19. Принцип действия, типы, особенности конструкции, электрооборудования, техники безопасности и эксплуатации индукционных тигельных печей. (с281,283)

Принцип индукционного нагрева заключается в преобразовании энергии ЭМ-поля, поглощаемой электропроводным нагреваемым объектом, в тепловую энергию.

…

В установках индукционного нагрева ЭМ-поле создают индуктором, представляющим собой многовитковую катушку (соленоид). Через индуктор пропускают переменный ток, в результате чего вокруг индуктора возникает изменяющееся во времени переменное магнитное поле. Это – первое превращение энергии ЭМ-поля. Нагреваемый объект помещают внутрь индуктора. Переменное магнитное поле индуктирует в объекте электрическое поле, имеющее вихревой характер. Это – второе превращение энергии ЭМ-поля. В нагреваемом электропроводном объекте под действием индуктированного электрического поля, согласно з-ну Ома, возникают токи проводимости (вихревые токи), теплогенерация которых является причиной теплового рассеяния энергии ЭМ-поля. Это – третье превращение энергии, описываемое з-м Джоуля-Ленца.

…

Различают два вида установок индукционного нагрева:

-с магнитопроводом (ИАК, ИЛК);

-без магнитопровода (ИТП).

По частоте изменения тока, питающего уст-ку индукционного нагрева, различают:

-установки промышленной частоты (50 Гц);

-уст-ки средней (повышенной частоты) (500-10⁴ Гц);

-высокочастотные уст-ки (66 или 440 кГц).

ИТП состоит из следующих основных конструктивных элементов:

-водоохлаждаемый индуктор;

-тигель;

-сигнализатор контроля состояния тигля;

-корпус с ферромагнитным или электромагнитным экраном;

-вспомагательные механизмы наклона корпуса, подъема и поворота свода.

Индуктор предназначен для создания переменного МП а также крепления тигля. Это цилиндрическая катушка, образованная либо спиралью, либо витками, соединенными цилиндрами. Достоинство спирали – простота навивки.

Система водяного охлаждения предназначена для отвода активной мощности, теряемой в индукторе и мощности тепловых потерь теплопроводностью от расплавляемого металла через футеровку тигля.

Надежная работа обеспечивается:

1. малым количеством мех.примесей в воде

2. Температурой воды, исключающей образование накипи.

3. Температура индуктора д.б. не ниже температуры воздуха, иначе на индукторе из воздуха будет конденсироваться влага, что приведет к пробою между витками.

4. Обеспечение необходимого напора воды и скоростью течения воды для создания турбулентного движения.

Футеровка состоит из

1. тигеля, форма которого должна обеспечивать высокий КПД, удобство использования

2. крышки, футерованной огнеупором

3. подины, служащей основанием, на которое устанавливается тигель и индуктор

4. леточной керамики для создания струи жидк.металла

5. воротника, соединяющего тигель и леточную керамику

Электропитание бывает индивидуальное (к отдельному источнику) и централизованное (к нескольким источникам)

На ИТП применяют контурные конденсаторы для создания колебательного контура и получения регулируемой резонансной рабочей частоты и косинусные конденсаторы для увеличения кэфа мощности

В плавильной индукционной печи без замкнутого магнитопровода расплавляемый металл находится в керамическом тигле, помещенном внутри многовиткового цилиндрического индуктора. Отсутствие замкнутого магнитопровода значительно увеличивает магнитный поток рассеяния, число магнитных линий, сцепляемых с металлом в тигле, крайне мало. Это обстоятельство требует увеличения частоты ЭМ-поля. Поэтому ИТП питают токами средней и высокой частоты. Подобные печи имеют очень низкий естественный коэффициент мощности (cosφ=0,03-0,1), что вызывает необходимость искусственной емкостной компенсации реактивной мощности, для этого в систему включаются конденсаторные батареи. При индукционном нагреве максимальный cosφ=0,7.

Индуктор представляет собой полый металлический цилиндр, на внутреннюю пов-ть которого падают цилиндрические волны собственного магнитного поля. Поглощение энергии этих волн приводит к потерям мощности в системе индуктор-металл. Чтобы уменьшить эти потери, индуктор изготавливают из меди и обязательно охлаждают водой (т.к. с ростом тем-ры увеличивается УЭС).

Для ИТП данных размеров при данных физических свойствах нагреваемого металла существует некоторая критическая частота, при которой электрич-й КПД от частоты практически не зависит.

С увеличением размеров тигля критическая частота понижается, поэтому ИТП большой вместимости могут работать удовлетворительно со значительно меньшими частотами (вплоть до 50 Гц), чем ИТП малой вместимости, которые называют высокочастотными печами.

Элект-й КПД зависит от размеров и формы кусков металла, а также от соотношения всех геометрических размеров системы «индуктор-металл». При плоской форме витка (с прямоугольным сечением) потери в индукторе уменьшаются на 13%.

Естественный коэффициент мощности сильно зависит от величины зазора между индуктором и металлом: чем толще футеровка тигля, тем ниже коэффициент мощности.

Плюсы ИТП:

-ЭМ поле сжимает металл в печи и перемешивает его;

Минусы:

-эррозионный износ футеровки тигля;

-печи взрывоопасны;

-шлак холодный; выпуклый мениск оттесняет его с зеркала в сторону футеровки.