Индукционные тигельные печи. Принцип действия и конструкция печи.

В этих печах выплавляют сплавы чёрных и цветных металлов и чистые Ме (чугун, сталь, бронза, латунь, медь, алюминий).

По частоте тока:

1) Печи промышленной частоты 50 Гц.

2) Средней частоты до 600 Гц. (до 2400 Гц также входят)

3) Высокой частоты до 18000 Гц.

Часто инд. печи работают в паре(дуплекс процесс). В первой печи расплавляют шихту, во второй доводят Ме до нужного хим. состава либо выдерживают Ме при нужной t-ре до момента разливки. Передача Ме-ла из печи в печь может производиться непрерывно по желобу при помощи крановых ковше либо ковшами на электрокаре. В индукционных печах изменяется состав шихты, вместо чушкового чугуна используют легковесные низкокачественные материалы (стружка, легковесный металлолом, отходы собственного производства, т.е. обрезь). Принцип действия тигельной печи состоит в том, что нагреваемый расплавляемый Ме помещают в пространство, которое пронизывается переменным магнитным потоком. Индуктор печи имеет форму катушки. Внутри катушки тигель из огнеупорного материала, который защищает индуктор от воздействия жидкого Ме-ла. По принципу действия печь подобна воздушному трансформатору. Первичной обмоткой является индуктор. Вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – Ме-л в тигле.

1 – индуктор 2 – расплав 3 – огнеупорный тигель В тигель загружается шихта, переменный эл. ток, проходящий по индуктору, создает магнитное поле, которое индуктирует в металлической садке электродвижущую силу, которой и вызывают индуктированные токи, которые и вызывают нагрев и расплавление Ме-ла. КПД печи зависит от электрического сопротивления Ме-ла и от частоты тока. Для высокого КПД необходимо, чтобы диаметр садки (d тигля) составлял не менее 3, 5-7 глубин проникновения тока в Ме-л. Ориентировочные соотношения между ёмкостью тигля и частотой тока для стали и чугуна.

Производительность печей как правило для чугуна и стали 30-40 т/час. При расходе эл.энергии 500-1000 кВт*ч/тонну. Для бронзы, меди 15-22 т/час, для алюминия 8-9 т/час. Чаще всего используют тигель цилиндрической формы. Магнитный поток, создаваемый индуктором, проходит по замкнутым линиям как внутри индуктора, так и снаружи. В зависимости от способа прохождения магнитного потока с внешней стороны различают: 1) открытую; 2) экранированную; 3) закрытую конструкции печи.

При открытой конструкции магнитный поток проходит по воздуху, поэтому конструктивные эл-ты (например каркас) выполняют неметаллическими или размещают на большом расстоянии от индуктора. При экранировании магнитный поток от стальных конструкций отделяется экраном из меди. При закрытой – магнитный поток проходит по радиально-расположенным пакетам трансформаторной стали – магнитопроводам. Печь включает сл. узлы: Индуктор, Футеровку, Каркас, Магнитопроводы, Крышку, Падину, Механизмы наклона. Индуктор кроме основного назначения выполняет также ф-ию эл-та, который воспринимает мех. и тепловую нагрузку со стороны тигля. Кроме того, охлаждение индуктора обеспечивает отвод теплоты, которая возникает из-за электрических потерь, поэтому индукторы выполняют либо в виде цилиндрической однослойной катушки, где все витки расположены в виде спирали с постоянным углом наклона, либо в виде катушки все витки которой уложены в горизонтальной плоскости, а переходы между ними в виде коротких наклонных участков. Для индуктора практически всегда используется водяное охлаждение. Каркас печи выполняют в виде прямоугольника, ребра которого выполнены из немагнитного материала, а грани закрыты аспоцементом (для печей малой ёмкости), либо в виде цилиндра из Ме-ла (для печей средней и большой ёмкости). В зависимости от марки Ме-ла и уровня t-р используют 3 вида футеровки:

1) Кислая (содержит > 90% SiO₂) выдерживает 80-100 плавок

2) Основная (до 85% MgO) выдерживает 40-50 плавок для малых печей и до 20 плавок для печей ёмкостью > 1 тонны

3) Нейтральная (на основе оксидов Al₂O₃ или CrO₂)

Стойкость выше чем у основной футеровки. Падина выполняется из шамотного кирпича для больших печей или аспоцемент для малых. Крышка вып. из конструкционной стали и футеруется изнутри. Достоинства тигельных печей: 1)Интенсивная циркуляция расплава в тигле; 2) Возможность создания атмосферы любого типа (окислительная, восстановительная, нейтральная) при любом давлении; 3) Высокая производительность; 4) Возможность полного слива Ме-ла из печи; 5) Простота обслуживания, возможность механизации и автоматизации. Недостатки: 1)Относительно низкая t-ра шлаков, наводимых на зеркало Ме-ла; 2) Сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких t-рах расплава и при наличии теплосмен.

52. ИНДУКЦИОННЫЕ КАНАЛЬНЫЕ ПЕЧИ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧИ.

Принцип действия состоит в том, что переменный магнитный поток пронизывает замкнутый контур, образованный жидким Ме-лом и возбуждает в этом контуре ток.

Контур жидкого Ме-ла окружен огнеупорным материалом, который запечен в стальной корпус. Пространство, которое заполняется жидким Ме-лом имеет форму изогнутого канала. Рабочее пространство печи (ванна) соединяется с каналом 2-мя отверстиями за счет чего и образуется замкнутый контур. Во время работы печи жидкий Ме-л движется в канале и местах соединения с ванной. Движение обусловлено перегревом Ме-ла (в канале выше на 50-100 º С чем в ванне), а также воздействием магнитного поля.

При сливе всего Ме-ла из печи происходит разрыв электрического контура, который создаётся жидким Ме-лом в канале. Поэтому в канальных печах производят частичный слив жидкого Ме-ла. Масса «болота» опр-ся исходя из того, чтобы масса столба жидкого Ме-ла над каналом превышала электродинамическую силу, выталкивающую Ме-л из канала.

Канальные печи используют в качестве миксера раздаточных и плавильных печей. Миксер предназначен для накопления определенной массы Ме-ла и выдержке Ме-ла при определенной t-ре. Ёмкость миксера принимают равной не менее двукратной часовой производительности плавильной печи. раздаточные печи используют для заливки жидкого Ме-ла непосредственно в формы.

По сравнению с тигельными печами канальные имеют более низкие капиталовложения (50-70% от тигельной), низкий удельный расход электроэнергии (более высокий КПД).

Недостаток:

Отсутствие гибкости регулирования хим.состава.

К основным узлам относят:

· Каркас печи

· Футеровку

· Индуктор

· Мех-зм наклона

· Электрооборудование

·Система водяного охлаждения

Расчет производится по аналогии с тигельной печью, но обязательно учитывается «болото». Материальный баланс производят на полезную ёмкость печи, т.е. на кол-во Ме-ла, которое сливается. В тепловом балансе расчет ведется также на полезную ёмкость за исключением потерь в окружающую среду (расчет на полную ёмкость).