ОПИСАНИЕ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промышленности для плавки черных и цветных металлов, как на воздухе, так и в вакууме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются такие печи емкостью от десятков грамм до десятков тонн. Тигельные индукционные печи применяют главным образом для плавки высококачественных сталей и других специальных сплавов, требующих особой чистоты, однородности и точности химического состава, что недостижимо при плавке в пламенных и дуговых печах. В настоящее время тигельные индукционные печи повышенной и промышленной частоты широко применяют за рубежом для плавки обычных тяжелых и легких цветных металлов и их сплавов в производствах с периодическим режимом работы и широким ассортиментом выплавляемых сплавов, а также для плавки сильно загрязненной шихты с большим содержанием стружки или сплавов, требующих модифицирования, поскольку в канальных печах наличие каналов затрудняет перевод печей с плавки одного сплава на другой, и в то же время флюсы и модифицирующие соли, а также грязная мелкая шихта способствуют зарастанию каналов.

В основе работы тигельной печи лежит трансформаторный принцип передачи энергии индукцией от первичной цепи ко вторичной. Подводимая к первичной цепи электрическая энергия переменного тока превращается в электромагнитную, которая во вторичной цепи переходит снова в электрическую, а затем в тепловую. Индукционные тигельные печи также называют индукционными печами без сердечника. Печь представляет собой

плавильный тигель, как правило, цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. В тигельной печи первичной обмоткой

служит индуктор, обтекаемый переменным током, а вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – сам расплавляемый металл, загруженный в тигель и помещенный внутрь индуктора. Внутреннее пространство тигля заполняется расплавленным металлом. Тигель защищает индуктор от воздействия жидкого металла. При протекании электрического тока по индуктору энергия из сети расходуется на создание магнитного поля. Часть энергии поля затрачивается на нагрев металлических тел, находящихся в том поле, а остальная часть возвращается обратно в электрическую сеть. С точки зрения рационального использования электрической сети целесообразно потреблять из сети столько энергии, сколько её необходимо для осуществления нагрева. Однако работа индукционной печи невозможна без создания магнитного поля, поэтому количество энергии, подводимой к индуктору, всегда больше количества энергии, расходуемой на нагрев.

Принято количество энергии, взятой из электрической сети, называть полной мощностью S, часть энергии, израсходованной на нагрев,- активной мощностью P, а часть энергии, возвращаемой в сеть – реактивной (индуктивной) мощностью Q. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А). Реактивную мощность измеряют в вольт-амперах реактивных или киловольт-амперах реактивных.

Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношением .

Магнитный поток в тигельной печи проходит в той или иной степени по самой шихте. Поэтому для работы печи без сердечника имеют большое значение магнитные свойства, а также размеры и форма кусков шихты. Мощность, а, следовательно, и тепло, выделяемое вихревыми токами, которые наводятся и циркулируют в садке, зависят от частоты переменного магнитного поля. При промышленной частоте Гц концентрация энергии, выделяемой вихревыми токами, незначительна и не превышает несколько ватт на 1 см поверхности. Поэтому для эффективной работы печи без сердечника приходится питать их токами повышенной, а в отдельных случаях и высокой частоты, что достигается установкой специальных генераторов частоты.

Тигельные индукционные печи, хотя и отличаются более низкими КПД и, а также представляют собой более дорогое и сложное электротехническое устройство по сравнению с индукционными канальными печами, все же в указанных случаях более приемлемы и удобны в эксплуатации.

Достоинства тигельных плавильных печей:

• Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов.

• Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов и гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу.

• Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной) при любом давлении (вакуумные или компрессионные печи).

• Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности (особенно на средних частотах).

• Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создает условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулированного футеровкой.

Необходимо отметить следующие недостатки тигельных печей:

- Относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Относительно холодные шлаки затрудняют протекание реакций между металлом и шлаком и, следовательно, затрудняют процессы рафинирования. Шлак в ИТП, индифферентный к электрическому току, нагревается только от расплавляемого металла, поэтому его температура всегда ниже.

- Сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких рабочих температурах расплава и при наличии теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).

- Высокая стоимость электрооборудования, особенно при частотах выше 50 Гц.

- Более низкий КПД всей установки вследствие необходимости иметь в установке источник получения высокой или повышенной частоты, а также конденсаторов, а также при плавке материалов с малым удельным сопротивлением.

Сочетанием таких качеств (высокая стоимость электрооборудования и низкий КПД) определяется область применения индукционных тигельных печей: плавка легированных сталей и синтетического чугуна, цветных тяжелых и легких сплавов, редких и благородных металлов. Поскольку область применения этих печей ограничивается не техническими, а экономическими факторами, по мере увеличения производства электроэнергии она непрерывно расширяется, захватывая все более дешевые металлы и сплавы. Тигельные печи все чаще стали использовать в комплексе с другими плавильными агрегатами (вагранками, дуговыми печами). В этих случаях металл, предварительно расплавленный в указанных печах, поступает в индукционную электропечь для рафинирования и доведения до заданного химического состава.

2 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Индуктор

Индуктор выполняется из профилированной водоохлаждаемой медной трубки прямоугольного сечения. Толщина стенки трубки выбирается в соответствии с частотой тока. Исходя из необходимости обеспечения минимальных потерь энергии в трубе, толщина её стенки должна быть на 30% больше глубины проникновения тока. На частоте 50 Гц нередко применяется неравностенная трубка, одна из стенок которой утолщена до 10 - 13 мм. Утолщенная стенка располагается со стороны тигля. Вода, охлаждающая индуктор, должна отводить не только тепло, выделяющееся в нем за счет электрических потерь, но и тепловые потери через боковую поверхность тигля. Нередко систему охлаждения индуктора приходится выполнять в виде нескольких параллельных ветвей, чтобы обеспечить требуемый расход охлаждающей воды. Для подвода и отвода воды и электроэнергии индуктор имеет припаянные штуцера. Между витками индуктора устанавливают электроизоляционные прокладки. Индуктор покрывают слоем эпоксидной смолы, чем обеспечивается надёжная электрическая изоляция одного витка от другого. Наружная часть – оклеена листовым асбестом. В печах промышленной частоты верхний уровень индуктора устанавливают ниже уровня металла, вследствие чего уменьшается мениск на поверхности ванны и исключается выброс металла из тигля из-за электродинамической циркуляции.

Корпус печи

Корпус печи, соединяющий в единое целое все ее узлы, состоит из неподвижной и наклоняющейся частей. На неподвижной части, называемой станиной или опорной рамой, крепятся подшипники механизма наклона

печи. Наклоняющаяся часть корпуса может иметь различное конструктивное решение: в виде каркаса (поворотной рамы) или в виде кожуха.

Крышка

Печи большой и средней емкости для уменьшения тепловых потерь на излучение оборудуются крышками из немагнитной стали, футерованными огнеупором и теплоизоляцией. Открывание крышки при небольшой ее массе производится с помощью ручного привода, а при значительной массе крышка снабжается механизмом с электро- или гидроприводом.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: