2. Определение геометрических размеров системы «индуктор-металл»

Рациональное соотношение геометрических размеров системы «индуктор-металл» (рис.2) для индукционных тигельных печей (ИТП) различной вместимости m₀ получены на основе анализа электромагнитных явлений.

Используя следующие данные : плотность d_ж=7 т/м³=7000 кг/м³;

Вместимость тигля ИЧТ-6, m₀=6000 кг=6 т, определяем геометрические размеры системы «индуктор-металл»:

Принимаем компоновку системы «индуктор-металл» по рисунку 2:

Рисунок 2

Форму тигля характеризует следующее соотношение:

А= D_м.ср./h_м;

для отечественных ИТП функция имеет вид:

Исходя из графика соотношения геометрических размеров рабочего пространства ИТП разной вместимости(рис.8.2[2], с.151) принимаем А=0,95.

С учетом соотношений приведенных выше определяем средний диаметр объема жидкого металла в тигле D_м.ср. :

Определяем высоту (глубину) объема жидкого металла h_м по формуле:

_м= D_м.ср/А_;

h_м=1/0,95=1,053м;

По заданному полезному объему жидкого металла_м=6000/7000=0,86 м³;

Определяем высоту объема жидкого металла h_м, исходя их полезного объема жидкого металла :

Принимаем h_м=1,1м.

Высоту (глубина) тигля h_т с учетом возможного выпуклого мениска на зеркале жидкого металла, условий загрузки металлошихты и по конструктивным требованиям составляет:

Определяем среднюю толщину футеровки тигля:

при расчете средней толщины футеровки тигля следует иметь в виду, что увеличение толщины футеровки с одной стороны, способствует уменьшению тепловых потерь из тигля и повышению механической прочности футеровки тигля в условиях гидростатического давления и электродинамического воздействия жидкого металла; с другой стороны вызывает снижение электрического к.п.д. системы «индуктор-металл» и неблагоприятное усиление реактивной мощности в зазоре между металлом и индуктором:

Определяем внутренний диаметр индуктора D_вт:

Высоту индуктора h_и выбирают таким образом, чтобы обеспечить нагрев металла в местах с ослабленной напряженностью магнитного поля, что имеет место у торцов индуктора вследствие рассеяния магнитного потока; определяем высоту индуктора исходя из следующего условия:

Так как печь ИЧТ-6 работает на промышленной частоте(f=50Гц), то высота индуктора меньше высоты металла:

3. Тепловой расчет

3.1 Определение полезной энергии

Полезный расход энергии W_пол в ИТП необходим для изменения энтальпии загружаемой металлошихты массой m₀(пренебрегая угаром) при нагреве, плавлении и перегреве жидкого металла до температуры заливки:

.

где W_у.т.- удельный теоретический расход энергии для индукционной плавки. Принимаем W_у.т.=355 ([1], приложение 8).

3.2 Определение тепловых потерь

Зная геометрические размеры тигля, тепловые потери рассчитывают при условии стационарного теплового состояния футеровки, опираясь на следующие данные:

Температура жидкого металла 1773 К.

Футеровка стены тигля: кварцитная набивная масса- 0,113 м; асбестовый картон- 0,005 м; меканит- 0,001 м; защитная обмазка индуктора- 0,001 м; итого средняя толщина футеровки тигля ф=0,12 м.

Футеровка подины тигля: кварцитная набивная масса- 0,143 м; асбестовый картон- 0,005 м, меканит- 0,001 м; шамотный кирпич- 0,2 м; асбестовый картон- 0,005 м; итого средняя толщина пода печи п=0,354 м.

Футеровка свода: огнеупорный бетон- 0,25 м.