8.5. Индукционные тигельные печи.

8.5.1. Высокочастотные плавильные печи.

Печи этого типа, используемые в производственных условиях, имеют ёмкость тигля от 60кг до 1 тонны и работают на частоте тока от 2400 до 1000Гц.

Конструкция печи

Каркас печи (рис. 8.20) изготовляется из стальных угольников -1 и асбоцементных плит -2. Для уменьшения разогрева металлических конструкций каркаса под действием внешнего магнитного поля применяют немагнитные стали. Кроме того, стыковка металлических деталей каркаса осуществляется так, чтобы они не образовывали горизонтальных замкнутых электрических контуров.

Рис. 8.20. Разрез высокочастотной печи ёмкостью 60кг.

Для этого на стыках используются электроизоляционные прокладки, втулки и шайбы.

Индуктор печи -3, выполненный из медной трубки диаметром 22 мм с толщиной стенки 2 мм, имеет 13 витков. Витки индуктора с помощью приваренных к ним латунных шпилек крепятся к четырем текстолитовым стойкам -4, чем обеспечивается равномерный воздушный зазор между витками, равный 5 мм. Первый и последний витки выводятся на контактную колодку -10, где к ним подсоединяют гибкие водоохлаждаемые кабели -12, подводящие ток от генераторной установки. Шланги для подвода и слива воды подсоединяют к штуцерам -11. Ко второму и третьему (снизу) виткам индуктора приварены пластины для крепления отпайки, назначение которой будет объяснено с помощью рис. 8.24. Для слива металла печь поворачивают на 90 вокруг оси цапф, расположенных на уровне сливного носка 5. Наклон осуществляется тельфером, крюк которого зацепляется за скобу -13 в нижней части задней стенки каркаса. Тигель печи набивают из футеровочной массы. Кислая футеровка набивается из сухого кварцита и 1-2 порошкообразной борной кислоты в качестве связующего вещества. Для печей ёмкостью 60 и менее килограмм вместо кварцита используют смесь сухого кварцевого песка (3 объемных части), пылевидного кварца (1объемная часть). Перед набивкой тигля к внутренним стенкам индуктора прижимают цилиндр из асбестового картона -8, а на дно печи укладывают асбестовый круг -9. На дно печи засыпается и послойно утрамбовывается футеровочная смесь до уровня второго витка индуктора. На образовавшуюся подину -7 устанавливается литой или сварной шаблон -6. В зазор между шаблоном и асбестовым цилиндром послойно засыпают и утрамбовывают футеровочную массу. Верхняя часть печи (воротник) выкладывают шамотным кирпичом и огнеупорной пастой. Сливной носок, сделанный из шамота, поставляется заводом изготовителем и при футеровке печи заделывается в «воротник».

Футеровка И.Т.П. работает в исключительно напряженных условиях. Она испытывает многократные изменения температуры при плавке и холодных простоях печи, удары шихты при загрузке, химическое воздействие со стороны металла и шлака. Для уменьшения реактивной мощности печи толщина футеровки должна быть минимальной. Средняя её толщина для печи ёмкостью 60кг равна - 50мм. Внутренняя поверхность стенки футеровки контактирует с металлом, при температуре 1400…1600С, а наружная, прилегает к водоохлаждаемому индуктору. Напряженные условия работы футеровки требуют тщательного соблюдения технологии ее набивки и спекания. После набивки тигля печь включают на небольшую мощность, при этом шаблон, являющийся замкнутым вторичным витком трансформатора, постепенно разогревается до красна, благодаря чему происходит сушка футеровки. При увеличении мощности шаблон расплавляется, футеровка спекается. На рис.8.21. показан схематичный разрез спеченной стенки тигля.

Рис.8.21. Разрез футеровки.

Правильно изготовленная футеровка должна состоять из трех слоев: 1- полностью спекшийся слой (черного цвета), 2 - полуспекшийся слой оранжевый и 3 - сыпучий буферный слой.

Если в процессе плавки образуется трещина в жестком спекшемся слое -1 и в полуспекшемся слое -2, то струйка металла застывает, дойдя до сыпучего -3 буферного слоя. Это позволяет довести плавку до конца и избежать аварии.

Электрооборудование печи.

Упрощенная схема плавильной установки показана на рисунке 8.22. Источником питания служит машинный преобразователь частоты - 1 ВПЧ 60/2400. Мощность преобразователя 60 кВА, частота тока 2400 Гц, номинальное напряжение 400 В, максимальный ток 166 А. Конденсаторная батарея -2 состоит из постоянно включенных конденсаторов -3 и подстроечных емкостей -4 (С1,С 2,С 3,С 4,С5).

Емкость каждой последующей секции в 2 раза больше предыдущей. Индуктор печи -5 и конденсаторная батарея, соединены между собой медными

6

7

≈

C1 C2 C3 C4 C5

А V кВт

cosφ

A

Т Т

Т Н

1

2

3

4

5

8

Рис. 8.22. Схема плавильной установки ИСТ 006

шинами -6 сечением 100х10 мм и гибкими водоохлаждаемыми кабелями -7, между которыми циркулирует ток силой  1500A. На лицевой стороне шкафа управления -8 установкой имеются измерительные приборы: вольтметр, амперметр, киловаттметр и фазометр для измерения напряжения, тока, мощности и Cos в цепи генератора. Эти приборы включены в цепь генератора через трансформаторы тока ТТ и напряжения ТН.

Регулирование электрических режимов плавки.

Настройка контура в резонанс токов. Проверив исправность установки водяного охлаждения преобразователя частоты, индуктора, конденсаторов и кабелей, включают в двигатель п реобразователя. После разгона двигателя включают с помощью кнопок на щите управления 1-2 минимальные наборные емкости и, плавно поворачивая ручку потенциометра, увеличивают силу тока в обмотке возбуждения преобразователя.

Р ис. 8.23. Фазометр

При этом приборы показывают увеличение тока, напряжения и активной мощности потребляемой от преобразователя. По показаниям фазометра (рис. 8.23) настраивают контур в резонанс. Если стрелка фазометра отклонялась вправо в сторону индуктивного тока, то необходимо увеличить емкость конденсаторов, подключив дополнительную емкость, Подбор необходимой емкости производят, начиная с подключения наименьшей из наборных емкостей. Если ее оказалось недостаточно, то ее отключают и подключают ближайшую большую и так до тех пор пока значение Сos не достигнет 0,850,95 емк. В процессе плавки в связи с изменением электромагнитных свойств шихты и степени заполнения тигля приходится неоднократно подстраивать контур в резонанс. На современных плавильных установках в том числе и на печах типа ИСТ имеются автоматические регуляторы электрических режимов (АРЭР), которые выполняют настройку контура в резонанс без участия оператора.

Регулирование мощности, потребляемой от генератора

осуществляют поворотом рукоятки потенциометра. В период расплавления перегрева необходимо стремиться к максимальному использованию мощности генератора (60 кВт). При этом, однако, нельзя превышать максимальные значения тока – 166А и напряжения –800В генератора.

Назначение отпайки. Электрические параметры печи рассчитаны главным образом на период перегрева жидкого металла. В этот период при номинальном напряжении на индукторе установка потребляет от генератора полную его мощность при номинальном токе. В период нагрева и расплавления шихты генератор обычно оказывается недогруженным. Наиболее трудным периодом плавки является нагрев шихты от 750°С (после потери магнитных свойств) до появления жидкой ванны. В этот период сопротивление печи возрастает, а, следовательно, уменьшается сила тока в индукторе и мощность, поглощаемая шихтой. При максимально допустимом напряжении генератора - 400 В мощность, потребляемая печью в этот период, не превышает 70…80 % номинальной мощности генератора

Для увеличения мощности, потребляемой печью, необходимо увеличить напряжение на индукторе, не перегружая по напряжению генератор.

Это достигается путем подключения индуктора к генератору на отпайку. На рисунке 8.24, а) показано включение индуктора на полное число витков. При этом напряжение на индукторе и конденсаторах равно напряжению на генераторе. При подключении генератора к отпайке (рис. 8.24,б) индуктор работает как повышающий автотрансформатор.

Рис. 8.24. Схемы подключения индуктора к генератору. а)- на полный индуктор б) - на отпайку.

Напряжение генератора (400В) будет теперь приходиться на часть витков индуктора, а на всем индукторе и на конденсаторах напряжение повысится. Однако напряжение на индукторе не должно превышать допустимого напряжения на конденсаторах. Место крепления отпайки ко 2-му или к 3-му витку индуктора подбирают опытным путем в зависимости от используемой шихты.