[其他]石墨元件感应炉

说明书

本发明是关于提供一种新型的熔炼各种有色金属及其合金与黑色金属和特种合金的石墨元件感应炉。

目前国内外采用的高、中工频感应炉，均采用镁砂捣打烧结坩埚，水冷铜管感应加热装置。日本专利昭和54-39842采用氧化镁砂加少量石墨制成的坩埚，其加热系统仍是水冷铜管感应加热器。此类熔炉的弊端：一是能耗高，效率低（仅有8-12%），且多数不适应间歇式生产和多种牌号合金的熔炼;二是设备投资较大，占地面积亦大，以日本富士公司生产的无芯工频熔炉为例，一只容量250公斤的熔炉占地45-50平方米，且感应线圈必须水冷却，不仅增加供水、净水设备，浪费水（如西德Demag公司提供的无芯工频感应熔化炉化每百公斤铜耗水0.5吨，我国的一般要耗水0.7吨以上），还耗费能源，据有关资料介绍，冷却水的耗热量约占熔炉热量的25-30%;三是感应熔炉大都需要启熔块或加一些底子熔液，相当麻烦，极不方便。

本发明的目的在于提供一种以热传导性能优良的碳素石墨带线圈取代贵重的空心铜管线圈的石墨元件感应炉这种石墨元件感应炉，不但能够克服现有熔炉的上述缺点，而且应用范围广：除采用工频外，配合中频、高频设备供电也能适应。能广泛用于金属熔炼，除用于有色金属及其合金的熔炼外，还可用于铸铁的熔炼和保温浇铸。

本发明的原理及特点是：当坩埚外之感应线圈通以交变电流时，即产生交变磁场。一方面，全碳石墨坩埚本体感应发热传导至被熔金属;另一方面，坩埚内金属中的交变磁场产生感应电势，因其短路连接而感应产生强电流，使被熔金属加速熔化。众所周知，金属熔化是感应电流受电阻作用的结果，金属的电阻愈大，则加热效果愈明显。但是现有的高、中、工频感应熔炉大多采用捣打材料，电热效应只靠被熔金属产生涡流发热，对钢、铁的适应性可以，对铜、铝等电阻率低的金属则加热效果不明显，加热速度也较慢。石墨元件感应炉则大为改善这一性能，这是由于全碳石墨坩埚本身就会感应发热而传导至金属发热熔化所致。因此石墨元件感应炉不需要启熔块或启炉熔液，因而大大改善了有色金属（即电阻率低的金属）的熔化效果和加热速度。这是本发明的显著特点之一。

现有的感应熔炉，由于在感应线圈中通过的电流较大，以致在感应器中的电损失达到炉子有功功率的25-30%，这部分损失将变为很大的热量，就必然要对感应线圈进行人工冷却。石墨元件感应炉则不然，因为碳素石墨带线圈可以承受高达1900℃的温度，且在高温下导电性能仍然优良，只要线圈截面积恰当，完全能够满足导电要求。而且这种线圈产生的电阻热仍然可以传导给全碳石墨坩埚而变为有效功率。换言之，即可将感应熔炉电损失的25-30%的功率变为石墨元件感应炉的有效功率。这是本发明的显著特点之二。

由于采用碳素石墨带线圈，线圈可以紧贴在全碳石墨坩埚本体周围涂上仅3-5毫米的高温绝缘层上，使线圈直径比一般感应炉的空心铜管线圈直径至少要小50毫米以上，根据毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律，在电流强度一定的情况下，电磁场强度一旦增加，那末电热效应就相对提高很多。由于磁场强度提高，因此有效磁通密度就增大，即坩埚内空磁通量比一般感应熔炉增大，感生电流公式Ii＝ (εi)/(R) ＝- 1/(R) · (dφ)/(dt) 表明，在供给线圈电源频率一定的情况下，同种被熔金属产生的感生电流即相对增大，所以石墨元件感应炉的电磁发热效应明显提高。这是本发明的显著特点之三。

为了有利于延长石墨元件感应炉的使用寿命，可以在全碳石墨坩埚本体中加上一个石墨坩埚，使其具有可更换性，从而可大大提高整个石墨元件感应炉的使用寿命。况且全碳石墨坩埚还具有可修补性。这是本发明的显著特点之四。

本发明的石墨元件感应炉工艺简单，制造容易，与同容量的电炉相比，其价格只值十分之一至几十分之一;占地小，可在任何地方置放，也可任意移动，使用维修简便。由于坩埚内壁不粘金属液，因而可用一个石墨元件感应炉间歇地熔炼多种牌号金属合金。这是本发明的显著特点之五。

发明的具体结构由下面的实施例及附图给出。

附图是本发明的石墨元件感应炉的剖面图，图中编号分别为：

1.全碳石墨坩埚本体    2.高温绝缘层

3.石墨带线圈    4.线圈导线

5.出液口    6.高温隔热绝缘层

7.隔热层    8.坩埚支承砖

9.金属外壳

当全碳石墨坩埚本体（1）液压成型烧成后，在其周围刮覆厚为3～5毫米由（按重量%）45-55的刚玉、25～30的氧化铝土、10-20的高铝耐火粘土和0.2-1的硼酸配制而成的高温绝缘层（2）;把由（按重量%）1.5-2的硅酸铝耐火纤维、1.5-2的高铝耐火纤维、1-2的碳素纤维、50-55的石墨粉、15-18的碳化硅、2-4的金属硅、10-12的沥青、2-4的树脂和0.5-1的硼酸配制压制成型的石墨带，经在预制件上方绕成感应器线圈（3）套上坩埚本体（1），尔后粗糙地糊上10毫米以上厚度的以（按重量%）5-12的氧化铝土、10-16的高铝耐火粘土、0.3-1的硼酸和平衡量氧化镁砂混料作高温隔热绝缘层（6），同时以此固定线圈（3），且保护石墨带线圈不氧化;再将套好石墨带线圈的全碳石墨坩埚本体放入金属外壳（9）内底部的支承砖（8）上，筑入至少25毫米的硅藻土或全镁砂的高温隔热层（7）。