專利名稱：工頻有芯感應(yīng)熔煉爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于感應(yīng)加熱的技術(shù)領(lǐng)域。適用于碳素鋼及合金鋼的冷料熔煉。
感應(yīng)熔煉爐分為有芯(即槽式)及無芯(即坩堝式)兩爐種。無芯感應(yīng)爐雖較有芯爐出現(xiàn)晚，因其具有(1)爐體結(jié)構(gòu)簡單，(2)筑爐方便，(3)可將熔體倒光，(4)便于改變爐料和合金牌號，(5)適宜間歇生產(chǎn)等優(yōu)點，一直得到人們的重視，發(fā)展很快。有芯爐則由于(1)熔溝內(nèi)熔體溫度高于熔池，耐火材料不能滿足熔溝要求。(2)因熔溝熔池間溫差大，輸入功率受到限制，熔化率低。(3)熔體不能倒光，不宜間歇生產(chǎn)。且改變?nèi)垠w牌號必須洗爐?；谝陨显?，加之人們對其優(yōu)越性能認(rèn)識不足，在一段相當(dāng)長的時間內(nèi)，只用來熔煉銅、鋁、鋅等有色金屬。雖然如此，但其優(yōu)越性能一直為行業(yè)界所關(guān)注。主要優(yōu)點如下(1)電效率一般為0.95～0.98，比高、中頻無芯爐高25％，比工頻無芯爐高15％。
(2)熱效率高，約為0.8～0.9。
(3)用于熔煉黑色金屬功率因數(shù)可達(dá)0.6～0.8，無芯爐則為0.05～0.25。
(4)單位電耗低，例如鑄鐵冷料熔煉(1450℃)單位電耗為400－500kw·H／T，工頻無芯爐則為500－700kw·H／T。
(5)投資少，例如12T有芯爐的投資，僅為10T工頻無芯爐的1／3，和1.5T工頻無芯爐相仿。一般為同容量無芯爐的1／2～1／3。
(6)爐體形狀和容量可自由選擇。
(7)熔體液面深度變化，不會引起輸入功率的波動。
近年來，雖然耐火材料、熔溝和熔池熔體溫差的研究均有進(jìn)展，使有芯爐已由有色金屬熔煉擴(kuò)展到鑄鐵熔煉及保溫，但是由于熔溝和熔池熔體溫差仍然高達(dá)100－200℃，爐體的結(jié)構(gòu)也不完全合理以致保溫差爐齡也較短，未能應(yīng)用于鑄鋼的熔煉。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)在有芯爐的不足，提供一種改進(jìn)的工頻有芯感應(yīng)爐，使其具有熔體溫差低，保溫性好，爐齡長的優(yōu)點，以適用于鑄鋼熔煉。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，其中
圖1a是
圖1b的A－A剖視圖，
圖1b是
圖1a的ABCD剖視圖，
圖1c是
圖1b的BCC剖視圖。它具有爐子外殼1，耐火粘土磚2，高鋁礬土砂3，高鋁質(zhì)耐火混凝土預(yù)制件4，熔池5，爐咀6，爐蓋7，感應(yīng)體外殼8、感應(yīng)變壓器鐵芯9，感應(yīng)變壓器鐵芯10，水冷套11，冶金鎂砂12、鎂質(zhì)耐火混凝土預(yù)制件13、起熔體(即熔溝模具)14、磷酸鹽膨脹珍珠巖板15及硅酸鋁纖維氈16所組成。
圖2是現(xiàn)有普通爐熔溝示意圖。其中，圖2(a)為普通爐以二維平面表示的熔體運動狀態(tài)，其中17為熔溝平面、18為熔體運動跡線。圖2(b)為普通爐等截面熔溝熔體的流動狀態(tài)，19表示熔體的流動方向。20表示熔體死區(qū)。圖2(c)為普通爐等高變截面熔溝內(nèi)熔體的定向流動狀態(tài)。
圖3為本實用新型實施例采用熔溝的幾何形狀，用以說明熔體應(yīng)力分布狀況及定向流動方向。其中i1、i2分別為兩熔溝的電流，f1、f2分別為兩熔溝電流所產(chǎn)生力的分布。
本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型的工頻有芯感應(yīng)熔煉爐，其特征在于熔池與熔體接觸部分是以特級高鋁礬土為主配以剛玉制成的預(yù)制件4，周圍以一等高鋁礬土砂3填充，最外側(cè)為輕質(zhì)粘土磚2和硅酸鋁纖維氈16作為保溫層，熔溝部分起熔體14外的耐火材料是鎂質(zhì)混凝土做的預(yù)制件13，感應(yīng)體外殼8內(nèi)側(cè)襯以保溫材料磷酸膨脹珍珠巖板15，預(yù)制件13周圍用冶金鎂砂12填充并打結(jié)；熔溝的形狀為兩相熔溝，兩熔溝有互聯(lián)的中間部分，該處的截面為兩側(cè)的2.2倍，熔溝與熔池底部的連接處為弧形曲線，中間弧形大，兩側(cè)弧線小，中間曲線與兩側(cè)曲線的曲率半徑之比為4～5。
以下對本實用新型作進(jìn)一步的描述。
1、提高爐齡和熱效率的爐襯布置措施感應(yīng)體熔溝部位系將起熔體14與鎂質(zhì)混凝土13做成的預(yù)制件，經(jīng)養(yǎng)護(hù)24小時后脫膜，然后110℃低溫烘干，筑爐時，感應(yīng)體殼8內(nèi)側(cè)襯以保溫材料磷酸膨脹珍珠巖板15，然后在預(yù)制件周圍用冶金鎂砂12填充，并打結(jié)至要求的密實度(2.6G／cm3)。
熔池內(nèi)襯(與熔體接觸部位)材料，以特級高鋁礬土為主，配以剛玉，制成預(yù)制件4，其外側(cè)以一等高鋁礬土3填充，其余以輕質(zhì)粘土磚2和硅酸鋁纖維氈16作為保溫層。將熔池和熔溝與熔體接觸的耐火材料做成最小限度預(yù)制件，其周圍分別充填高鋁礬土和冶金鎂砂，不僅可抑制因預(yù)制件裂紋漏出熔體而且比整體混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)低得多，爐齡和熱效率都得到提高，此外制成預(yù)制件還可以縮短筑爐時間并且節(jié)省價格昂貴的耐火材料。
2、降低熔溝17和熔池5熔體溫差的技術(shù)措施(1)使熔溝內(nèi)熔體形成快速定向流動在熔溝中由于電流和磁場的相互作用，使熔體承受著應(yīng)力，如電流和其產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生壓縮效應(yīng)，熔溝電流和感應(yīng)器電流方向相反形成的斥力產(chǎn)生電動效應(yīng)，此外，還有渦流產(chǎn)生的渦流效應(yīng)及溫差產(chǎn)生的熱效應(yīng)等，都具有對熔體的推動力，迫使熔體運動。在等截面熔溝中，熔體的運動為空間三維運動。若按二維平面表示熔體運動狀態(tài)，則如圖2(a)所示。熔溝和熔池的熔體熱交換方式如圖2(b)所示，熔體沿熔溝壁單邊流進(jìn)，單邊流出，而且在尾部存在死區(qū)20。熔溝和熔池溫差可達(dá)到100－200℃。目前應(yīng)用較普遍的變截面熔溝，如圖2(c)，利用不同截面積的不同功率密度，產(chǎn)生單向推力可形成定向流動。但熔池和熔溝溫差仍有60－100℃。如圖3所示，在熔溝到熔池噴口處改變電流的線路曲率，曲率增加處電磁力密集，其合力可作用于熔體沿熔溝軸向推向熔池，因而，增加噴口處曲率可人為地增強(qiáng)壓縮效應(yīng)。反之，為了在吸入端抑制壓縮效應(yīng)，可減小電流線路曲率。本實用新型的實施例，圖3采用兩相熔溝，兩熔溝有互聯(lián)的中間部位，該處的截面為兩則的2.2倍，使兩熔溝具有變截面特點。在熔溝兩側(cè)噴口增加電流線路曲率，以增加該處的壓縮效應(yīng)；兩熔溝相聯(lián)的中間吸口處則相反，減小電流線路曲率，使壓縮效應(yīng)減小。形成熔體具有很大流速的快速循環(huán)，從而降低熔溝和熔體間的溫差。吸入口與噴口處的曲率半徑之比在4～5內(nèi)，小于4單向推力小，與無曲線的熔溝無明顯差別，大于5曲線太靠近冷卻水套，影響爐體結(jié)構(gòu)。
(2)降低熔溝內(nèi)熔體功率密度根據(jù)設(shè)計規(guī)范，黑色金屬熔溝中的功率密度為50－80kw／dm3，本實用新型的實施實例則在14－16kw／dm3區(qū)間內(nèi)，使熔溝內(nèi)熔體升溫速度降低，用以減少熔溝和熔池的溫差。
通過以上兩項措施，熔溝和熔池的溫差，最低和最高部位為30－50℃。
本實用新型的優(yōu)點在于1、因其電，熱效率均高于工頻、中頻無芯爐，所以單位電耗低于無芯爐，有明顯的節(jié)能效果?，F(xiàn)以本實用新型的實施實例與相近工頻和中頻無芯爐比較如下表
<p>2、本實用新型實例和同容量無芯爐相比，其造價約為無芯爐的1／2。大大節(jié)省了使用單位的投資。
3、爐體形狀和容量可自由選擇。
4、熔體液面變化，不引起功率波動。
5、耐火混凝土預(yù)制件，既可大大縮短筑爐時間又可節(jié)約筑爐費用，筑爐時間約為全部澆注混凝土的1／4，筑爐費用為全部澆注混凝土的1／3。
6、采用預(yù)制件外填充砂料的結(jié)構(gòu)，熔溝內(nèi)熔體定向流動及降低熔溝內(nèi)熔體功率密度等措施，爐襯有較長的使用壽命。熔溝部位用于鑄鋼為100－200爐次，用于鑄鐵可達(dá)9－12個月，熔池壽命約為1－1年半。
綜上所述，本實用新型的工頻有芯感應(yīng)爐具有投資少，節(jié)約能源及生產(chǎn)率高的優(yōu)越性能，適用于鑄鋼、鑄鐵及其合金單一品種大批量連續(xù)熔煉的生產(chǎn)方式。
權(quán)利要求1.工頻有芯感應(yīng)熔煉爐，其特征在于熔池與熔體接觸部分是以特級高鋁礬土為主配以剛玉制成的預(yù)制件4，周圍以一等高鋁礬土砂填充，最外側(cè)為輕質(zhì)粘土磚2和硅酸鋁纖維氈16作為保溫層，熔溝部分起熔體14外的耐火材料是鎂質(zhì)混凝土做的預(yù)制件13，感應(yīng)體外殼8內(nèi)側(cè)襯以保溫材料磷酸膨脹珍珠巖板15，預(yù)制件13周圍用冶金鎂砂12填充并打結(jié)，熔溝的形狀為兩相熔溝，兩熔溝有互聯(lián)的中間部分，該處的截面為兩側(cè)的2.2倍，熔溝與熔池底部的連接處為弧形曲線，中間弧形大兩側(cè)弧形小，中間曲線與兩側(cè)曲線的曲率半徑之比為4～5。
2.如權(quán)利要求1所述的熔煉爐，其特征在于熔溝中的功率密度為14～16kw／dw3。
專利摘要工頻有芯感應(yīng)熔煉爐屬于感應(yīng)加熱的技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于鑄鋼冶煉。該爐熔池和熔溝與熔體接觸的部分是用耐火材料制成的預(yù)制件，預(yù)制件外用冶金鎂砂和高礬土砂，熔溝的形狀為二相熔溝，兩熔溝互聯(lián)的中間部分的截面是兩邊的2.2倍，熔溝與熔池相連的地方是弧線，以改善和加大熔體的定向流動。該爐保溫性好，熔體溫差小，爐齡長而且制造成本低。
文檔編號F27B13/00GK2081072SQ9022320
公開日1991年7月17日 申請日期1990年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月5日
發(fā)明者于世謙 申請人:湖北省水利水電科學(xué)研究所