь, содержит несущий каркас 1, установленные внутри
каркаса индуктор 2, выполненный из полого проводника, изогнутого в цилиндрическую спираль, разделенный на две равные части, которые электрически включены параллельно так, что начало первой части индуктора соединено с началом второй части индуктора, а конец первой части индуктора соединен с концом второй части индуктора, в качестве полого проводника применена трубка, части индуктора выполнены одновременным совместным изгибом в цилиндрическую спираль двух трубок, конденсаторную батарею 3, выводы которой соединены с выводами индуктора, и два дросселя 4, 5, выводы плавильной печи подключены к выводам индуктора через дроссели. Дроссели выполнены магнитосвязанными. На каркасе в направлении оси цилиндрической спирали по меньшей мере с двух сторон установлены панели с закрепленными электромагнитными экранами 6.
Индукционная плавильная печь работает по принципу короткозамкнутого трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемый индуктор 2, а вторичной (короткозамкнутой) обмоткой и одновременно нагрузкой является находящийся в тигле внутри индуктора 2 металл. Нагрев и расплавление металла происходит за счет протекающих в нем вихревых токов, которые возникают под действием электромагнитного поля, создаваемого индуктором 2. Индуктор 2 с металлом для источника питания переменного тока представляет собой индуктивную нагрузку с низким коэффициентом мощности (0,05-0,40). Для компенсации коэффициента мощности устанавливается конденсаторная батарея 3. Из-за низкого коэффициента мощности ток, протекающий между элементами колебательного контура параллельного типа, образованного частями индуктора 2 и конденсаторной батареей 3 значительно превышает ток (в 5 - 20 раз), протекающий по шинопроводам от источника к плавильной печи. Для уменьшения поля рассеяния частей индуктора 2, магнитного сопротивления, локализации и концентрации магнитного поля служат панели 6 с закрепленными электромагнитными экранами (например, ферритовыми стержнями).
Установка конденсаторной батареи 3 в непосредственной близости от индуктора 2
значительно уменьшает электрические потери в элементах плавильной печи. Дроссели 4, 5 ограничивают ток через конденсаторную батарею 3 при питании индукционной плавильной печи от источника (генератора) переменного напряжения. В результате, индукционная плавильная печь становится универсальной и может использоваться в установках как с источниками (генераторами) тока, так и источниками (генераторами) напряжения (например, с инверторами напряжения). При применении инверторов тока дроссели 4, 5 снижают скорости изменения токов вентилей и также необходимы. Индуктор 2, конденсаторная батарея 3 и дроссели 4, 5, как правило, должны быть водоохлаждаемыми. Таким образом, все водоохлаждаемые элементы индукционной плавильной печи могут быть установлены в одном узле, что также делает печь универсальной и компактной. Выполнение дросселей 4, 5 магнитосвязанными уменьшает их весогабаритные показатели.
В конденсаторной батарее 3 могут быть использованы водоохлаждаемые конденсаторы типов ЭСВК, ЭСВ, ЭСВП. На панелях 6 также могут быть установлены шихтованные стержни из кремнистой электротехнической (трансформаторной) или аморфной стали, пермаллоя и другого ферромагнитного материала.
Каркас 1 индукционной плавильной печи имеет сварную конструкцию. Для охлаждения индуктора 2, нагревающегося от протекающего в нем электрического тока и плавящегося металла, используется водяное охлаждение. Отводимая водой от индуктора 2 индукционной плавильной печи тепловая энергия является достаточно большой. Для обеспечения механической прочности от механического воздействия протекающих через проводник индуктора 2 токов витки индуктора закрепляются на каркасе 1. Повышение температуры охлаждающей воды может приводить к солевым отложениям на внутренней поверхности полого проводника индуктора 2, что ухудшает условия охлаждения индуктора 2 и может вывести его из строя. Выполнение индуктора 2 из профиля не позволяет обеспечить долговременную надежную механическую и электрическую прочность индуктора 2. Изоляция витков индуктора 2 при этом осуществляется обмоточными изоляционными
материалами, имеющими малую механическую стойкость к истиранию при смещениях витков относительно друг друга при механических усилиях и сравнительно низкую рабочую температуру. Под воздействием механических усилий и температуры может нарушаться целостность изоляции витков, что ведет к электрическому замыканию и выходу индукционной плавильной печи из строя.
По сравнению с прототипом расширяется область применения индукционной плавильной печи. Это обеспечивается изменением ее устройства, обеспечением большей механической прочности индуктора за счет возможности существенного упрощения конструкции креплений витков, улучшением условий охлаждения полого проводника индуктора за счет распараллеливания потока охлаждающей воды, обеспечением возможности закрепления витков, изоляция которых условиями конструкции не подвергается механическому износу. Возможно изготовление индуктора без применения намоточной изоляции. Части индуктора выполняются из сортаментной круглой трубки, что повышает технологичность конструкции. Установка конденсаторной батареи и дросселей на каркасе позволяет использовать для питания печи источники (генераторы) напряжения и тока. Применение электромагнитных экранов снижает уровень электромагнитных полей в месте установки печи. Индукционная плавильная печь становится более универсальной также по причине исключения необходимости в использовании подводящих водоохлаждаемых кабелей и устройстве приямков для их размещения.
По сравнению с прототипом снижаются эксплуатационные расходы за счет уменьшения сроков ввода в эксплуатацию и стоимости строительных (отсутствие приямков для водоохлаждаемых кабелей), монтажных и пусконаладочных работ, повышения производительности индукционной плавильной печи, стоимости технического обслуживания, ремонтопригодности.