Индукционные тигельные печи

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

тема: Индукционные тигельные печи

 

 

 

 

                                   

Выполнил:

 

 

 

 

 

                     Проверил : 

                   

 

 

 

 

 

Чита 2010

 

Реферат.

 

 

 

      Стр. 30     илюстр.  7 

 

 

 

 

 

ТИГЕЛЬНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ, ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ, ТИГЕЛЬ, ШИХТА.

 

 

Цель работы:

 

ознакомиться с тигельными индукционными печами;

изучить устройство и принцип действия индукционных тигельных печей;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

         Введение………………………...…………………………………………....….4

 

1. Классификация индукционных установок……………………………….....6

2. Индукционные тигельные печи: достоинства, недостатки,

    классификация……………………………………………………..………….9

3. Принцип работы индукционной  тигельной печи…………………….…..…12

4. Конструкция  основных элементов тигельных  печей……………….….…14

5. Технические характеристики индукционных  тигельных печей…….....…20

6. Электрооборудование и схемы питания индукционных тигельных печей………………………………………………........................................23

7. Эксплуатация индукционных тигельных печей и техника безопасности………………………………………………………………..27

Заключение…………………………………………………………..29

Список использованной литературы………………………...…….30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В связи с быстрым развитием автомобилестроения, самолетостроения и других новейших направлений машиностроения в гражданских и оборонных отраслях, значительно возросла выплавка сплавов цветных металлов. Мировая тенденция развития печных агрегатов для производства сплавов цветных металлов характеризуется следующими положениями: 
-      печи на коксе практически не используются из-за высокого загрязнения сплавов, трудности получения отливок высокого качества, низкой экологичности и высокого энергопотребления; 
-      сокращается использование пламенных отражательных печей ввиду повышения угара металла и насыщения его газами, особенно при использовании легковесной садки и существенного загрязнения продуктами сгорания топлива; 
-      по сути прекратилось применение электродуговых печей также по причине большого угара металла, трудности регулирования химсостава и гомогенности сплава, а также из-за больших затрат энергии при теплосохранении расплава; 
-      печи сопротивления используются только как теплосохраняющие и практически не применяются как плавильные агрегаты из-за низкой производительности; 
-      быстро расширяется сфера применения индукционных печей: тигельных и канальных на промышленной частоте, тигельных плавильных на средней частоте и тигельных с укороченным индуктором для выдержки металла, - которые используются во всех видах выплавки цветных металлов, процессах теплосохранения и разливки. 
Тигельные печи средней частоты вытесняют индукционные печи промышленной частоты и применяются для скоростных плавок малыми партиями. Канальные индукционные печи промышленной частоты наиболее эффективны как теплосохраняющие и разливочные. Крупные канальные индукционные печи используются для выплавки и накопления отдельных марок цветного металла в ночное время, когда стоимость электроэнергии самая низкая, а в дневное время обеспечивается непрерывная разливка или литье в крупные формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация индукционных  установок

По назначению индукционные установки делятся на плавильные

печи,   миксеры   и   нагревательные  установки.   Под  индукционными фонемами подразумевают индукционные установки, предназначенные для нагрева металлов и сплавов выше температуры их расплавления и перегрева металла до температуры разливки. Сюда относятся электропечи для плавки черных металлов и для плавки цветных металлов и сплавов. Миксеры служат как для подогрева жидкого металла до температуры разливки, так и для выравнивания его состава и поддержания его температуры.

  Под нагревательными индукционными установками подразумевают установки для нагрева деталей до температуры термообработки или горячей деформации металла, т. е. меньшей, чем температура расплавления металла. Это — индукционные установки для сквозного нагрева под горячую деформацию металлических заготовок и установки для термообработки (поверхностная закалка, отпуск и пр.).

По частоте тока источника питания индукционные установки делятся на печи и нагревательные установки низкой (промышленной) частоты (50 Гц), печи и нагревательные установки средней частоты (150—10000 Гц), печи и нагревательные установки высокой частоты (50—1000 кГц)  и установки диэлектрического нагрева — установки сверхвысокой частоты (5—5000 МГц).

  По конструкции индукционные печи и нагревательные установки могут выполняться открытыми, т. е. работающими при атмосферном давлении воздуха, и герметически закрытыми, т. е. работающими или с разрежением воздуха внутри плавильного пространства, или с повышенным давлением при заполнении рабочего пространства нейтральным газом (азотом, аргоном, водородом). Закрытые установки могут быть выполнены как вакуумно-компрессионные.

  По режиму работы различают печи и установки периодического действия и печи и установки непрерывного действий.

  По принципу действия индукционные печи подразделяются на тигельные (печи без сердечника) и канальные (печи с сердечником); названные так по элементам конструкции печи, где находится расплавленный металл.

  Индукционный нагрев металлов в настоящее время широко применяется в различных областях промышленности для самых разнообразных целей: для плавки металлов и сплавов, горячей деформации металла, термообработки, зонной очистки металлов и т. п.

  Установки диэлектрического нагрева образуют отдельную группу установок, работающих на высоких и сверхвысоких частотах. Они. разнообразны по назначению и исполнению. В качестве источников питания применяются ламповые генераторы. Эти установки предназначены главным образом для нагрева диэлектриков и полупроводящих материалов при получении синтетических материалов из пресс порошков, склейке, сушке, сварке пластиков и других видах обработки непроводниковых материалов.

  При диэлектрическом нагреве используются частоты от сотен килогерц до сотен мегагерц. Преимуществом нагрева материалов в поле конденсатора является выделение теплоты непосредственно внутри нагреваемого объекта за счет поляризации (токов смещения). Высокочастотные установки для нагрева непроводниковых и полупроводниковых материалов применяются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

  Развитие индукционных установок и установок диэлектрического нагрева идет по пути большего использования автоматизации, регулирования электрического режима, механизации погрузочно-разгрузочных операций, автоматического контроля качества термообработки, использования нейтральных атмосфер и вакуума. Так как экономическая эффективность возрастает с увеличением емкости и мощности установок, то имеется тенденция к созданию сверхмощных агрегатов. Так, разрабатываются печи для плавки чугуна емкостью 60 т и для подогрева чугуна (миксеры) на 100 т. Растет число конструкций печей и установок непрерывного и полунепрерывного действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Индукционные тигельные печи: достоинства, недостатки, классификация

По конструкции печи выполняются открытыми — для плавки металлов и сплавов в воздушной атмосфере и герметически закрытыми—для плавки в вакууме или в среде нейтральных  газов   (вакуумно-компрессионные, печи).

Индукционные тигельные печи получили распространение в основном для выплавки высококачественных сталей и чугунов специальных марок, т. е. сплавов на основе железа, так как при плавке черных металлов тигельные печи имеют более высокий КПД, чем при плавке цветных металлов. Несмотря на это, индукционные тигельные печи в настоящее время получают все большее развитие и для выплавки цветных металлов и сплавов благодаря другим преимуществам, которые оказываются решающими при выборе типа печи.

Тигельная печь применяется для плавления различных металлов и сплавов. Схема тигельной печи может включать индукционный нагрев, когда нагревание тел осуществляется благодаря тепловому воздействию на них электрического тока. Ток, который находится в нагреваемом теле, называется наведенным или индуцированным. Индукционные тигельные печи являются довольно сложными устройствами, которые состоят из каркаса, индуктора, вакуумной системы, нагревательная и плавильная камера, механизмы, позволяющие наклонять печь, перемещая расплавленные и нагретые металлы. В большинстве случаев индукционные тигельные плавильные печи имеют цилиндрическую форму и производятся из огнеупорных материалов.  
 
 Индукционная тигельная печь, как и другие тигельные плавильные печи имеют ряд преимуществ, основными из которых являются: 
1) Энергия выделяется в загрузке, что не требует промежуточных нагревательных устройств. 
2) Металлы в тигельных печах плавятся быстро, что обеспечивается равномерным распределением температуры и полным исключением местных перегревов. Благодаря данному преимуществу тигельные печи могут использоваться для получения многокомпонентных и однородных сплавов.  
3) Возможность создания в плавильной тигельной печи окислительной, нейтральной и восстановительной атмосферы независимо от давления.

4) Тигельные печи характеризуются высокой производительностью вследствие высокой удельной мощности. 
5) Металл из тигля сливается полностью. 
6) Тигельные печи, в том числе и газовая тигельная печь, оптимальны для периодической работы, то есть они функционируют в полную силу даже при перерывах между плавками, при этом можно легко переходить с одной марки сплава на другую.  
7) Тигельные печи удобны и просты в обслуживании, управлении. Эксплуатация может быть как механической, так и автоматической.  
8) Тигельные печи обеспечивают гигиеничность процесса плавления, а ущерб окружающей среде минимальный. 
 
 Недостатков у тигельных печей очень мало, и они просто ничтожны по сравнению с преимуществами. Благодаря этому тигельные плавильные печи широко применяются в различных промышленных отраслях. Недостатками являются: относительно низкая температура шлаков; вспучивание поверхности расплавленного металла (мениск) из-за больших электродинамических сил, возникающих в расплаве; необходимость для печей малой и средней емкости источников питания высокой и средней частоты. 
 Не менее важным преимуществом является еще и широкое разнообразие моделей тигельных печей, которые можно классифицировать по нескольким параметрам. Тигельные печи могут быть открытыми, когда плавка происходит на воздухе, вакуумными – плавление осуществляется в вакууме, компрессорными, когда плавка производится вследствие высокого давления. Существуют модели тигельных печей, которые могут работать непрерывно, периодически и полунепрерывно. В зависимости от тигля различают тигельные печи с керамическим, холодным металлическим, проводящим металлическим и проводящим графитовым тиглем. По своей конструкции плавильные тигельные печи могут быть стационарные и опрокидывающиеся.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Принцип работы печи.

Принцип работы печи основан на поглощении электромагнитной энергии материалом загрузки, размещенной в тигле печи. Нагрев и расплавление металлической шихты происходят вследствие наведения электрического .. тока путем электромагнитной индукции от магнитного поля, создаваемого индуктором, подключенным к источнику переменной ЭДС. При прохождении тока в кусках шихты происходит разогрев их до оплавления и образования жидкой ванны. При получении жидкой ванны наибольшая плотность тока имеет место на периферии металлической загрузки в слое, прилегающем к стенкам тигля, а наименьшая — в центральной пасти загрузки. Почти вся поглощаемая энергия выделяется в слое. металла, толщина которого равна глубине проникновения тока АЭ|Гор. Выделение энергии зависит от частоты тока, геометрических соотношений диаметра тигля и диаметра индуктора, размеров и электрофизических свойств шихтового материала. Поскольку при изменении температуры изменяются как геометрические размеры сплавляемых друг с другом кусков металла, так и их магнитная проницаемость и удельное электрическое сопротивление, то частота тока выбирается из условий оптимального режима плавки, при которых процесс расплавления идет наиболее быстро.

  При ведении плавки большую роль играет циркуляция расплавленного металла в ванне печи, которая возникает от электродинамических усилий при взаимодействии токов в индукторе и металле. Направления этих токов противоположны друг другу, и возникают силы, которые приводят к выдавливанию металла от стенок тигля к центру; в результате поверхность ванны расплавленного металла в центре вспучивается и металл находится в состоянии непрерывного движения. Циркуляция металла способствует ускорению химических процессов между компонентами расплава и шлаком и выравниванию состава расплава. Для уменьшения высоты мениска и уменьшения количества шлака для покрытия поверхности ванны центр катушки индуктора сдвигают вниз по отношению к центру металла в тигле печи таким образом, чтобы верхний виток катушки был ниже уровня зеркала металла на 100—200 мм. Особенно большой сдвиг делают в печах промышленной частоты, где циркуляция металла наиболее интенсивна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Конструкция основных элементов тигельных печей.

Рассмотрим конструкцию основных элементов тигельных печей.

Индуктор выполняют из медной водоохлаждаемой трубки круглого, квадратного или прямоугольного сечения. Толщина стенок трубок ∆и не должна быть меньше 1,ЗДЭ,И, где ∆и — глубина проникновения тока в медь при рабочей частоте печи. Ниже приводятся рекомендуемые толщины трубок в зависимости от частоты питающего тока:

f, Гц   .  .     50           500  1000           2500      4000      8000     70000

∆и, мм  .  . 13—20  3,5—6   2,5—4,5     2—4      2—3    1,5—2 0,8—2

Для печей промышленной частоты 50 Гц индуктор выполняют из неравностенных трубок, утолщенная сторона которых должна быть направлена к тиглю с металлом. Размеры сечений трубок следующие:

Обычно индукторы выполняют однослойными из нескольких катушек, имеющих раздельное водяное охлаждение. При необходимости увеличения высоты витка индуктора либо выполняют намотку из двух спаянных между собой трубок, либо делают две параллельно соединенные катушки, установленные одна под другой по высоте тигля.

В последнем случае катушки выполняются: одна — левой, а другая — правой намотки, т. е. чтобы катушки имели согласное включение при подсоединении их к источнику питания. Токоподводы подключают к виткам в центральной части индуктора и к параллельно соединенным крайним виткам (нижнему и верхнему виткам) индуктора.

Вода для охлаждения секций индуктора должна подаваться через гибкие резинотканевые шланги достаточной длины для обеспечения поворота печи. Температура входящей воды не должна быть ниже 10° С во избежа: ние отпотевания индуктора, а выходящей — не выше 50° С, так как при более высокой температуре происходит отложение солей на стенках трубки, что приводит к уменьшению сечения отверстия для прохода воды. Систему водоохлаждения рассчитывают так, чтобы падение давления в каждой из секций индуктора не превышало 2 кПа. Электропечи большой мощности (для плавки никеля, чугуна) и емкости имеют до 10—16 секций водоохлаждения. Для контроля температуры воды и давления устанавливают электроконтактные термометры и реле давления, а также реле протока, обеспечивающие своевременную сигнализацию и отключение установки при нарушении охлаждения.