Тема 6.2.1 Індукційні плавильні печі

План

1. Загальні відомості.

2.Індукційні тигельні печі.

3.Індукційні канальні печі.

4.Індукційні вакуумні печі.

1.Загальні відомості.

Індукційні плавильні печі мають індуктор-котушку, що підключається до мережі змінного струму. При протіканні по котушці змінного струму в навколишньому її просторі виникає змінне електромагнітне поле. При впливі змінного поля на металеві тіла останні нагріваються, Швидкість нагріву залежить від параметрів електромагнітного поля і теплофізичних властивостей що нагрівається металу. Як відомо, змінне електромагнітне поле являє собою комбінацію змінного магнітного поля і змінного електричного поля.

2.Індукційні тигельні печі.

В індукційних тигельних печах (їх ще називають печами без залізного сердечника) в ливарному виробництві виплавляють різні метали і сплави (сталь, чавун, мідь, бронзу, алюміній і т. д.).

Принцип дії тигельної печі полягає в тому, що розплавляємий метал поміщають в простір, пронизуємий змінним магнітним потоком. Під дією виникаючої ЕРС в металі тече струм, метал нагрівається і плавиться.

Індуктор тигельної печі має форму котушки. Всередині індуктора розташований тигель з вогнетривкого матеріалу. Внутрішній простір тигля заповнюється розплавленим металом. Тигель захищає індуктор від впливу рідкого металу. Товщина стінки тигля, тобто відстань між індуктором і рідким металом, впливає на електричні параметри печі: чим товще стінка, тим більша кількість магнітних силових ліній, що пронизують котушку. Для того, щоб не завантажувати електричну мережу великою реактивною потужністю, паралельно індуктору підключають конденсатори. Магнітний потік, створюваний індуктором, проходить по замкнутих лініях всередині його і зовні.

Залежно від способу проведення магнітного потоку із зовнішнього боку індуктора розрізняють: відкриту, екрановану і закриту конструкції печей.

Відкрита конструкція. Магнітний потік з зовнішньої сторони індуктора проходить по повітрю. Силові лінії магнітного поля пронизують простір, що оточує індуктор. Конструктивні елементи печі, наприклад деталі її каркаса, повинні бути неметалевими або їх слід розташовувати на такій відстані від індуктора, щоб магнітне поле не робило на них впливу. Поблизу з індуктором використовують елементи конструкції з дерева або асбоцемента. Елементи з немагнітних металів застосовують на досить великій відстані від індуктора. Елементи з вуглецевої сталі також повинні бути видалені на велику відстань від індуктора (не менше одного його діаметра).

Відкритої конструкції зазвичай будують печі невеликих габаритних розмірів. Екранована конструкція. Магнітний потік із зовнішнього боку індуктора відділяється від сталевих конструкцій екраном з міді. Мідь має невелике електричний опір, а так як виділення потужності в тілі, вміщеному в електромагнітне поле, залежить від його опору, то в мідному екрані енергія поля поглинається в меншій кількості. Сталеві конструкції при наявності екрану можуть бути розташовані ближче до індуктора, що зменшує габаритні розміри печі.

Закрита конструкція. Магнітний потік із зовнішнього боку індуктора проходить по радіально розташованим пакетам трансформаторної сталі-магнітопроводам. Магнітна проникність трансформаторної сталі в багато разів більше магнітної проникності повітря, тому практично весь магнітний потік проходить по магнітопроводу. Магнітопроводи доцільно розташовувати якомога ближче до індуктора. Це зменшує розміри печі і збільшує жорсткість індуктора.

3.Індукційні канальні печі.

Канальні печі або, як їх називають, печі з залізним сердечником використовують в ливарному виробництві, в основному в якості міксерів та роздаткових печей для чорних і кольорових сплавів.

При виробництві ковкого чавуну канальні печі застосовують для перегріву до 1550 ° С чавуну, виплавленого в вагранках. Канальні печі використовують також для плавки цинку, міді та їх сплавів.

Принцип дії канальної печі полягає в тому, що змінний магнітний потік пронизує замкнутий контур, що являє собою кільце з рідкого металу, і індукує в цьому кільці ЕРС. Електричний струм проходить пo рідкому металу, розігріваючи його. Змінний магнітний потік створюється первинною котушкою, в якій тече струм і яку підключають до мережі змінного струму промислової частоти (50 Гц). Для посилення магнітного потоку, що створюється котушкою, застосовують замкнутий магнітопровід з трансформаторної сталі. Кільце рідкого металу оточене з усіх боків вогнетривким матеріалом, укладеними в сталевий корпус. Простір у вогнетривкому матеріалі, який заповнюється рідким металом, має форму вигнутого каналу.

4.Індукційні вакуумні печі

Плавка у вакуумі оберігає нагріваємий і розплавляємий метал від взаємодії з повітрям. Вакуумування робочого простору печі значно покращує механічні та ливарні властивості високолегованих сталей спеціальних сплавів, схильних через наявність в них легкоокислюваних елементів до окислення і утворення великої кількості окисних плівок.

При вакуумній плавці концентрація домішок в рідкому металі знижується в результаті протікання наступних процесів: дегазації, якщо концентрація газів, розчинених у металі, залежить від зовнішнього тиску; хімічних реакцій, що протікають з утворенням газоподібних продуктів, рівновага яких залежить від зовнішнього тиску.

У вакуумі плавлять в індукційних тигельних печах. Вакуумна установка має герметичну камеру, в яку встановлюють тигельну піч і ливарну форму. Вакуумні індукційні печі, як правило, є печами періодичної дії.

У піч шихту завантажують при відкритій камері, при цьому вона заповнюється повітрям. Вакууму в печі досягають після закриття завантажувального отвору камери і включення відкачувальних насосів. по мірі нагрівання шихти, і особливо при її розплавленні, різні гази видаляються. Готовий метал розливають при закритій камері, т. е. під вакуумом.

Конструкція печі передбачає можливість нахилу тигля і зливу металу в одну або декілька форм, що перебувають в камері.

Після затвердіння металу в формі камеру відкривають і піч готують до наступної плавки.

Рисунок 19 – Індукційна вакуумна піч

Ha рис. 19 показана індукційна вакуумна піч. Піч складається з нерухомої і рухомої частин. Нерухома частина 6 - герметичний кожух, в якому розташований стіл 8 і форма 7. Рухома частина печі 2- сферична стінка встановлена на візку 1. На зовнішній стороні стінки є механізм нахилу тигля, з'єднаний ланцюгом 4 з тиглем 5. До стінки приварений кронштейн 3 для установки тигля.

Послідовність роботи печі: завантаження шихти в тигель, коли піч розкрита, і установка форми. Після з'єднання частин печі включають вакуумні насоси. На індуктор подається напруга. Після закінчення плавки готовий метал виливають у форму. Піч розкривають, форму витягують, і цикл повторюється.

Контрольні запитання:

1. Від чого залежить швидкість нагріву в індукційних печах?

2. Які матеріали виплавляють в індукційних тигельних печах?

3. Пиинцип дії індукційної тигельної печі?**

4. Яку конструкцію печей розрізняють в залежності від способу проведення магнітного потоку?*

5. З якою метою застосовують індукційні канальні печі?

6. В чому полягає принцип дії канальної печі?

7.З якою метою виконують вакуумування робочого простору печі?

8. З чого складається індукційна вакуумна піч?*

Література: 1, с.99-131., 3, с. 104-118.