专利名称：工频有芯感应熔炼炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于感应加热的技术领域。适用于碳素钢及合金钢的冷料熔炼。
感应熔炼炉分为有芯(即槽式)及无芯(即坩埚式)两炉种。无芯感应炉虽较有芯炉出现晚，因其具有(1)炉体结构简单，(2)筑炉方便，(3)可将熔体倒光，(4)便于改变炉料和合金牌号，(5)适宜间歇生产等优点，一直得到人们的重视，发展很快。有芯炉则由于(1)熔沟内熔体温度高于熔池，耐火材料不能满足熔沟要求。(2)因熔沟熔池间温差大，输入功率受到限制，熔化率低。(3)熔体不能倒光，不宜间歇生产。且改变熔体牌号必须洗炉。基于以上原因，加之人们对其优越性能认识不足，在一段相当长的时间内，只用来熔炼铜、铝、锌等有色金属。虽然如此，但其优越性能一直为行业界所关注。主要优点如下(1)电效率一般为0.95～0.98，比高、中频无芯炉高25％，比工频无芯炉高15％。
(2)热效率高，约为0.8～0.9。
(3)用于熔炼黑色金属功率因数可达0.6～0.8，无芯炉则为0.05～0.25。
(4)单位电耗低，例如铸铁冷料熔炼(1450℃)单位电耗为400－500kw·H／T，工频无芯炉则为500－700kw·H／T。
(5)投资少，例如12T有芯炉的投资，仅为10T工频无芯炉的1／3，和1.5T工频无芯炉相仿。一般为同容量无芯炉的1／2～1／3。
(6)炉体形状和容量可自由选择。
(7)熔体液面深度变化，不会引起输入功率的波动。
近年来，虽然耐火材料、熔沟和熔池熔体温差的研究均有进展，使有芯炉已由有色金属熔炼扩展到铸铁熔炼及保温，但是由于熔沟和熔池熔体温差仍然高达100－200℃，炉体的结构也不完全合理以致保温差炉龄也较短，未能应用于铸钢的熔炼。
本实用新型的目的在于克服现在有芯炉的不足，提供一种改进的工频有芯感应炉，使其具有熔体温差低，保温性好，炉龄长的优点，以适用于铸钢熔炼。
图1为本实用新型结构示意图，其中
图1a是
图1b的A－A剖视图，
图1b是
图1a的ABCD剖视图，
图1c是
图1b的BCC剖视图。它具有炉子外壳1，耐火粘土砖2，高铝矾土砂3，高铝质耐火混凝土预制件4，熔池5，炉咀6，炉盖7，感应体外壳8、感应变压器铁芯9，感应变压器铁芯10，水冷套11，冶金镁砂12、镁质耐火混凝土预制件13、起熔体(即熔沟模具)14、磷酸盐膨胀珍珠岩板15及硅酸铝纤维毡16所组成。
图2是现有普通炉熔沟示意图。其中，图2(a)为普通炉以二维平面表示的熔体运动状态，其中17为熔沟平面、18为熔体运动迹线。图2(b)为普通炉等截面熔沟熔体的流动状态，19表示熔体的流动方向。20表示熔体死区。图2(c)为普通炉等高变截面熔沟内熔体的定向流动状态。
图3为本实用新型实施例采用熔沟的几何形状，用以说明熔体应力分布状况及定向流动方向。其中i1、i2分别为两熔沟的电流，f1、f2分别为两熔沟电流所产生力的分布。
本实用新型的技术方案如下本实用新型的工频有芯感应熔炼炉，其特征在于熔池与熔体接触部分是以特级高铝矾土为主配以刚玉制成的预制件4，周围以一等高铝矾土砂3填充，最外侧为轻质粘土砖2和硅酸铝纤维毡16作为保温层，熔沟部分起熔体14外的耐火材料是镁质混凝土做的预制件13，感应体外壳8内侧衬以保温材料磷酸膨胀珍珠岩板15，预制件13周围用冶金镁砂12填充并打结；熔沟的形状为两相熔沟，两熔沟有互联的中间部分，该处的截面为两侧的2.2倍，熔沟与熔池底部的连接处为弧形曲线，中间弧形大，两侧弧线小，中间曲线与两侧曲线的曲率半径之比为4～5。
以下对本实用新型作进一步的描述。
1、提高炉龄和热效率的炉衬布置措施感应体熔沟部位系将起熔体14与镁质混凝土13做成的预制件，经养护24小时后脱膜，然后110℃低温烘干，筑炉时，感应体壳8内侧衬以保温材料磷酸膨胀珍珠岩板15，然后在预制件周围用冶金镁砂12填充，并打结至要求的密实度(2.6G／cm3)。
熔池内衬(与熔体接触部位)材料，以特级高铝矾土为主，配以刚玉，制成预制件4，其外侧以一等高铝矾土3填充，其余以轻质粘土砖2和硅酸铝纤维毡16作为保温层。将熔池和熔沟与熔体接触的耐火材料做成最小限度预制件，其周围分别充填高铝矾土和冶金镁砂，不仅可抑制因预制件裂纹漏出熔体而且比整体混凝土的导热系数低得多，炉龄和热效率都得到提高，此外制成预制件还可以缩短筑炉时间并且节省价格昂贵的耐火材料。
2、降低熔沟17和熔池5熔体温差的技术措施(1)使熔沟内熔体形成快速定向流动在熔沟中由于电流和磁场的相互作用，使熔体承受着应力，如电流和其产生的磁场产生压缩效应，熔沟电流和感应器电流方向相反形成的斥力产生电动效应，此外，还有涡流产生的涡流效应及温差产生的热效应等，都具有对熔体的推动力，迫使熔体运动。在等截面熔沟中，熔体的运动为空间三维运动。若按二维平面表示熔体运动状态，则如图2(a)所示。熔沟和熔池的熔体热交换方式如图2(b)所示，熔体沿熔沟壁单边流进，单边流出，而且在尾部存在死区20。熔沟和熔池温差可达到100－200℃。目前应用较普遍的变截面熔沟，如图2(c)，利用不同截面积的不同功率密度，产生单向推力可形成定向流动。但熔池和熔沟温差仍有60－100℃。如图3所示，在熔沟到熔池喷口处改变电流的线路曲率，曲率增加处电磁力密集，其合力可作用于熔体沿熔沟轴向推向熔池，因而，增加喷口处曲率可人为地增强压缩效应。反之，为了在吸入端抑制压缩效应，可减小电流线路曲率。本实用新型的实施例，图3采用两相熔沟，两熔沟有互联的中间部位，该处的截面为两则的2.2倍，使两熔沟具有变截面特点。在熔沟两侧喷口增加电流线路曲率，以增加该处的压缩效应；两熔沟相联的中间吸口处则相反，减小电流线路曲率，使压缩效应减小。形成熔体具有很大流速的快速循环，从而降低熔沟和熔体间的温差。吸入口与喷口处的曲率半径之比在4～5内，小于4单向推力小，与无曲线的熔沟无明显差别，大于5曲线太靠近冷却水套，影响炉体结构。
(2)降低熔沟内熔体功率密度根据设计规范，黑色金属熔沟中的功率密度为50－80kw／dm3，本实用新型的实施实例则在14－16kw／dm3区间内，使熔沟内熔体升温速度降低，用以减少熔沟和熔池的温差。
通过以上两项措施，熔沟和熔池的温差，最低和最高部位为30－50℃。
本实用新型的优点在于1、因其电，热效率均高于工频、中频无芯炉，所以单位电耗低于无芯炉，有明显的节能效果。现以本实用新型的实施实例与相近工频和中频无芯炉比较如下表
<p>2、本实用新型实例和同容量无芯炉相比，其造价约为无芯炉的1／2。大大节省了使用单位的投资。
3、炉体形状和容量可自由选择。
4、熔体液面变化，不引起功率波动。
5、耐火混凝土预制件，既可大大缩短筑炉时间又可节约筑炉费用，筑炉时间约为全部浇注混凝土的1／4，筑炉费用为全部浇注混凝土的1／3。
6、采用预制件外填充砂料的结构，熔沟内熔体定向流动及降低熔沟内熔体功率密度等措施，炉衬有较长的使用寿命。熔沟部位用于铸钢为100－200炉次，用于铸铁可达9－12个月，熔池寿命约为1－1年半。
综上所述，本实用新型的工频有芯感应炉具有投资少，节约能源及生产率高的优越性能，适用于铸钢、铸铁及其合金单一品种大批量连续熔炼的生产方式。
权利要求1.工频有芯感应熔炼炉，其特征在于熔池与熔体接触部分是以特级高铝矾土为主配以刚玉制成的预制件4，周围以一等高铝矾土砂填充，最外侧为轻质粘土砖2和硅酸铝纤维毡16作为保温层，熔沟部分起熔体14外的耐火材料是镁质混凝土做的预制件13，感应体外壳8内侧衬以保温材料磷酸膨胀珍珠岩板15，预制件13周围用冶金镁砂12填充并打结，熔沟的形状为两相熔沟，两熔沟有互联的中间部分，该处的截面为两侧的2.2倍，熔沟与熔池底部的连接处为弧形曲线，中间弧形大两侧弧形小，中间曲线与两侧曲线的曲率半径之比为4～5。
2.如权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于熔沟中的功率密度为14～16kw／dw3。
专利摘要工频有芯感应熔炼炉属于感应加热的技术领域，特别适用于铸钢冶炼。该炉熔池和熔沟与熔体接触的部分是用耐火材料制成的预制件，预制件外用冶金镁砂和高矾土砂，熔沟的形状为二相熔沟，两熔沟互联的中间部分的截面是两边的2.2倍，熔沟与熔池相连的地方是弧线，以改善和加大熔体的定向流动。该炉保温性好，熔体温差小，炉龄长而且制造成本低。
文档编号F27B13/00GK2081072SQ9022320
公开日1991年7月17日 申请日期1990年11月5日 优先权日1990年11月5日
发明者于世谦 申请人:湖北省水利水电科学研究所