Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Общие сведения об индукционных печах

В основе индукционного нагрева лежит принцип работы трансформатора: под действием переменного магнитного поля, создаваемого индуктором (первичной обмоткой), в нагреваемом металле, являющемся вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой, индуцируется электродвижущая сила (э. д. с.). Под действием наводимой в металле э. д. с. в металле циркулирует ток. За счет джоулева тепла, выделяющегося в металле при прохождении тока, металл разогревается и плавится.

Из теории трансформатора известно, что наводимая во вторичной обмотке э. д. с. пропорциональна магнитному потоку, пересекающему плоскость витков обмотки, частоте изменений магнитного потока и числу витков вторичной обмотки.

Величина коэффициента пропорциональности а определяется характером изменения магнитного потока во времени. При питании первичной обмотки синусоидальным током

а = 4,44.

Расплавленный металл, а также плотно уложенная шихта как вторичная обмотка индукционной печи представляют собой единый контур, поэтому для печей

Е2 = 4.44Ф/10-8 В. (18)

Таким образом, увеличить наводимую в металле э. д. с. можно, увеличивая либо магнитный поток, либо частоту питающего тока.

Первые индукционные печи появились в то время, когда еще не было экономичных генераторов тока высокой частоты. Поэтому получение необходимой в металле мощности достигалось в результате обеспечения большого магнитного потока.

Создаваемый индуктором магнитный поток не весь проходит через сечение металла. Часть магнитных силовых линий замыкается вокруг витков индуктора, образуя поток рассеивания. Уменьшить долю этого потока и увеличить полезный магнитный поток можно, если по аналоги с трансформатором внутрь индуктора вставить магнитопровод.

Первая индукционная печь работала на промышленной частоте и была действительно очень похожа на трансформатор, отличаясь тем, что и первичная (индуктор), и вторичная (кольцо расплавленного металла) обмотки были расположены вокруг одного ярма сердечника.

Усовершенствование конструкции печей с сердечником привело в дальнейшем к появлению печей с вертикальным закрытым каналом

Отделение плавильного пространства от канала сделало эти печи более удобными в технологическом отношении и позволило питать их трехфазным током промышленной частоты. Эти печи могут потреблять более высокую удельную мощность и характеризуются высоким электрическим к. п. д.

Наличие над каналами, в которых нагревается металл, большого объема относительно холодного металла обеспечивает низкий угар элементов, так как пары, образующиеся в каналах, конденсируются в зонах плавильного объема с более низкой температурой. Интенсивная циркуляция металла, вызываемая электромагнитными и тепловыми силами, ускоряет процесс плавки и обеспечивает получение металла однородного состава.

Эти качества индукционной печи со стальным сердечником и закрытым каналом делают ее непревзойденным электрическим плавильным агрегатом. Однако широкое распространение этих печей ограничивается низкой стойкостью футеровки канала, работающей в очень тяжелых условиях. Печи этого типа не нашли применения для плавления черных металлов, требующих нагрева до высоких температур, но широко распространены в цветной металлургии, где не требуется нагревать расплав до таких высоких температур и важно обеспечить низкий угар дорогих цветных металлов. Их применяют для плавки меди, алюминия, никеля, магния, цинка и сплавов. В Италии, Швеции, США и некоторых других странах такие печи используют также для получения высококачественного чугуна в литейных цехах.

В индукционных печах без сердечника переплавляемый металл загружается в тигель, установленный внутрь индуктора. Разместить замкнутый сердечник в этом случае невозможно, в связи с чем значительная часть магнитных силовых линий замыкается по воздуху, величина полезного магнитного потока мала, и для получения в металле необходимой э. д. с. необходимо увеличивать частоту питающего тока.

Применение печей такого типа на первых порах сдерживалось отсутствием экономичных генераторов высокой частоты. Толчком к внедрению в широком масштабе индукционных тигельных печей послужило стремительное развитие радиотехники, в результате чего были созданы различные генераторы высокой и повышенной, частоты.

Преимущества тигельных печей по сравнению с канальными связаны главным образом с отсутствием канала. Это значительно упрощает конструкцию печи, позволяет полностью сливать жидкий металл (в канальных печах часть жидкого металла необходимо оставлять для замыкания кольца в начале плавки), облегчает осмотр и ремонт поврежденных участков огнеупоров футеровки. Условия службы футеровки тигля значительно легче, чем футеровки канала.
Тигельная индукционная печь

Это дает возможность выплавлять в тигельных печах более тугоплавкие металлы и от плавки к плавке менять состав металла, что особенно важно при производстве стали. Тем самым устраняются ограничения, делающие нецелесообразной плавку стали в индукционных канальных печах.

Но сравнительно большое расстояние между индуктором и металлом в тигле вызывает появление значительной индуктивной мощности, снижающей общий cos ср. Для компенсации индуктивной мощности индукционные тигельные печи снабжают конденсаторными батареями наличие преобразователя частоты и конденсаторов существенно удорожает установку и ограничивает область применения таких печей. В них целесообразно плавить лишь металлы и сплавы, которые невозможно или неэкономично плавить в других агрегатах.

Тигельные печи получили распространение в металлургии специальных сталей и сплавов. Их использование для этих целей связано с преимуществами индукционного нагрева, когда тепло выделяется в самом нагреваемом металле. Отсутствие концентрированного внешнего источника тепла позволяет получать стали и сплавы высокой степени чистоты, например по углероду и газам, обеспечивает высокое и стабильное усвоение легирующих добавок, что особенно важно при производстве сталей и сплавов с дорогими и редкими добавками.

Электродинамическое движение металла гарантирует получение однородного сплава с точно заданным химическим составом. Кроме того, индукционные тигельные печи при небольших габаритах отличаются высокой производительностью, обеспечивают сравнительно легкие и гигиеничные условия труда, процесс плавления в них легко поддается регулированию в широких пределах.

Основным технологическим недостатком индукционных печей всех типов является малая активность шлака, что затрудняет протекание физико-химических процессов между металлом и шлаком. Это обусловлено тем, что шлаки, отличающиеся высоким омическим сопротивлением, в основном нагреваются металлом путем теплопроводности. Поэтому шлаки холоднее металла, им свойственна высокая вязкость и вследствие этого они малоактивны.

Номинальная емкость индукционных тигельных печей, предназначенных для выплавки стали на отечественных заводах, характеризуется следующим рядом: 0,06; 0,16; 0,25; 0,40; 0,60; 1,0; 1,6; 2,5; 4; 10; 16; 25; 40 и 60 т.

Источник [4] → список литературы.

Читайте также по этой теме:

Вернуться в начало раздела: Электропечи
Вернуться на главную: Черная металлургия