Расчет ичт-10

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Января 2014 в 20:38, курсовая работа

Краткое описание

В индукционных печах металл нагревается токами, возбуждаемыми в непеременным полем индуктора. Электрическая энергия в индукционных печах превращается сначала в электромагнитную, затем снова в электрическую и, наконец, в тепловую. При индукционном нагреве тепло выделяется непосредственно в нагреваемом металле, поэтому использование тепла оказывается наиболее полным. Индукционные печи бывают двух типов: с сердечником и без сердечника тигельные. Удельная мощность индукционных тигельных печей может быть достаточно высока, а силы, возникающие в результате взаимодействия магнитных печей металла и индуктора, оказывают в этих печах положительное воздействие на процесс, способствуя перемешиванию металла. Бессердечниковые индукционные печи применяют для выплавки специальных, особенно низкоуглеродистых сталей и сплавов на основе никеля, хрома, железа, кобальта.

Вложенные файлы: 1 файл

Записка.docx

— 831.31 Кб (Скачать файл)


ВВЕДЕНИЕ

 

Индукционной печью называется часть индукционной установки, включающая индуктор, каркас, камеру для плавки, а также механизмы наклона печи, вакуумную систему и т.п.

В индукционных печах металл нагревается токами, возбуждаемыми  в непеременным полем индуктора. Электрическая энергия в индукционных печах превращается сначала в  электромагнитную, затем снова в  электрическую и, наконец, в тепловую. При индукционном нагреве тепло  выделяется непосредственно в нагреваемом  металле, поэтому использование  тепла оказывается наиболее полным. Индукционные печи бывают двух типов: с сердечником и без сердечника тигельные. Удельная мощность индукционных тигельных печей может быть достаточно высока, а силы, возникающие в  результате взаимодействия магнитных  печей металла и индуктора, оказывают  в этих печах положительное воздействие  на процесс, способствуя перемешиванию  металла. Бессердечниковые индукционные печи применяют для выплавки специальных, особенно низкоуглеродистых сталей и сплавов на основе никеля, хрома, железа, кобальта.

В отличие от вагранок и дуговых  печей плавка в индукционных печах  является более эффективной. Плавка в индукционных печах, как правило, ведётся с загрузкой шихты  в жидкий металл, оставшийся после  предыдущей плавки. В связи с этим нагрев и расплавление шихты связаны  с растворением её компонентов в  жидком металле, которое сопровождается массопереносом между фазами и поглощение теплоты не только на нагрев, но и  на растворение.

Также в индукционных печах выгоднее использовать низкокремнистые шихтовые материалы, а содержание кремния  доводить до требуемого при помощи ферросплавов.

В данной работе выполняется расчёт тигельной индукционной печи для плавки чугуна, ёмкостью – 10 т. 

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

1.1 Индукционная тигельная печь

 

Индукционная тигельная  печь (ИТП), которую иначе называют индукционной печью без сердечника, представляет собой плавильный тигель, обычно цилиндрической формы, выполненный  из огнеупорного материала и помещённый в полость индуктора, подключенного  к источнику переменного тока. Металлическая шихта загружается  в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

1 – пакеты трансформаторной  стали, образующие внешний магнитопровод; 2 – изолирующие прокладки; 3 –  индуктор; 4 – нажимные болты aм- высота пакета магнитопровода, м; a1- высота индуктора, м; Dм- внутренний диаметр магнитопровода, м; D1- внутренний диаметр индуктора, м. 

 

Рис. 1.1 Индукционная тигельная  печь с магнитопроводом

 

Индукционная плавильная тигельная  печь (рисунок 1.1) представляет собой цилиндрическую электромагнитную систему с многовитковым индуктором . Поскольку загрузка нагревается до температуры, превышающей температуру плавления, обязательным элементом конструкции печи является тигель — сосуд, в который помещается расплавляемая шихта. В зависимости от электрических свойств материала тигля различают индукционные печи с непроводящими тиглем.

Индуктор и футеровка, основной частью которой является тигель, укрепляются  в корпусе печи. Конструктивные детали корпуса располагаются вне индуктора  на небольшом расстоянии от него, т. е. в области, пронизываемой магнитным  потоком индуктора на пути его  обратного замыкания. Поэтому в  металлических деталях корпуса  могут возникать вихревые токи, вызывающие нагрев.

Для уменьшения потерь в корпусе  у печей небольшой емкости  основные детали корпуса изготавливаются  из непроводящих материалов. Возможно также удаление металлических узлов  корпуса на бо́льшее расстояние от индуктора, в область более слабого  поля.

Однако такое конструктивное решение  приводит к резкому увеличению габаритов  печи и потому приемлемо лишь для  печей самой малой емкости. У  печей значительной емкости приходится узлы несущей конструкции защищать от внешнего поля индуктора. Для защиты используют магнитопровод в виде вертикальных пакетов трансформаторной стали, располагающихся вокруг индуктора, или электромагнитный экран между  индуктором и корпусом в виде сплошного  кожуха из листового материала с  малым удельным сопротивлением; потери в таком экране невелики.

Таким образом, в соответствии с методом снижения потерь в корпусе индукционные тигельные печи делятся на три класса:

а) неэкранированные;

б) с магнитопроводом;

в) с электромагнитным экраном.

Крупные тигельные печи работают на частоте 50 Гц; с уменьшением емкости печи частота тока должна повышаться, чтобы сохранилось соотношение между глубиной проникновения тока и диаметром загрузки, обеспечивающее высокий КПД индуктора.

По частоте питающего тока индукционные тигельные печи можно классифицировать следующим образом:

а) высокочастотные с питанием от ламповых генераторов;

б) работающие на частоте 500—10000 Гц с питанием от вентильных или машинных преобразователей частоты;

в) работающие на частотах 150 и 250 Гц с питанием от статических умножителей частоты;

г) работающие на частоте 50 Гц с питанием от сети; при значительной мощности –оборудованные симметрирующими устройствами.

Керамический тигель индукционной тигельной печи имеет простейшую форму и надежен в эксплуатации. По этой причине тигельная печь является самым распространенным типом индукционной печи.

Принцип работы всех тигельных печей  одинаков и соответственно одинаково  их назначение. Разнообразие применения определяет и различие конструктивных форм.

 

 

 

         ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ ПЕЧИ

 

2.1 Конструкция печи

 

Уровень развития современной  техники предъявляет высокие  требования к металлам и сплавам, удовлетворить которые могут  лишь металлы и сплавы, полученные в процессе электроплавки.

Наибольшее распространение  получили электрические индукционные печи промышленной частоты.

В зависимости от назначения индукционные печи подразделяются на индукционные тигельные – ИЧТ (индукционная чугунная тигельная), тигельные печи-миксеры – ИЧТМ (индукционная чугунная тигельная-миксер) и канальные миксеры– ИЧКМ (индукционная чугунная канальная-миксер).

Стоимость индукционных печей  и современных вагранок практически  одинакова, но срок окупаемости индукционных печей приблизительно в два раза меньше за счет более низкой стоимости  шихтовых материалов и самих отливок.

Тигельные индукционные печи. Индукционные тигельные печи и миксеры промышленной частоты работают по принципу трансформатора без железного сердечника, первичной обмоткой которого является многовитковая катушка – индуктор, вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – расплавляемый металл.

Тигельные индукционные печи, имеющие значительную удельную мощность, применяются для плавки, а миксеры  применяются для сохранения температуры  и доводки металла по химическому  составу; при необходимости металл в миксере может быть перегрет на 100°.

Принцип работы печи основан  на поглощении электромагнитной энергии  металлической шихтой, которая заложена в тигель, помещенный в переменное магнитное поле. Нагрев и расплавление шихты происходят в результате наведения  электрического тока и выделения  тепла в кусках шихты.

Рисунок 1.1 - Индукционная тигельная  печь для плавки чугуна

 

На рисунке 1.1 представлена индукционная тигельная печь (ИЧТ) промышленной частоты емкостью 6 т. Она состоит из следующих основных узлов: металлического каркаса 1, тигля 3, индуктора 2, крышки с механизмами подъема 6, рабочей площадки 7, токо- и водоподводящих устройств, заключенных в кожухе 8. Каркас 1 печи представляет собой сварную конструкцию, выполненную из листовой стали. Жесткость каркаса обеспечивается ребрами жесткости, равномерно расположенными по диаметру обечайки. Каркас усилен средним поясом, несущим ось вращения печи, который выполнен в виде коробки из листовой стали. Под сливным носиком 5 расположена ось 4 поворота печи. Ось крепится в подшипниках, установленных на колоннах,

Печь   имеет  гидравлический механизм наклона, состоящий из маслонапорной  установки, аппаратуры гидропровода и  двух плунжеров. Посредством гидравлического  механизма осуществляется наклон печи в одну сторону на любой угол до 100° для выдачи металла.

Главной частью печи является индуктор 2, представляющий собой медную профилированную водоохлаждаемую трубку. Катушки индуктора изолированы стеклолентой и микалентой; во избежание осевого перемещения индуктора он зафиксирован специальными прижимами из немагнитного материала. Индуктор печи окружен венцом из стальных пакетов, которые вместе с прижимами создают надежное крепление индуктора, что особенно важно при наклоне печи.

Воротник печи вместе с  рабочей площадкой 7 составляют съемную  сварную конструкцию. Воротник футеруется шамотными кирпичами, а для отвода дымовых газов в нем предусмотрен канал, расположенный непосредственно  под площадкой.

Плавильным пространством  печи является тигель 3, выполняемый обычно набивкой непосредственно в самой печи. В качестве набивочных материалов для изготовления тигля применяют кислые, основные и нейтральные огнеупорные массы.

Рабочее  пространство печи закрывается крышкой 6 из немагнитной стали, футерованной изнутри огнеупорным бетоном и теплоизолирующим материалом. Крышка снабжена механизмом подъема и поворота с ручным приводом рычажного типа. Загрузка шихты в печь производится сверху.

Токоподвод к печи осуществляется гибкими водоохлаждаемыми кабелями. Регулирование мощности печи производится  автоматически регулятором электрического режима. Для управления наклоном печи предусмотрен пульт управления.

Футеровка тигельных печей. Плавильное пространство индукционной печи выполняется в виде тигля, изготовляемого из специальной огнеупорной массы. Операции набивки тигля должны выполняться с особой тщательностью и с применением химически чистых материалов. Высокие требования к качеству изготовления тигля объясняются тем, что тигель работает в неблагоприятных  условиях:  внутренняя поверхность тигля обогревается жидким металлом и имеет его температуру, а наружная поверхность соприкасается с индуктором, охлаждаемым водой. Помимо этого, обычно в металлургических печах футеровка выполняется в кожухе печи. Здесь же все усилия,  возникающие в процессе плавки,  воспринимаются свободно стоящим тиглем.

Для футеровки индукционных тигельных печей применяется  кварцевый песок либо молотый  кварцит. В качестве связующей добавки  применяют борную кислоту, которая  является плавнем и обеспечивает быстрое спекание футеровки.

Технология выполнения футеровки  включает следующие операции: подготовку материалов; заливку подины жароупорным  бетоном; приготовление футеровочной  массы; набивку тигля; спекание тигля; выкладку воротника; футеровку крышки.

Кварцевый песок (либо молотый  кварцит) должен содержать менее 95% двуокиси кремния (Si02). Песок должен содержать более 0,25–0,50% остаточной влаги, и для предупреждения включений железа подвергается магнитной сепарации. Затем песок рассеивают на фракции: 2–3 мм – 35%; 1 – 0,75 мм – 20%  и менее 0,75 мм – 45%.

Потребное количество песка  каждой фракции засыпают в тщательно  очищенный смеситель, где песок  перемешивается в течении 10–15 мин, затем добавляют борную кислоту в количестве 2–2,5%, и смесь перемешивается еще 10 мин. Приготовленная таким образом масса должна быть сразу использована. В случае приготовления массы впрок смешанные фракции песка упаковывают в мешки и хранят в сухом месте, а борную кислоту вводят перед употреблением массы.

Для футеровки подины (9 на рисунке 1.1) и крышки печи применяется жаропрочный бетон приведенного ниже состава (в кг на м3 бетона).

 

 

Подина

Крышка

Жидкое стекло плотностью 1,36–1,37

350

300

Кремнефтористый натрий

18–20

18–20

Тонкомолотый магнезит

500

600

Шамот класса А (мелкий)

550

Шамот класса А (крупный)

800

Магнезитовый песок

600

Магнезитовый щебень

1150


При заливке подины следует  установить контактную шпильку для  работы сигнализатора проедания  тигля металлом. После просушки бетона подина устанавливается в каркасе  печи.

На подину устанавливают  индуктор и сжимают его между  верхним и нижним рядами прижимов и далее набивают тигель. Форма  и внутренние размеры тигля определяются размерами шаблона, размерами индуктора  и относительным расположением  шаблона и индуктора. Перед набивкой тигля внутреннюю поверхность индуктора  выкладывают слоем миканита толщиной 2 мм и асбестовым картоном, а также устанавливают сетку–электрод сигнализатора проедания тигля. На дно подины насыпают слой футеровочной массы толщиной 40–50 мм и уплотняют легкими ударами ручной трамбовки; разрыхлив слегка уплотненную поверхность, насыпают второй и последующие слои. Общая высота дна тигля должна быть выбрана с расчетом перекрытия третьего витка индуктора. В дне при помощи специального шаблона выбирается углубление под шаблон тигля. По окончании набивки пода удаляют с асбестовой прокладки прижимное кольцо и устанавливают шаблон, в который закладывают груз, фиксирующий шаблон, и приступают к набивке стенок тигля.

Информация о работе Расчет ичт-10