Конструкція і методика розрахунку індукційних вакуумних печей

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

Завдання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3

  1. Вакуумні печі ................................................ ................ 4

1.1 Загальна характеристика ............................................... ............. 4

1.2 Особливості теплової роботи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5

2 Індукційні печі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .6

2.1 Індукційні плавильні печі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 6

2.2 Печі без залізного сердечника ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 6

2.3 Печі із залізним сердечником ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 10

3 Установки для плавки в підвішеному стану ... ... .... ... ... .. 17

3.1 Загальна характеристика ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 17

3.2 Особливості теплової роботи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .17

Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19

Список використаних джерел ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20

1 Вакуумні печі

1.1 Загальна характеристика

Компактність електромагнітної системи «індуктор-метал», характерна для індукційних тигельних печей, зумовила розвиток на їх основі різноманітних конструкцій індукційних вакуумних плавильних (рисунок 1) та нагрівальних печей, що розрізняються розташуванням індуктора поза (рисунок 1, а) або усередині (рисунок 1, б -г) вакуумної камери. Злив металу з тигля плавильних печей може бути через донний отвір, шляхом нахилу корпусу печі малих розмірів (рисунок 1, б) або тигля всередині вакуумної камери великих габаритів (малюнок 1, в і г) у виливниці або ливарні форми. Нагрівальні печі періодичної дії залежно від способу завантаження виробів можуть бути камерні, шахтні, елеваторні; можливе створення печей безперервної дії. Плавильні печі, що працюють без порушення вакууму протягом всієї кампанії тигля, називають печами напівбезперервного дії. Такі печі - найбільш складні агрегати (рисунок 1, г), що мають крім основної (плавильної) вакуумної камери з індукційної піччю ряд допоміжних шлюзових камер для завантаження шихти, розливання, подачі виливниць або ливарних форм, дозатори для присадок, пристрій для відбору проб і вимірювання температури рідкого металу по ходу плавки та інше технологічне обладнання.

Кожух вакуумної камери виготовляють з немагнітної сталі. За вимогам вакуумної гігієни внутрішню поверхню кожуха добре обробляють (в деяких випадках - полірують). При розташуванні індуктора поза вакуумної камери кожух представляє собою кварцову трубу (рисунок 1, а).

Індукційні вакуумні печі працюють в умовах середнього вакууму із залишковим тиском 0,01-0,1 Па при нагріванні і 0,1 - 1 Па при плавці.

Індукційні вакуумні печі застосовують для плавки чорних і кольорових металів та їх сплавів із чистих твердих шихтових матеріалів на частоті 1 - 2,5 кГц (місткість до 10-15 т), рафінування напівпродукту на промисловій частоті (місткість до 60 т), переплаву чистих металів для фасонного лиття (місткістю до 450 кг). Хімічно активні та особливо чисті матеріали отримують в індукційних печах вакуумних з так званим холодним тиглем, що представляє собою мідний водоохолоджуваний тигель з поздовжніми розрізами, через які електромагнітні хвилі проходять до розплавляється матеріалу, не поглинаючись в електропровідному тиглі.

1.2 Особливості теплової роботи

У вакуумних індукційних печах основні принципи теплогенерації, розглянуті для індукційних тигельних печей, зберігаються. Проте конструктивні особливості електромагнітної системи «індуктор-метал», пов'язані з можливим розташуванням індуктора поза вакуумної камери (рисунок 1, а), наявністю металевого кожуха навколо індуктора (рисунок 1, б-р) та інші, знижують коефіцієнт використання електричної енергії через збільшення магнітного потоку розсіювання та реактивної потужності, не бере участь в теплогенерації.

2 Індукційні печі

2.1 Індукційні плавильні печі

Плавка чорних металів в індукційних печах має ряд переваг перед плавкою в дугових печах, оскільки виключається таке джерело забруднення, як електроди. В індукційних печах тепло виділяється всередині металу, а розплав інтенсивно перемішується за рахунок виникаючих у ньому електродинамічних зусиль. Тому у всій масі розплаву підтримується необхідна температура при найменшому угарі в порівнянні з усіма іншими типами електричних плавильних печей. Індукційні плавильні печі легше виконати у вакуумному варіанті, ніж дугові.

Однак найважливіше гідність індукційних печей, обумовлене генерацією тепла всередині розплавленого металу, стає недоліком при використанні їх для рафинирующей плавки. Шлаки, що мають дуже малу електропровідність, нагріваються в індукційних печах від металу і виходять з порівняно низькою температурою, що утрудняє проведення процесів рафінування металу. Це обумовлює використання індукційних плавильних печей переважно в ливарних цехах. Крім того, висока вартість високочастотних живлять перетворювачів стримує застосування високочастотних плавильних печей.

Конструкція і схема харчування індукційної печі істотно залежать від наявності або відсутності залізного сердечника. Тому індукційні печі розглядаються далі згідно з цим ознакою.

2.2 Печі без залізного сердечника

У індукційної плавильної печі без залізного сердечника (рисунок 2) головною частиною є індуктор, що виконується зазвичай з мідної трубки і охолоджуваний протікає по ній водою. Витки індуктора розташовують в один ряд. Мідна трубка може бути круглого, овального або прямокутного перерізу. Зазор між витками становить 2-4 мм. Число витків індуктора залежить від напруги, частоти струму і ємності печі. Витки закріплюють на ізоляційних стійках, за допомогою яких індуктор встановлюють в каркасі печі. Каркас печі повинен забезпечувати достатню жорсткість конструкції; щоб не нагрівалися валися його металеві частини, вони не повинні утворювати електрично замкнутого контуру навколо індуктора.

Для випуску металу з печі передбачається можливість нахилу печі, що здійснюється за допомогою тельфера на малих печах або за допомогою гідравлічних циліндрів на великих.

Футеровка (тигель) індукційної печі працює в дуже важких умовах, так як інтенсивний рух металу і великі швидкості зміни температури викликають її розмивання і руйнування, тому, чим товще стінки тигля, тим більше термін його служби. Стінки тигля повинні бути, можливо, більш тонкими, щоб забезпечити хорошу електромагнітний зв'язок між індуктором і металом.

Тигель виготовляють зазвичай набивним із застосуванням металевого шаблону. Після набивання тигель піддають випаленню і спікання безпосередньо в печі, шаблон при цьому розплавляється. Можливо виготовлення футеровки поза печі формуванням під тиском у спеціальних розбірних прес-формах з подальшою установкою тигля на місце. Іноді на великих печах футеровку тигля викладають з готових фасонних вогнетривів. У великих печах тигель спирається на подовий підстилку, викладену з вогнетривких цеглин на товстому сталевому листі, що утворює днище каркаса разом з необхідними поперечними балками.

Футеровку виконують кислої або основної. Основою набивальної маси для кислої футеровки служить кварцит з високим (не менше 95%) вмістом кремнезему. В якості сполучною добавки використовують сульфітно-целюлозний екстракт і борну кислоту (1,0-2,0%). Набивальна маса для основної футерівки складається з меленого обпаленої або плавленого магнезиту зі сполучною добавкою (патока або водний розчин скла і вогнетривка глина) у кількості 3%. Стійкість кислої футеровки становить 100-150 плавок для сталі і 200-250 для чавуну, а основний футеровки 30-80 плавок для сталі і 150 плавок для чавуну.

Оскільки надмірний знос футеровки може призвести до «проїдання» стінок або дна тигля розплавленим металом, що є дуже серйозною аварією, то на індукційних печах обов'язково передбачається установка датчиків (для виміру активного опору футеровки), що сигналізують про появу в ній небезпечних тріщин на початку просочування рідкого металу.

На середніх і великих індукційних плавильних печах тигель закривається кришкою (зведенням), що виконується зазвичай набивний з того ж вогнетривкого матеріалу, що і тигель. Для підйому та відводу кришки в бік застосовують прості важільні механізми або гідравлічні циліндри.

ВНІІЕТО розроблені індукційні печі без сердечника серії ІСТ для плавки сталі, що працюють на струмі підвищеної частоти. Ємність печей, що працюють на струмі частотою 2400 Гц (забезпечуваною машинними генераторами), становить 60, 160, 250 і 400 кг при споживаній потужності відповідно 50, 100, 250 і 237 кВт. Піч ємністю 1 т, що живиться струмом частотою 1000 Гц, споживає потужність 470 кВт. Великі печі ємністю 2,5; 6 і 10 т споживають потужність відповідно 1500, 1977 і 2730 кВт і харчуються струмом частотою 500 Гц або від машинних генераторів, або від напівпровідникових (тиристорних) перетворювачів. Тривалість плавки в печах серії ІСТ., Коливається від 50 хв (піч місткістю 60 кг) до 2 год (піч ємністю 10 т).

Таким чином, діапазон продуктивностей всієї цієї серії печей вельми широкий: від 70 кг / год до 5 т / г. Питома витрата електроенергії на розплавлення твердої завалки складає в середньому 3600 кДж / кг (1,00 квт-ч/кг) для малих печей і знижується до 2300 кДж / кг (0,64 квт-ч/кг) для великих печей.

Для плавки чавуну спеціально розроблені великі індукційні печі без сердечника серії ІЧТ, що працюють на струмі промислової частоти (50 Гц). Піч ІЧТ-2, 5 має ємність 2,5 т при споживаній потужності 718 кВт і продуктивності 11 т / год; піч ІЧТ-6 має ємність 6 т при споживаній потужності 1238 кВт і продуктивності 2,1 т / ч. Питома витрата електроенергії складає в обох печах 2160 кДж / кг (0,6 квт-ч/кг).

У схеми живлення всіх цих печей включені конденсаторні батареї з метою підвищення cos φ. Відсутність дорогих перетворювачів значно знижує вартість печей, що працюють на струмі промислової частоти.

Втрати тепла за плавку складають на індукційних печах такого типу приблизно 20-25%, а втрати в струмопроводах, конденсаторних батареях і перетворювачах частоти досягають 30%. Тому загальний к. п. д. індукційних плавильних установок (особливо печей невеликої ємності), що працюють на струмі високої частоти, невисокий і складає приблизно 0,4, зростаючи із збільшенням ємності печей до 0,6. Показники роботи великих індукційних печей, що працюють на струмі промислової частоти, вище і їх загальний к. п. д. досягає 0,8.

Поліпшення показників роботи індукційних плавильних установок досягається правильною підготовкою шихти і її раціональної завантаженням, зниженням втрат тепла з печі та зменшенням часу простоїв на ремонт футеровки, а також максимально можливим використанням потужності перетворювача частоти. Для цієї мети зазвичай використовують один загальний перетворювач для живлення двох печей.

Порівняльна легкість герметизації індукційних печей зумовила їх широке застосування для вакуумного плавки якісних сталей і жароміцних сплавів. Принципово вакуумна індукційна піч (ВІП) не відрізняється від відкритої. Вона поміщається в герметичний кожух з патрубком, через який здійснюється відкачка камери. Розливку проводять також у вакуумі нахилом тигля всередині нерухомої камери або нахилом всієї камери разом з тиглем і изложницей. Виливницю в цьому випадку підвішують всередині вакуумної камери на цапфах, і вона зберігає при повороті вертикальне положення. У кожусі ВІП індуктором неминуче наводяться струми, що підвищують електричні втрати печі, тому для його виготовлення слід використовувати немагнітних сталь.

Складним завданням при індукційній плавці у вакуумі є також надійна ізоляція витків індуктора, так як у вакуумі зростає небезпека міжвиткових пробоїв. Футеровку ВІП виконують тими ж способами, що і футеровку відкритих печей, але, враховуючи особливості виплавлюваних сплавів, для цієї мети використовують чисті матеріали (корунд, плавлений магнезит, діоксид цирконію). Розроблено серію індукційних сталеплавильних вакуумних печей (ІСВ) ємністю 0,16; 0,6; 1,0 і 2,5 і потужністю відповідно 200, 500, 1000 і 1500 кВт. Печі працюють на струмі підвищеної частоти 1000 Гц (за винятком печі ІСВ-0, 16, що працює на струмі з частотою 2400 Гц). Питома витрата електроенергії складає за цикл у середньому 9.600 кДж / кг (2,5 квт-ч/кг), тобто дуже високий за рахунок великої витрати електроенергії вакуумною системою.

На (малюнку 3) показана серійна піч типу ІСВ-1 ,0-НІ, призначена для плавки високоякісних сталей і жароміцних сплавів з відливанням злитку у вакуумі. Робочий тиск у печі 0,13 Па. Завантаження шихти проводиться через шлюзову завантажувальну камеру, в якій міститься завантажувальна кошик з шихтою, а введення необхідних легуючих добавок здійснюється за допомогою дозатора. У верхній частині камери передбачена установка пірометра для вимірювання температури металу, а також гляделок для спостереження за операціями, проведеними в камері. Після завершення плавки піч нахиляють і розливають метал у виливниці, що знаходяться на візках всередині вакуумної камери. Візки мають привід і можуть переміщатися в камері. Виливниці витягають з камери після затвердіння в них металу.

2.3 Печі із залізним сердечником

Плавильна індукційна піч із залізним сердечником (малюнок 4) складається з футерованной робочої ємності шахтного чи барабанного типу, де зосереджена основна маса металу, залізного сердечника (магнітопроводу) з індуктором і вузького каналу, заповненого металом. Якщо розглядати цю піч як трансформатор з первинною обмоткою-індуктором, то канал грає роль одновитковою вторинної обмотки. Тепловиділення відбувається в металі, що знаходиться в каналі. Розплавлений метал, внаслідок різниці щільностей, а також виникають у ньому електродинамічних зусиль циркулює між каналом і шахтою печі, віддаючи тепло знаходиться в ній металу. Чад металу дуже малий, тому що нагрівання до високої температури відбувається в каналі, ізольованому від навколишнього середовища.

Футеровка каналу (подовий камінь) працює в дуже важких умовах, оскільки інтенсивний рух перегрітої до високої температури металу призводить до її руйнування. Футеровку подового каменю виконують звичайно набивний по металевому шаблоном з подальшим випаленням і спіканням безпосередньо в печі; металевий шаблон при цьому розплавляється. Для набивання використовують масу на кварцитової, магнезитової і корундової засадах з застосуванням в якості сполучних добавок вогнетривкої глини, меленого скла, борної кислоти і бури. Стійкість футерівки подового каменю при плавці кольорових металів і сплавів становить кілька тисяч плавок. При плавці чавуну, що має температуру розливання 1400-1450 ° С, стійкість футеровки подового каменя зазвичай не перевищує 500 плавок.

Індуктор має звичайно примусове повітряне охолодження, здійснюване за допомогою вентилятора, іноді витки індуктора виготовляють з трубки і охолоджують водою.

Харчування плавильних печей із залізним наконечником проводиться струмом промислової частоти з напругою 220-1000 В через автотрансформатори, що дозволяють регулювати подводимую до печі потужність. Для підвищення з os φ у схему живлення включають конденсатори.

В індукційних печах із залізним сердечником необхідно при зливі розплавленого металу частина його (20 - 30% маси розплаву) залишати в печі з тим, щоб канал був заповнений рідким металом, тобто щоб була замкнута вторинна обмотка. Цей залишок називають «болото» і завантаження твердої шихти ведуть порціями на поверхню розплаву; поступово весь метал, завантажений у робочу ємність, розплавляється. Інакше нагріти шихту до плавлення неможливо. Ця обставина дуже ускладнює перехід з плавки одного сплаву на інший. Індукційні плавильні печі з сердечником мають на 20-30% вищий к. п. д., ніж індукційні тигельні, вони значно дешевше і займають меншу площу. Однак низька стійкість футеровки каналу при високих температурах також обмежує область застосування подібних печей, які використовуються в основному для плавки кольорових металів сплавів і чавуну і як міксерів для чавуну, виплавленого в вагранках.

Розроблено ряд серійних індукційних печей - міксерів із залізним сердечником і каналом типу ІЧКМ, призначених для витримки ливарних чавунів, з ємністю 2,5-100 т, потужністю 400-2000 кВт, розрахунковою продуктивністю 6-50 т / год

Питома витрата електроенергії невеликий і становить в середньому при витримці чавуну в таких індукційних міксерах 240-140 кДж / кг.

Індукційний нагрів металу для різних цілей, починаючи з нагріву перед обробкою тиском і закінчуючи термічною обробкою сортового прокату і виливків є дуже перспективним. Виділення тепла всередині самого нагрівається металу дозволяє забезпечити дуже високі швидкості нагріву при мінімальному освіту шару рейдів на поверхні, без виникнення значної різниці температур по перетину і, отже, без термічних напруг. Можливість нагріву поверхневого шару металу створює передумови для поверхневої термічної обробки, яка важко здійсненна при інших способах нагріву.

У промисловій практиці індукційні установки отримали широке поширення в ковальському виробництві для нагріву заготовок круглого або квадратного перетину діаметром (або стороною квадрата) від 15 до 150 мм до температури 1200 ° С. Випускається серія ковальських індукційних нагрівачів типу ІН, що працюють на струмі підвищеної частоти. Схема робочого модуля, з яких збираються ці установки, показана на (малюнку 5), (без пристроїв для переміщення заготовок і роликів, що встановлюються між індукторами для забезпечення транспортування металу через нагрівач). Заготівлі проходять через індуктори, які представляють собою соленоїди.

Перетин соленоїдів в залежності від перерізу нагріваються заготовок, кругле або прямокутне. Соленоїди виконуються водоохолоджуваними з мідної трубки. Поверхня трубок захищається надійної електричною ізоляцією, і соленоїди заливаються в блоки з вогнетривкого бетону. Усередині соленоїдів встановлюються водоохолоджувальні направляють з немагнітної стали для переміщення заготовок за допомогою штовхача. Нагрівальні установки типу ІН збираються у секції з стандартних модулів, кожен з яких має довжину індуктора 500 мм. Поєднуючи секції в групи послідовно і паралельно, отримують необхідну продуктивність і потужність нагрівальної установки. Продуктивність установок типу ІН становить від 450 (1 модуль) до 10 000 кг / год (20 модулів). При нагріванні прутків діаметром 70-150 мм індуктори харчуються струмом з частотою 1 кГц, діаметром 35-120 мм 2,4 кГц, діаметром 25-90 мм 4 кГц, діаметром 15-50 мм 10 кГц. Потужність одного модуля становить 250 кВт.

Для підігріву трубних заготовок в станах теплої прокатки застосовуються індукційні нагрівальні установки типу ОКБ-958, що працюють на струмі з частотою 8 кГц. У цих установках труби діаметром від 32 до 108 мм з товщиною стінок від 1,5 до 12 мм нагріваються до 400 С. ° У залежності від діаметра труб продуктивність складає 160 до 1200 кг / ч.

Для нагрівання сталевих злитків діаметром від 130 до 360 мм і довжиною 420-700 мм перед ковкою (до температури 1250 ° С) призначені установки серії ІнМ потужністю 1000-1300 кВт з продуктивністю 3-3,2 т.

Ці установки живляться струмом промислової частоти. Злитки перемішається через три послідовно встановлених індуктора за допомогою штовхача. Між індукторами передбачені проміжні рольганги з додатковими штовхачами.

Є досвід успішної експлуатації установки індукційного нагріву слябів товщиною 300 мм перед їх прокаткою на штріпсових стані одного із зарубіжних заводів.

Нагрівання здійснюється у трьох послідовно розташованих індукційних камерах. Перша камера призначена для передачі сляби максимальної кількості, тепла в найкоротший час і має найбільшу потужність.

У другій камері також відбувається нагрів сляба, але вона дозволяє одночасно витримувати його для отримання рівномірного прогріву по перетину і її потужність в два рази менше. Третя індукційна камера, потужність якої ще в два рази менше, призначена для витримки металу.

У кожній з індукційних камер використовується прямокутна індукційна котушка, навколишнє встановлений на вузьку межу сляб (малюнок 6). Передача сляба з однієї камери в іншу здійснюється за допомогою візків і індивідуальних підйомних механізмів, що вводять сляби через відкриту нижню частину в кожну з нагрівальних камер. Надійний контроль температури в камері індукційної досягнуто за допомогою забирається контактної термопари.

Установка індукційного нагріву розрахована на завантаження холодних, теплих і гарячих слябів. Теплі сляби надходять у нагрівальні камери з температурою 200 - 500 ° С, гарячі - з температурою 500-700 ° С. Перед завантаженням слябів у індукційні камери перевіряють якість їх поверхні і довжину. Сляби піднімають потім на візки і завантажують на підйомний під, укладаючи їх на ребро. Видача слябів прокатки для здійснюється з камери витримки. Весь комплекс операцій від взяття з штабелів слябів, що надходять з машини безперервного лиття, і до видачі їх з установки на рольганг прокатного стану автоматизований і знаходиться під контролем одного оператора. Харчування всіх камер індукційного нагрівання здійснюється струмом промислової частоти через автотрансформатора. У схемі харчування передбачені конденсаторні батареї для корекції cos φ, який дорівнює 0,85.

Установка такого типу для індукційного нагріву слябів, що складається з шести паралельних ліній (у кожній лінії по три камери), забезпечує продуктивність до 600 т / ч. При кількості гарячих слябів 20 ° / о, теплих 60% і холодних 20%, середня питома витрата електроенергії складає 1050 кДж / кг (0,29 квт-ч/кг), а втрати металу з окалиною не вище 0,5-0, 8% за практичної відсутності зневуглецювання поверхні. Ці дані дозволяють вважати індукційний нагрів слябів цілком конкурентоспроможним по відношенню до нагрівання в паливних печах, особливо в тих районах, де доступна дешева електроенергія і коли пред'являють підвищені вимоги до якості нагріву і втрати металу з окалиною жорстко регламентують.

Представляє безперечний інтерес і комбінований нагрівання порівняно тонких заготовок товщиною 70 - 100 мм, особливо з легованих сталей, для яких неприпустимо освіта окалини на поверхні. У цьому випадку нагрів до температур, при яких поверхню стали ще не взаємодіє активно з розпеченими продуктами згоряння (до 700-750 ° С), здійснюється у звичайних паливних методичних печах, а остаточний нагрів до температури прокатки (1250-1300 ° С), коли поверхню сталі, піддається інтенсивному окислювання зневуглецювання, проводиться в індукційних нагрівачах. Час досягнення цієї температури менше однієї хвилини. Така технологія нагріву дозволяє різко знизити окалинообразованием, і поверхневе обезуглероживание сталі, і забезпечує високий ступінь гнучкості роботи всієї системи. У разі зниження темпу роботи стану холодні заготівлі пропускають тільки через індукційні нагрівальні установки. У цьому випадку час їх нагрівання становить близько двох хвилин.

Індукційні нагрівачі, використовувані в цій установці представляють собою прості соленоїди, крізь які (по осі) переміщають нагріваються заготовки. Соленоїди виконуються з мідної трубки і охолоджуються протікає по ній водою. Харчування індукторів здійснюється струмом частотою 3000 Гц від машинного генератора. Для зменшення теплових втрат від нагріваються заготовок у навколишнє середовище передбачається футеровка індукторів вогнетривкими матеріалами.

Індукційний нагрів в прокатному виробництві знаходить також застосування для проміжного підігріву на сортових многоклетьевих станах, де температура заготовки сильно знижується в процесі прокатки. Так, при початковому перерізі заготовки 120X120 мм і кінцевому 36X36 мм установка між клітями стану індукційної нагрівальної секції довжиною 3 м і індукційної томильной секції довжиною 2 м дозволяє підвищити в процесі прокатки температуру заготовки на 150-200 ° С. Для цієї мети потрібно потужність індукційної установки близько 600 кВт при частоті струму живлення 3000 Гц. Подавана потужність залежить від продуктивності стану. Включення індукційної установки проводиться автоматично по сигналу від фотоелемента, встановленого, після 1-ї кліті стану. Конструкція індукторів аналогічна описаній вище.

Індукційний нагрів отримав дуже широке розповсюдження для термічної обробки різних деталей прокату, зокрема, для поверхневого гартування, для якої він виключно зручний і ефективний. Так, при виробництві рейок здійснюють поверхневу загартування їх головок. Завдяки харчуванню індуктора струмом підвищеної частоти виникає поверхневий ефект і щільність струму лежить на поверхні металу виявляється вище, ніж у середині. У результаті нагрівання головки рейки відбувається нерівномірно, і значна частина потужності виділяється в поверхневому шарі металу.

Для безперервно-послідовної гарту головок рейок застосовують плоский індуктор, що виготовляється з мідної трубки прямокутного перерізу і представляє собою плоску обмотку (малюнок 7). Водоохолоджуваний індуктор, до якого підводиться струм високої частоти від генератора, рівномірно переміщують вздовж рейки за допомогою електромеханічного приводу. Прискорене охолодження нагрітого ділянки поверхні закаливающего рейки здійснюється окропленням його водою, яка подається через спеціальні отвори в ребрах індуктора. Таке термообробка рейок дозволяє різко підвищити їх якість та збільшити термін служби.

3 Установки для плавки в підвішеному стану

3.1 Загальна характеристика

Як вже зазначалося раніше, електромагнітні хвилі, створювані індуктором, крім теплогенерації створюють в провідному середовищі електромагнітні сили, що стискають і перемішують рідкий метал. При достатній напруженості магнітного поля сили електродинамічного тиску можуть урівноважити силу тяжіння даного обсягу металу, що дозволяє плавити й утримувати метал в підвішеному стані. Такий спосіб плавки дозволяє виключити взаємодію розплавляється метал з футерівкою, отримувати будь-яку задану температуру рідкого металу, перемішувати це обсяг рідкого металу, плавно спускати його всередині індуктора і регулювати випуск металу в виливницю або кристалізувати його в підвішеному стані.

Можливі конструкції індуктора, форма рідкого металу і конфігурація магнітного поля представлені на (малюнку 8).

У такому індукторі стійкість зваженого стану рідкого металу забезпечується в межах обсягу 1,5-3,4 дм3.

3.2 Особливості теплової роботи

Технологічне застосування установок для плавки в підвішеному стані при фізико-хімічних дослідженнях металів часто пов'язане з досягненням заданої температури усталеною Туст: при расплавлении Туст> Тпл, при кристалізації металу в підвішеному стані Туст <Тпл. Будь-яке значення Туст відповідає тепловому рівновазі металу, коли енергія теплогенерації в результаті індукційного нагріву повністю витрачається на випаровування металу і на теплові втрати випромінюванням (у вакуумі) або конвекцією (в інертних газах). Однак параметри електромагнітного поля, необхідні для утримання металу в підвішеному стані, можуть створювати теплогенерацію, яка не відповідає тепловому рівновазі. Зокрема, в діапазоні частот 70-440 кГц електромагнітне поле, що утримує краплю, створює теплогенерацію для металів:

1) Al, Cu, Ni, Co, Fe зайву, тобто Туст> Тпл і кристалізацію неможливо здійснити без інтенсифікації теплоот-вода. Метали Fe, Ni, Co при утримує частоті 70 кГц кристалізують при обдувке краплі гелієм. У деяких випадках теплогенерацію послаблюють зменшенням маси (обсягу) краплі, якщо це не знижує стабільності зваженого стану;

2). Ti, Zr, Nb, Mo достатню і її можна регулювати зміною частоти поля. Метали Ti і Zr плавлять і кристалізують у вакуумі при частоті 70 кГц, Nb і Мо - при частоті 440 кГц,

3). Та і W недостатню, тобто Густ <Тпл і для плавлення необхідні додаткові джерела теплогенерації (у вакуумі електронний промінь або світловий промінь оптичного квантового генератора, в інертних газах - плазмовий струмінь плазматрона непрямої дії).

Загальний к. п. д. індукційних установок для плавки в підвішеному стані становить 0,015-0,02.

Висновок

Техніко-економічні показники

Індукційні вакуумні печі в порівнянні з відкритими тигельними печами мають більш низькі значення к. п. д. η е. і η т. Загальний к. п. д. η 0 становить 0,2-0,4, а в печах з «холодним» тиглем 0,05-0,15, що викликає підвищений питома витрата електроенергії. Наприклад, при виплавці сталі в печах типу ІСВ Wy ≈ 2 ÷ 3 кВт ∙ год / кг.

Будівництво індукційних печей вакуумних пов'язано з великими додатковими капітальними витратами, що в поєднанні з високими витратами з переділу робить вакуумну індукційну плавку досить дорогим, доцільною тільки для отримання металів і сплавів особливо високої якості.

Список використаних джерел

1 Крівандін В.А. Металургійна теплотехніка - 2 том / В.А. Крівандін; професор, доктор техн. наук. - Москва: Металургія, 1986 р. - 590 с.

2 Крівандін В.А. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей - 1 том / Ю. П. Філімонов, В.А. Крівандін; професор, доктор техн. наук. - Москва: Металургія, 1986 р. - 477 с.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
68.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Конструкція і методика розр та індукційних вакуумних печей
Конструкція методика розрахунку мартенівських печей чорної металургії
Конструкція і методика розрахунку шахтних печей кольорової металургії
Конструкція методика розрахунку нагрівальних та термічних печей для сортового прокату
Конструкція методика розр та штовхальних методичних печей
Конструкція і методика розр та шахтних печей кольорової металургії
Конструкція методика розр та мартенівських печей чорної металургії
Конструкція методика розр та випалювальних печей год рной металургії
Конструкція методика розр та нагрівальних та термічних печей для сортового прокату
© Усі права захищені
написати до нас