Принцип работы канальной и тигельной печей.
0

Принцип работы канальной и тигельной печей.

Индукционные печи,  печи в которых происходит нагрев тел в электромагнитном поле за счёт действия электрического тока , протекающего по нагреваемому телу и нагревая его под действием электромагнитной индукции.

Мы рассмотрим два вида индукционных печей – тигельную индукционную печь и канальную индукционную печь.

Индукционные канальные печи используются для плавки цветных металлов, плавка стали в таких печах невозможна из-за недостаточной стойкости отделки печи (футеровки). Футеровку используют для увеличения огнестойкости материалов из которых изготовлена печь, а так же для защиты печи от ударных воздействий.

Основные достоинства индукционный канальной печи следующие:

1).Минимальное окисление и испарение металлов, это происходит благодаря нагреву породы снизу. Доступ воздуха к наиболее нагретым частям расплава (находящегося в каналах) отсутствует, а поверхность металла в ванне имеет сравнительно низкую температуру.

2).Малый расход энергии на расплавление, перегрев и выдержку металла. Канальная печь имеет высокий электрический КПД благодаря замкнутому магнитопроводу. В тоже время высокий и тепловой КПД печи, благодаря тому, что основная часть расплава находится в ванне, которая имеет толстую теплоизолирующую облицовку, что препятствует отводу тепла из расплава.

Недостатки печи:

1). Тяжёлые условия для облицовки печи,  стойкость футеровки снижается при повышении температуры расплава, а так же при плавке сплавов содержащих химически-активные компоненты. Так же нельзя плавить в таких печах низкосортную породу, плавка такой породы может привести к зарастанию каналов.

2). Следует постоянно держать в печи большое количество расплавленного металла. Если металл слить, то произойдёт охлаждение футеровки, после чего она растрескается и нужно будет менять облицовку в печи заново, что занимает большое количество времени и финансов. По этой же причине нельзя резко сменить марку металла выплавляемого в печи, смена марки происходит через несколько переходных циклов плавки проведённых через печ, с постепенным достижением нужной марки металла.

3). Шлак в печи находится на поверхности, он имеет низкую температуру, из-за чего нельзя плавить стружку и мелкую породу, она не пройдёт слой шлака и повязнет в нём.

Принцип работы индукционный канальной печи такой же как и принцип работы силового трансформатора , который работает в режиме короткого замыкания. Но электрические параметры канальной электропечи и трансформатора сильно отличны друг от друга из-за различия их конструкций. Печь состоит из облицованной камнем ванны в которой находится практически вся масса расплава и индукционного нагревательного оборудования, которое находится под ванной.  Ванна соединена с плавильным каналом так же заполненным расплавом. Расплав в канале и ванне образует замкнутое кольцо, которое проводит электрический ток. Принцип действия канальной печи требует постоянно замкнутой цепи, поэтому можно сливать только часть расплава и снова догружать соответствующее количество новой породы. Все канальные печи работают работают с остаточной ёмкостью 20-50% от полной ёмкости печи. Замораживать металл в канале нельзя он должен быть постоянно в жидком состоянии. Индукционная единица объединяет печной трансформатор и подовый камень (облицовку) с каналом. Индуктор является первичной обмоткой трансформатора, а вторичный виток – это расплавленный металл заполняющий канал, который находится в нижней части ванны. Ток во вторичной цепи вызывает нагрев расплава при этом почти вся энергия выделяется в канале, который имеет малое сечение  в следствии чего поглощается 90-95% подведённой к печи электроэнергии. Металл в печи перемещается из-за электродинамических усилий, возникающих в канале и в малой степени конвекцией, связанной с перегревом металла в канале по отношению к температуре ванны.

По моему мнению целесообразно применять канальные индукционные печи  на крупных производствах низкосортных металлов, так как они очень экономичны и дёшевы в изготовлении, но нужно следить за постоянными поставками сырья для выплавки, так как остановка этих печей приведёт к огромным денежным затратам, вследствие растрескивания облицовки печей.

Индукционные тигельные печи широко применяются в промышленности для плавки чёрных металлов и цветных металлов как на воздухе, так и в вакууме и в защитных атмосферах. В настоящие время такие печи используются ёмкостью от десятков грамм до десятков тонн. Такие печи применяют для плавки высококачественных сталей и других специальных сплавов, требующих чистоты и однородности. Тигельные печи повышенной и промышленной частоты широко применяют в России и за рубежом. Их используют для плавки обычных тяжёлых и лёгких цветных металлов и их сплавов в производствах с периодическим режимом работы и широким ассортиментом ассортиментом выплавляемых сплавов, требующих модифицирования, а так же для плавки сильно загрязнённой породы с большим содержанием стружки и инородных сплавов. Поэтому тигельные индукционные печи хотя и отличаются низким КПД, а так же представляют собой более дорогое и сложное электротехническое устройство по сравнению с индукционными канальными печами, в указанных случаях они более приемлемы и удобны в эксплуатации.

Перечислю достоинства и недостатки индукционных тигельных печей.  

К достоинствам отнесу:

1). Выделение энергии в загрузке породы без промежуточных нагревательных элементов.

2). Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в камере плавления обеспечивает плавление быстрой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объёму камеры плавления. Можно получить многокомпонентные сплавы.

3). Возможность создания в печи любой атмосферы и любого давления.

4). Высокая производительность достигаемая благодаря высокими значениям удельной мощности особенно на средних частотах.

5). Возможность полного слива металла из тигля и малая масса облицовки печи. Печи такого типа удобны для периодической работы между плавками и обеспечивают возможность для быстрого перехода с одной марки сплава на другую.

6). Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, возможность автоматизации процесса.  А так же малое загрязнение атмосферы.

Стоит так же отметить и недостатки тигельных печей:

1).Низкая стойкость облицовки (футеровки) при высоких рабочих температурах и колебаниях температур в расплаве. Это происходит из-за малой толщины футеровки.

2). Высокая стоимость электрооборудования, особенно при частотах 50 Герц.

3). Низкий КПД всей установки вследствие необходимости иметь источник получения высокой или повышенной частоты,  а так же конденсаторов, а так же при плавки материалов с малым удельным сопротивлением.

Принцип работы индукционной тигельной печи. В основе лежит трансформаторный принцип передачи энергии от первичной цепи ко вторичной. Подводимая к первичной цепи электрическая энергия переменного тока превращается в электромагнитную энергию, 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 Металлическая шихта (материал, подлежащий плавлению) загружается в тигель и, поглощая электрическую энергию, плавится. 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. Магнитный поток в тигельной печи проходит в той или иной степени по самой шихте. 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. Когда в качестве облицовки применяют ферромагнитные металлы, то до того момента, пока их температура еще не достигла точки Кюри, то есть  o ~740 ÷770 С, их магнитная проницаемость сохраняет свою величину. В этом случае шихта будет играть роль не только вторичной обмотки и нагрузки, но и незамкнутого сердечника. Иначе говоря, при плавке в тигельной печи ферромагнитных металлов разогрев шихты в первый период (до точки Кюри) произойдет не только за счет тепла, выделяемого от циркуляции в ней вихревых токов, но и за счет потерь на ее перемагничивание, которое в этот период наблюдается в шихте. После точки Кюри ферромагнитные тела теряют свои магнитные свойства и работа индукционной печи становится аналогичной работе трансформатора без сердечника. Мощность, а следовательно, и тепло, выделяемое вихревыми токами, которые наводятся и циркулируют в садке, зависят от частоты переменного магнитного поля. При промышленной частоте 50 Герц концентрация энергии, выделяемой вихревыми токами, незначительна и не превышает несколько ватт на квадратный сантиметр 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.

По моему мнению в цивилизованных странах должны применять именно индукционные тигельные печи так как они удобны в использовании и не выдают вредные примеси в атмосферу, это благоприятно сказывается на работе персонала. К тому же их в любой момент можно остановить или сменить тип сплава. Такие печи следую прежде всего применять на разнонаправленных предприятиях, которые производят металлы в зависимости от поставок и рода заказов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *