2.5.1. Характеристика технологічного обладнання

Індукційна тигельна піч - це агрегат періодичної дії, який видає готовий рідкий метал при роботі з болотом через визначені проміжки часу. Тому для безупинного постачання металом потокової лінії заливання приходиться встановлювати декілька одночасно працюючих печі (не менш трьох), що приводить до збільшення капітальних витрат і площ при будівництві відділень.

Установка індукційної тигельної печі складається з наступних елементів: тигельної печі з індуктором, трансформатора пічного із симетруючим пристроєм, комплектів блоків конденсаторів, панелей і щитів керування, механізму нахилу печі з приводом, системи набору дозування і завантаження печі для підігріву шихти, системи відсмоктування й очищення газів від печі.

Індукційні тигельні печі для чавуна мають закриту конструкцію, тобто магнітний потік у них із зовнішньої сторони індуктора проходить по радіально розташованих пакетах трансформаторної сталі (магнітопроводам). Така конструкція створює велику твердість і компактність печі (50 Гц.). З метою підвищення питомої потужності і прискорення процесу плавки печі постачають генератором, що дає підвищену до 500 Гц частоту струму. Завдяки цьому питома потужність печі з 250 кВт/т підвищується до 800 кВт/т.

Для полегшення пуску і меншого зносу футерівки режимом роботи печі передбачена наявність у ній цілодобово протягом робочого тижня в неробочі зміни рідкого металу (болота), що складає не менш 1/3 ємності печі. Оптимальним режимом плавки також є робота з болотом, рівним 1/2 - 1/3 ємності печі, тому найбільш раціональне застосування індукційних тигельних печей при двох -, тризмінній роботі.

Принцип дії тигельної печі полягає в тому, що метал, який розплавляється, поміщають у простір, що пронизується перемінним магнітним потоком. Під дією виникаючої ЕДС у металі тече струм, метал нагрівається і плавиться. Для того щоб не завантажувати електричну мережу великою індуктивною потужністю, паралельно індуктору підключають конденсатори. Число конденсаторів, що підключаються, по ходу плавки змінюється, тому що міняється в процесі нагрівання електричний опір шихти, а в деяких випадках і її магнітні властивості.

Магнітний потік, створюваний індуктором, проходить по замкнутих лініях як усередині його так і зовні. У залежності від способу проходження магнітного потоку з зовнішньої сторони індуктора розрізняють відкриту, екрановану і закриту конструкції печей.

Велике значення для роботи індукційної печі має частота живильного струму. Кожному значенню місткості печі й електричному опору шихти відповідає визначена частота струму. При виборі частоти струму враховують, що внутрішній діаметр тигля повинний бути більше чи дорівнює 3,5 глибини проникання струму в шихту.

Індукційні тигельні печі складаються з наступних основних частин: індуктора, магнітопроводів, каркаса, футерівки, механізму нахилу, електроустаткування і системи охолодження печі.

ІНДУКТОР. Індуктор являє собою циліндричну котушку з мідної трубки. Індуктор виготовляють з міді тому, що нею поглинається менше енергії електромагнітного полючи, чим сталлю й іншими матеріалами. Профіль мідної трубки різноманітний: круглий, квадратний, прямокутний. Товщину стінки мідної трубки вибирають у залежності від частоти живильного струму. Виходячи з необхідності забезпечення мінімальних втрат енергії в трубці, товщина її стінки повинна бути на 30% більше глибини проникання струму. Розмір отвору в трубці обумовлений витратою охолодної її води. Поперечний переріз трубки залежить від струму, що протікає по індукторі.

Для підведення і відводу води й електроенергії індуктор має припаяні штуцери. Між витками індуктора встановлюють електроізоляційні прокладки. Індуктор покривають шаром епоксидної смоли, чим забезпечується надійна електрична ізоляція одного витка від іншого. На мал.6.14 показаний індуктор 1, підготовлений до монтажу в індукційну тигельну піч промислової частоти для плавки чавуна місткістю 31т у зібраному виді з верхньої 10 і нижньої 3 водоохолоджуємимі котушками, верхнім 9 і нижнім 2 кільцями і натяжним пристроєм.

Індуктор має 23 витка і виготовлений із трубки прямокутної форми 62х50 мм зі стінкою товщиною 11 мм. Між витками встановлені ізоляційні прокладки 8. Зовнішня поверхня індуктора обклеєна листовим азбестом 6 товщиною 10 мм. Натяг індуктора здійснюється штангами 7, гайками 4 і тарілчастими пружинам 5. Штанги рівномірно розташовані по зовнішній окружності індуктора. Охолодні кільця 9, 2 і охолодні котушки 10,3 призначені для охолодження футерівки печі по усій висоті індуктора.

У печах промислової частоти верхній рівень індуктора встановлюють нижче рівня металу, унаслідок чого зменшується меніск на поверхні ванни і виключається викид металу з тигля через електродинамічну циркуляцію.

МАГНІТОПРОВІД. Щоб уникнути нагрівання металевих частин печі полями розсіювання навколо індуктора встановлюють зовнішній магнітопровід з листової трансформаторної сталі. Магнітопровід складається з окремих пакетів, розташованих рівномірно по периметрі індуктора.. На печах промислової частоти магнітопроводи виготовляють зі сталі товщиною 0,5 мм, а на печах підвищеної частоти - 0,35 мм. Довжина пакетів магнітопроводу більше висоти індуктора. Пакети кріплять до каркаса печі болтами і установлюють упритул до індуктора, що забезпечує твердість конструкції і мінімальне розсіювання магнітного потоку. Розташування пакетів магнітопроводу по периметрі печі показане на мал.6.15.

КАРКАС. Каркаси печей невеликої місткості виконують з дерева й азбоцементу, а також з немагнітних металів. Каркаси печей великої місткості повинні мати велику твердість і міцність, тому їх виготовляють із профільної сталі, швелера, куточка, балки. Каркас сприймає всі навантаження, що виникають при розширенні печі (при її нагріванні), її нахилі, при зливі металу і шлаку.

ФУТЕРІВКА. Умови роботи індукційної печі висувають визначені вимоги до її футерівки. Футерівка повинна витримувати механічний вплив рідкого металу, що особливо важливо для печі великої місткості (понад 10 т). Футерівка з боку рідкого металу повинна мати щільну спечену поверхню, через яку він не зможе просочитися. З боку індуктора футерівка повинна бути не спеченої. Це попереджає утворення в ній наскрізних тріщин. Наявність неспеченого шару виключає проникання рідкого металу до індуктора. Стійкість футерівки визначає термін служби печі до чергового ремонту. У залежності від металургійного процесу застосовують кислі чи основні вогнетривкі матеріали. Футерівка печі складається з подини 1, тигля 2, верхнього кільця 4 і кришки 3 (мал. 6.16). Як правило, при виготовленні футерівки печі застосовують вогнетривкі маси і для подини - фасонні вогнетривкі вироби. Зерновий склад набивної маси дуже впливає на довговічність набивний футерівки. Так, при використанні дрібних фракцій одержують гарне спікання і більш щільну футерівку, добре конфронтуючому впливу металу і шлаку. Але при високому змісті дрібних фракцій стінки футерівки швидко і глибоко спікаються, що значно зменшує термічну стійкість футерівки і приводить до утворення в ній наскрізних тріщин. При великій кількості великих фракцій футерівка менш щільна, спікливість маси знижена. Для футерівки 30-тонних тигельних печей застосовують кварцит з наступним зерновим складом у % :

Понад 2 мм у межах................ 8 - 14

У тому числі понад 3,2 мм не більш.. 5

Понад 0,5 до 2 мм у межах..... 37 - 44

Менш 0,5 мм у межах............ 46 - 51

У тому числі менш 0,1 мм у межах..27 - 32

Вологість кварциту не перевищує 0,3 %.

Для кращої спікливості додають борну кислоту з розрахунку 1,2% з наступними показниками, %: H3BO3 не менш 98,6; хлоридів не більш 0,002; сульфідів не більш 0,5; заліза не більш 0,003.

Кришку печі виготовляють набивний з вогнетривкої чи маси фасонних вогнетривких виробів. Кришка 30-тонної тигельної печі футерується набивний муллитокорундовою масою, що містить, %: AI2O3 не менш 80, Fe2O3 не більш 1,2, P2O5 у межах 3,0 - 3,5.

Футерівку печі сушать, плавно підвищуючи температуру, що виключає відшаровування футерівки. Піч нагрівається включенням індуктора в електричну мережу. Попередньо в піч завантажують кілька сталевих чи чавунних блоків, що, нагріваючи вихровими струмами, розігрівають футерівку печі. Звичайний час нагрівання до температури 1000^оС не перевищує 10 годин. Потім у піч до висоти зливального носка заливають рідкий метал і піч переключають на більш високий ступінь напруги. Футерівка печі спікається при робочій температурі протягом 1 години. Температура спікання футерівки при плавці чавуна 1500^оС.

Стійкість футерівки в печах промислової частоти залежить від режиму експлуатації печі. В оптимальних умовах експлуатації в дві зміни стійкість кварцової футеровки тигля 1-2 місяця

МЕХАНІЗМ НАХИЛУ. При розливанні металу каркас печі з індуктором і футерівкою у зборі необхідно нахиляти на 95-100^о. Індукційні печі невеликої місткості мають ручні механізми нахилу (лебідки). Великі печі мають, як правило, механізм нахилу з гідравлічним приводом. Піч нахиляють гідравлічним циліндром, з'єднаним за допомогою шарнірів з її каркасом і рамою, установленої на фундаменті. Гідравлічний циліндр гнучкими шлангами з'єднаний з насосною станцією: тиск, створюваний у ньому, досягає 20 МПа. З протипожежних розумінь у гідросистемах замість олії доцільніше застосовувати непалену рідину.

ЕЛЕКТРОУСТАТКУВАННЯ. У комплект грубної установки входить трансформатор, конденсаторні батареї, перетворювач частоти струму, щити керування і живильні кабелі. Крім цих вузлів на печі мається електричне устаткування для нахилу печі, циркуляції охолодної води, різні прилади контролю параметрів роботи печі і пульт керування піччю. Індукційні тигельні печі, що працюють на підвищеній чи високій частоті, мають додатковий перетворювач частоти (тиристорний чи машинний).

СИСТЕМА ОХОЛОДЖЕННЯ ПЕЧІ. Такі елементи печі, як індуктор, конденсатори, кабелі, можуть працювати тільки при їхньому інтенсивному охолодженні. Для охолодження використовують переважно воду. Невеликі печі прохолоджуються звичайною водопровідною водою. Великі печі прохолоджуються спеціально підготовленою водою.

Технічна характеристика електричних індукційних тигельних печей вибрана з таблиці 8 с.36 [Л4] і зведена в таблицю 2.9.

Таблиця 2.9.

Технічна характеристика печей

Індукційні тигельні печі промислової частоти

ИЧТ-2.5/1 ИЧТ-6/1.6

1.25 1.9

1000 1600

Електроенергія: 600-650

tм=1400-1550оС, угар і безповоротні втрати 2-4 % (до 8% при застосуванні в шихті стружки)