В настоящее время наблюдается значительное число публикаций, предлагающих плавильные комплексы и агрегаты на основе индукционных тигельных печей, возможности которых существенно расширены за счет совмещения нескольких функций многосекционного индуктора печи или нескольких преобразователей энергии в одной конструкции при питании от многоэнергоканального полупроводникового преобразователя.
Например, в [1] предлагается конструкция ИТП, нижняя часть боковой поверхности которой занята электромагнитным вращателем расплава, а верхняя — нагревающим металл обычным индуктором печи. Приводятся достоинства такого плавильного агрегата, определяется его место в технологиях плавки металлов.
В [2] описывается конструкция агрегата, в котором совмещены индукционные тигельная (сверху) и канальная (снизу) печи с общей ванной металла.
В [3] предлагается конструкция плавильного агрегата, позволяющего проводить жидкофазное восстановление оксидов на вращающейся металлической подложке. Вращение жидко-металлической подложки осуществляется с помощью электромагнитного вращателя (ЭМВ).
В [4, 5] отмечается положительное влияние на скорость металлургических реакций при управляемом, в частности вращательном, движении металла в плавильном агрегате как в процессах жидкофазного восстановления металлов из оксидов, так и в процессе очистки стали от неметаллических включений. Представляет определенный интерес процесс центробежной сепарации включений в промежуточном ковше машин непрерывного и полунепрерывного литья стальных заготовок. При вращении стали в 
цилиндрической камере промежуточного ковша со скоростью 40-50 об/мин содержание включений уменьшается до 26% от их первоначального содержания в промежуточном ковше, содержание кислорода, связанного во включениях, в жидкой стали уменьшается примерно в 2 раза [5].
Индуктор электромагнитного вращателя (ЭМВ) (рис. 1) может располагаться под днищем печи (вариант 1) или вокруг боковой поверхности (вариант 2). Форма тигля может быть различной в зависимости от принятой схемы расположения индуктора ЭМВ.
Авторами данной статьи на протяжении ряда лет проводились работы по расчету и разработке новых металлургических агрегатов на основе индукционных тигельных печей. Основным определяющим вопросом при разработке был вопрос организации управляемого движения металла в печи, в отличие от индукционных печей классической компоновки. В процессе разработки и исследовательских работ рассматривались самые различные варианты расположения и схем включения обмоток как греющего индуктора, так и индуктора ЭМВ. Ниже, на рис. 2 и 3, приведены некоторые результаты этих исследований.
На рис. 2 приведено распределение скорости в поперечном сечении тигля при расположении индуктора ЭМВ под тиглем (показан прямоугольниками).
Предусматривается многофазное питание многосекционного греющего индуктора печи. При этом бегущее вдоль осевой координаты магнитное поле обусловливает осевое усилие, действующее вверх в пристеночных слоях металла, и связанное с этим одноконтурное движение металла в осевом направлении (рис. 3), что способствует интенсивному перемешиванию расплава, а также образованию воронки.
Ниже, на рис. 4, приведена одна из предлагаемых конструкций «турбо-индукционного плавильного агрегата», позволяющей в одном устройстве объединить несколько функций описываемых в литературе агрегатов с организацией вращения расплава.
Предлагаемый агрегат в нижней части сохраняет общепринятую компоновку греющего индуктора.
Однако тигель имеет более высокое соотношение диаметра и высоты. В верхней части агрегата расположена широкая ванна с установленным под ней вращателем. Причем активные зоны вращателя расположены как в торцевой плоскости, так и по окружности верхней части тигля, что благотворно сказывается на образовании воронки жидкого металла. В изначальном варианте греющий индуктор получает однофазное питание средней частоты, но предполагается также использовать двухчастотное питание для организации направленного осевого движения металла в донной части агрегата.
Для исследования процессов в рассматриваемых плавильных агрегатах и управления режимами их работы авторами создан комплекс компьютерных программ на основе детализированных электрических, магнитных и тепловых схем замещения (ДСЗ), детализированных структурных схем; метода конечных разностей (МКР), а также с использованием конечно-элементного пакета Femlab [6, 7].
Литература
- Uemura Heroshi, Kano Toshiyuki. Crucible-Shaped Induction Furnace / Publication JP2004108666.
- Bamji Pervez J. F. , Fitzpatrick Nigel P. Recovery of aluminium scrap / Publication US4571258.
- Плавильный агрегат / Е. А. Коршунов, С. П. Буркин, Ф. Н. Сарапулов и др. Патент на изобретение № 2207476. Опубл. в БИ № 18 от 27.06.2003 г.
- Евгений Коршунов. Плавка с вращением и жидкофазным восстановлением. Уральский рынок металлов № 1-2, 2008 г. С. 58-60.
- Inclusion separation from molten steel in tundish with rotation electromagnetic field/ Miki Yuji, Kitaoka Hidenary, Bessho Nagayasu et al. // Tetsu-to-hagane = Journal Iron and Steel Institute Japan. 1996. 82. № 6. P. 40-45. На русс. яз. опубл. в журнале «Новости черной металлургии России и зарубежных стран» № 1, 1997 г. С. 64-67.
- Плавильные комплексы на основе индукционных тигельных печей и их математическое моделирование: учебное пособие / В. И. Лузгин, С. Ф. Сарапулов, Ф. Н. Сарапулов, Б. А. Сокунов, Д. Н. То-машевский, В. Э. Фризен, И. В. Черных, В. В. Шипицын. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 459 с.
- Структурное моделирование электротехнологических систем и механизмов / В. А. Иванушкин, Ф. Н. Сарапулов, В. Н. Кожеуров, Д. В.Исаков. Н-Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2007. 397 с.
B. И. ЛУЗГИН,
A. Ю. ПЕТРОВ,
C. А. РАЧКОВ, ЗАО «Рэлтек».
Ф. Н. САРАПУЛОВ, С. Ф. САРАПУЛОВ,
B. Э. ФРИЗЕН, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург
