КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к металлургии, а именно к индукционным установкам для плавки и термической обработки в них различных материалов.
Одной из основных задач, решаемых для обеспечения надежной работы индукционных установок, является создание конструкции контейнера, обеспечивающей его длительную эксплуатацию в условиях высокотемпературных нагрузок.
Известна индукционная тигельная печь, содержащая индуктор и тигель, изготовленный из огнеупорных материалов, внутри которого установлен графитовый электронагревательный элемент, выполненный в виде полого цилиндра без дна, имеющего высоту, равную 0,8-1,5 высоты тигля, с внутренним и наружным диаметрами, равными соответственно 0,4-0,6 и 0,9-0,95 от внутреннего диаметра тигля (А.С. СССР №1091005, МПК F27B 14/10, оп. 07.05.1984 г.).
Известная печь характеризуется ограниченной сферой применения графитового нагревательного элемента из-за химических реакций между ним и материалом в тигле при высокой температуре.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является индукционная установка, содержащая футеровку, подину и крышку, выполненные из термостойкого материала с низкой теплопроводностью, контейнер в виде тигля, индуктор с воздушным охлаждением, расположенный за футеровкой, и съемный электропроводящий цилиндр, расположенный между тиглем и
футеровкой, и выполненный из стали (П.РФ №2213311, МПК F27B 14/08, F27D 11/06, оп. 27.09.2003 г.).
В известной индукционной установке затруднена теплопередача между коллектором, съемным электропроводящим цилиндром и тиглем, а также между коллектором и футеровкой из-за наличия между ними воздушных зазоров, что приводит к потере тепла и снижению КПД печи. Кроме того, при наличии воздушных зазоров имеется свободный доступ окислительной атмосферы к элементам печи, понижая срок ее эксплуатации и эксплуатационную надежность.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в создании универсального контейнера для индукционной установки, обеспечивающего эксплуатационную надежность при плавлении и термообработке целого ряда высокотемпературных материалов, а также повышение КПД установки.
Технический результат достигается конструкцией контейнера и подбором материалов, из которых он выполнен.
Поставленная задача решается следующим образом.
Контейнер для индукционной установки, выполненный из керамического материала, согласно заявляемой полезной модели, контейнер выполнен плазменным напылением керамического слоя с токопроводящим слоем внутри стенок и дна, при этом толщины токопроводящего слоя, внутренней и наружной частей керамического слоя составляют соответственно 0,3-2,0 мм, 2,0-10,0 мм и 2,0-16,0 мм.
Причем, токопроводящий слой выполнен из жаропрочного сплава или тугоплавких соединений.
Кроме этого, контейнер снабжен крышкой, выполненной плазменным напылением керамического слоя с токопроводящим слоем внутри него.
Выполнение контейнера и крышки плазменным напылением керамического слоя с токопроводящим слоем внутри стенок, дна и крышки
обеспечивает прочное сцепление слоев, исключает воздушные зазоры между керамическим и токопроводящим слоями, предотвращая потери тепла и окислительные процессы и делая его конструкцию более компактной, а выполнение токопроводящего слоя из жаропрочного сплава или тугоплавких соединений позволяет осуществлять обработку высокотемпературных материалов с высоким КПД при высокой эксплуатационной надежности.
Например, использование хромо-никелевых сплавов в качестве жаропрочного сплава позволяет осуществлять обработку высокотемпературных материалов при температурах до 1300°С-1400°С., использование сплава никеля (70%) с алюминием (30%) - позволяет осуществлять обработку материалов при температурах до 1500°С-1600°С., а использование дисилицида молибдена - при температурах до 2000°С-2500°С, и т.д.
Толщины керамического и токопроводящего слоев контейнера определены экспериментально и являются оптимальными для каждой температурной зоны и обрабатываемого материала.
Выполнение внутренней части керамического слоя контейнера толщиной в указанных пределах (2,0-10,0 мм) обеспечивает защиту контейнера от химического воздействия находящегося внутри него высокотемпературного материала; при ее толщине менее 2,0 мм защита может быть недостаточная, а толщина более 10,0 мм экономически нецелесообразна.
Токопроводящий слой, толщина которого выполнена в указанных пределах, (0,3-2,0 мм), обеспечивает достаточный ресурс как температурный, так и временной. Меньшая, чем 0,3 мм толщина не обеспечит достаточный ресурс температурный и временной, а большая, чем 2,0 мм - экономически нецелесообразна.
Наружная часть керамического слоя в указанных пределах толщин (2,0-16,0 мм) характеризует необходимую механическую прочность
контейнера. При толщине наружной части керамического слоя менее 2,0 мм механическая прочность будет недостаточной для стабильной работы установки, а большая, чем 16,0 мм ее толщина не целесообразна.
Внутренняя и наружная части керамического слоя обеспечивают защиту внутреннего токопроводящего слоя от контакта с окислительной атмосферой и с обрабатываемым материалом.
Конструкция предлагаемого контейнера делает возможным увеличение отношения диаметра токопроводящего слоя к диаметру индуктора, что приводит к снижению энергетических потерь и повышению КПД установки.
Отличительные от наиболее близкого аналога признаки заявляемой полезной модели являются существенными, так как влияют на достижение технического результата.
Совокупность всех существенных признаков полезной модели не известна из уровня техники, следовательно, она является новой.
На чертеже схематично представлена конструкция индукционной установки с заявляемым контейнером.
Индукционная установка содержит контейнер 1, выполненный плазменным напылением керамического слоя с токопроводящим слоем 2, расположенным внутри керамического слоя, полученным также плазменным напылением, обеспечивая прочность сцепления слоев, футеровку (не показана), индуктор 3, крышку 4. Материалом, из которого выполнен тигель, может быть корунд, корундомулит или шпинель. Футеровка выполнена по общепринятой технологии из термостойкого материала с низкой теплопроводностью, обеспечивающего длительное поддержание необходимой температуры. Токопроводящий слой 2 может быть выполнен из жаропрочных сплавов, таких как хромо-никелевый, никель-алюминиевый и т.д. или других тугоплавких токопроводящих соединений в зависимости от обрабатываемого высокотемпературного материала. Этот слой может быть как сплошным, так и
напыленным в определенных местах внутри керамического слоя в зависимости от обрабатываемого материала и решаемой задачи.
Работа индукционной установки осуществляется следующим образом.
Контейнер 1 заполняется высокотемпературным материалом, подлежащим плавке или термообработке, и закрывается крышкой 4. На индуктор 3 подается переменное напряжение высокой частоты. В переменном электромагнитном поле индуктора 3 в токопроводящем слое 2 контейнера 1 индуцируется нагревающий его электрический вихревой ток и выделяется тепло, которое идет на разогрев материала, находящегося в контейнере 1.
После завершения рабочего процесса крышка 4 снимается, и обрабатываемый материал удаляется из контейнера 1.
Возможность плавки в контейнере различных высокотемпературных материалов, а также возможность использования его при отжиге, обжиге, прокаливании, закалке, спекании и т.п. делает его универсальным.
В индукционной установке может использоваться как стандартный контейнер, так и трубообразный, без дна.
Отсутствие понижающего трансформатора и системы водяного охлаждения (для всего диапазона частот 2,4 кГц - 1,7 мГц) делают индукционную установку малогабаритной и передвижной в условиях производственного цеха.
-
Заявляемый контейнер успешно работает в окислительной, восстановительной, инертной атмосфере и в вакууме (до 10 МПа).
Конструкция контейнера создает изотермное поле и точный контроль температур термопарой, что обеспечивает автоматизацию процесса поддержания необходимой температуры.
Как показали опытные испытания, максимальная скорость нагрева материала в контейнере достигает до 10°С в минуту; при
термообработке (до 1000°С) контейнер выдерживает до 200 циклов, при плавке - не менее 20 плавок.
Таким образом, предлагаемая конструкция контейнера для индукционной установки, по сравнению с известными аналогами, обеспечивает повышенный КПД, высокую эксплуатационную надежность, увеличение срока его эксплуатации, а также уменьшение габаритных размеров.