[1]Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкциям индукционных вакуумных печей для плавки металлов и сплавов.
[2]Известна вакуумная индукционная печь, представляющая собой герметичную камеру, образованную корпусом, верхней и нижней крышками. Внутри корпуса установлен индуктор, охватывающий металлический секционированный тигель. На нижней крышке смонтированы с возможностью жесткого присоединения к холодному тиглю наружная и внутренняя секции охлаждаемого поддона. Внутренняя секция имеет возможность вертикального перемещения посредством привода. Охлаждаемые секции образуют в начальный момент плавки поддон, предназначенный для удержания расплава на опоре. На верхней крышке установлены технологические устройства для ведения и контроля плавки.
[3]В процессе работы печи перед началом плавки при снятой верхней крышке в тигель укладывают предназначенную для плавки шихту, крышку устанавливают и крепят на корпусе, герметизируют камеру, подают требуемую защитную среду и включают на нагрев индуктор для получения расплава. Полученный расплав рафинируют и с помощью привода опускают при включенном индукторе внутреннюю секцию с требуемой по условиям кристаллизации слитка скоростью вниз. При этом полость формообразования слитка образуется внутренней поверхностью секции и верхним торцом секции, где и проводят процесс кристаллизации слитка. После перехода расплава в формообразователь слиток окончательно охлаждают, верхнюю крышку снимают, а полученный слиток подают в верхнее крайнее положение и извлекают его. При необходимости перехода на выплавку слитка другого профиля нижняя крышка заменяется на сменную с требуемыми наружными и внутренними секциями поддона (см. патент РФ №2031343, кл. F27D 11/06, 1995 г.).
[4]В результате анализа выполнения данной печи необходимо отметить, что для нее характерны относительно большие габариты и металлоемкость изготовления электропечи, а также тяжелые условия работы индуктора, находящегося в вакуумной камере, что снижает производительность работы печи и требует надежной вакуумной изоляции индуктора и защиты этой изоляции от агрессивной атмосферы.
[5]Известна индукционная вакуумная электропечь, состоящая из тигля, охватывающего тигель индуктора, верхней крышки, установленной на верхнем торце индуктора, и поддона в нижней части тигля.
[6]Тигель состоит из охлаждаемых секций (преимущественно медных), электрически изолированных друг от друга прокладками и герметично заделанных неэлектропроводный цилиндр, выполненный, например, из стеклопластиковой композиции.
[7]Наружная стенка цилиндра обработана под кольцевое вакуумное уплотнение. В нижней части тигля герметично установлен металлический охлаждаемый поддон, предназначенный для удержания расплава.
[8]Индуктор герметично заделан в цилиндр, на верхнем торце которого имеется фланец для герметичной установки на нем верхней крышки на прокладках. В нижней части индуктора во внутренней его стенке установлено кольцевое вакуумное уплотнение, представляющее собой, например, манжетное или сальниковое устройство.
[9]Верхняя крышка представляет собой герметичную камеру, на которой установлены технологические устройства для ведения плавки, такие как дозатор, термопары, патрубки для откачки и пр.
[10]Для осуществления плавки в тигель загружают шихтовые материалы, затем тигель подают под индуктор посредством механизма вертикального перемещения.
[11]После проверки герметичности и правильности сборки печи тигель перемещают в верхнее крайнее положение, включают на откачку вакуумную систему для откачки вакуумной камеры и начинают плавку включением энергопитания индуктора. По мере расплавления шихты тигель перемещают по вертикали механизмом в соответствии с технологией плавки. После введения присадок, дополнительных порций шихты, полученный расплав рафинируют и, при отключенном электропитании индуктора, проводят кристаллизацию слитка. Далее печь разгерметизируют путем напуска в полость верхней крышки воздуха, а тигель механизмом выводят из рабочего пространства индуктора для завершения процесса кристаллизации и удаления тигля со слитком (см. патент РФ №1098369, F27B 14/04, 1995 г. - наиболее близкий аналог).
[12]В результате анализа конструкции известной печи необходимо отметить, что она недостаточно производительна, что обусловлено длительностью откачки воздушной среды из печи для достижения заданного вакуума в камере, и не позволяет получить отливки высокого качества в связи с недостаточно надежной герметизацией вакуумной камеры.
[13]Техническим результатом настоящего изобретения повышение производительности печи и качества выплавляемого металла.
[14]Указанный технический результат обеспечивается тем, что индукционная вакуумная печь для плавки металлов и сплавов, содержащая вакуумную камеру с индуктором, охватывающим вакуумную камеру, тигель для шихты, установленный соосно вакуумной камере, и систему вакуумирования камеры, состоящую из диффузионного и форвакуумного насосов, связанных гибкими шлангами, оснащена вертикально ориентированной рамой, на верхней части которой установлена вакуумная камера с индуктором, платформой, установленной на раме с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения посредством привода, обечайкой с уплотнительными элементами, установочным кольцом, при этом на платформе соосно вакуумной камере установлены герметично состыкованные друг с другом посредством вакуумного затвора диффузионный насос с впускным патрубком и обечайка, на верхней части которой закреплены установочное кольцо и тигель, причем обечайка выполнена с возможностью образования герметичного соединения с вакуумной камерой посредством кольца с уплотнительными элементами, а тигель - с возможностью размещения в средней части индуктора посредством установочного кольца, а корпус вакуумной камеры выполнен из плавленого кварца.
[15]В конструкции печи диффузионный насос установлен соосно с корпусом вакуумной камеры, что позволяет использовать диффузионный насос с диаметром впускного фланца, сопоставимым с диаметром вакуумной камеры. Это обеспечивает быстрое достижение заданного вакуума и дегазацию расплава, что соответственно позволяет повысить производительность процесса выплавки и качество металла.
[16]Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:
[17]- на фиг.1 - индукционная вакуумная печь (тигель в нижнем положении);
[18]- на фиг.2 - индукционная вакуумная печь (тигель в верхнем положении).
[19]Индукционная вакуумная печь содержит вертикально ориентированную раму 1, на верхней части которой смонтирован корпус 2 вакуумной камеры, охватываемый индуктором 3. Корпус вакуумной камеры установлен на кольце 4, закрепленном на раме 1, а сверху закрыт крышкой 5. Кольцо 4 и крышка 5 скомпонованы с корпусом посредством стяжек 6. Снизу кольца 4 имеются уплотнительные элементы (не показаны).
[20]На раме 1 имеются вертикальные направляющие (не показаны), на которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством привода установлена платформа 7. Привод 8 перемещения платформы может быть выполнен различным известным образом, например гидравлическим или пневматическим.
[21]На платформе 7 соосно вакуумной камере и друг другу установлены тигель 9, установочное кольцо 10, герметично состыкованные друг с другом обечайка 11, имеющая уплотнительные элементы (не показаны), вакуумный затвор 12, диффузионный насос 13, который связан гибкими шлангами с форвакуумным насосом 14. Насосы 13 и 14 входят в систему вакуумирования камеры.
[22]Корпус 2 выполнен из неэлектропроводного материала, в частности из плавленого кварца. Установочное кольцо 10 предназначено для размещения тигля 9 в средней части индуктора 3.
[23]Конструкция агрегатов печи является известной, она не составляет предмета патентной охраны и поэтому в настоящей заявке не раскрыта.
[24]Индукционная вакуумная печь работает следующим образом.
[25]В исходном (нижнем) положении тигель 9 загружают шихтовым материалом, затем включают привод 8, перемещающий платформу 7 вверх до тех пор, пока тигель 9 не окажется в корпусе 2 вакуумной камеры. В данном положении тигля уплотнительные элементы кольца 4 и обечайки 11 контактируют друг с другом, образуя герметичное соединение. Включают насосы 13 и 14 и производят вакуумирование полости камеры. Закрывают вакуумный затвор 12. Включают питание индуктора 3, начиная процесс плавки шихтового материала. При ведении процесса плавки периодически контролируют давление в вакуумной камере и, в случае наличия в ней газообразных компонентов, открывают вакуумный затвор 12 и производят их откачку из камеры, после чего затвор закрывают.
[26]После получения расплава известным образом уравнивают давление в вакуумной камере с атмосферным. Включают привод 8 в обратном направлении и опускают тигель 9 с расплавом в нижнее положение. Извлекают тигель и, например посредством манипулятора, разливают расплав по изложницам.
[27]Возможен разлив расплава через верх с использованием сифона посредством нагнетания инертного газа в вакуумную камеру и создания избыточного давления в ней.
[28]Экономический эффект от использования заявленного изобретения может быть посчитан из затрат по времени на откачку воздуха из печи. Технические характеристики диффузионного насоса ограничены диаметром трубопровода и его протяженностью, так, диаметр труб 80-100 мм, а диаметр впускного фланца насоса 280-300 мм. Сопоставление их площадей 
раза, так, для достижения содержания водорода в алюминиевом сплаве с 7% церия, равного 1,2 см3 на 100 г расплава, при откачке через трубопровод необходимо 30 минут, а через диффузионный насос, совмещенный с вакуумной камерой, - 4 минуты.
