1.11. Энергетический баланс индукционной плавильной установки

Активная мощность , Вт, забираемая ИПУ в течение плавки из сети, расходуется так, как показано на энергетической диаграмме (рис. 1.26) [1, c.245 – 246, 256 – 257; 2, с. 196 – 197].

Рис. 1.26. Энергетическая диаграмма системы

электрическая сеть – садка печи:

– электрические потери мощности в источнике питания, Вт; – мощность, которую отдает источник питания, Вт; , – электрические потери активной мощности соответственно в токопроводе и КБ, Вт; – активная мощность печи, т.е. активная мощность, поступающая в индуктор, Вт; – электрические потери активной мощности в индукторе, Вт; – активная мощность, передаваемая в садку печи, Вт; – тепловые потери активной мощности, поступившей в садку печи, Вт; – полезная тепловая мощность печи, потребляемая садкой на её нагрев, расплавление и перегрев (НРП), Вт

В результате расчёта получен энергетический баланс ИПУ, указанный в табл. 1.1. Согласно табл. (1.1) активная мощность, Вт, отдаваемая преобразователем печной установке,

, (1.10)

,

что составляет, %,

, (1.11)

Таблица 1.1

Расчётный энергетический баланс ИПУ со сталеплавильной

тигельной печью ёмкостью 0,391 т

Статья баланса	Обозначения показателя	Расчётная мощность, кВт	Количественная доля в балансе, %
1	2	3	4
Приход
Активная мощность, потребляемая из сети, кВт		338,5	100
Расход
Потери в преобразователе, кВт		82,8	24,46
Потери в токопроводе, кВт		32,2	9,51
Потери в конденсаторной батарее, кВт		9,0	2,66

Продолжение табл. 1.1

1	2	3	4
Потери в индукторе, кВт		49,5	14,62
Тепловые потери в садке, кВт		16,2	4,79
Полезно используемая мощность, (пренебрегая потерями на лучеиспускание), кВт		148,8	43,96
Общий расход активной мощности, кВт	–	338,5	100,00

В учебнике [2, c. 197] представлен примерный энергетический баланс ИПУ с тигельной печью ёмкостью 1т (табл. 1.2).

Активная мощность, Вт, поступающая в индуктор,

, (1.12)

,

или, в процентном отношении,

, (1.13)

Активная мощность, Вт, поступающая в садку,

, (1.14)

,

, (1.15)

Автор книги [1, c. 256] обращает внимание на то, что при номинальной мощности преобразователя 250000 Вт отдаваемая им мощность доходит до (см. формулу (1.10)), т.е. больше номинальной на

Таблица 1.2

Примерный энергетический баланс ИПУ с тигельной

печью ёмкостью 1 т

Статья баланса	Доля в балансе, %
Приход
Электрическая энергия, кВт	94 – 96
Экзотермические реакции, кВт	6 – 4
Итого:	100 – 100
Расход
Электрические потери, кВт:
в преобразователе	23 – 26
в токопроводе	1 – 2
в конденсаторах	2 – 4
в индукторе	7 – 9
Тепловые потери в садке, кВт	19 – 23
Полезно используемая энергия, кВт	48 – 36
Итого	100 – 100

Это не создает опасного перегрева преобразователя, так как номинальную мощность преобразователь может отдавать длительное время при установившейся температуре обмоток и магнитной системы. В данном же случае из полного расчётного цикла работы период нагрева составляет лишь полного времени цикла, поэтому средняя мощность за цикл

,

т.е. ниже номинальной мощности.

Соотношение статей баланса зависит от ёмкости и мощности ИТП, рабочей частоты тока, типа основного и вспомогательного электрооборудования, технологического процесса выплавки стали, умения в течение плавки поддерживать оптимальный электрический режим. Для ИТП вследствие относительно малого теплового сопротивления футеровки тигля затяжка плавки вызывает особенно значительное увеличение тепловых потерь и удельного расхода электроэнергии [2, c. 197].

Улучшению технико-экономических показателей ИПУ способствуют указанные ниже факторы [2, c. 198]:

– правильная подготовка шихты, т.е. использование кусков определённых размеров и электротехнически рациональная и плотная укладка шихты в тигле, обеспечивающая максимум подводимой к металлу мощности и максимальный электрический КПД;

– максимальное уменьшение тепловых потерь печи и простоев на ремонт и смену тигля; во избежание простоев обычно у одного источника питания устанавливают две печи: когда одну ремонтируют, вторая работает; этот способ общеупотребительный и доступный, так как стоимость самой печи по сравнению со стоимостью ИПУ невелика;

– максимальное использование мощности преобразователя частоты.

2. ИНДУКЦИОННЫЕ КАНАЛЬНЫЕ ПЕЧИ

И МИКСЕРЫ

2.1. Устройство и принцип работы индукционной

канальной печи

Индукционной канальной печью называется электроплавильная установка, у которой шихта в ванне плавится вследствие передачи тепла от ЖМ, перегретого в специальном канале переменным током, наведённым электромагнитным полем индуктора (рис. 2.1 [3, с. 228 – 230]).

Рис. 2.1. Принципиальная схема ИКП:

1 – ванна печи; 2 – ЖМ; 3 – стенка канала в подовом камне (подовый канал); 4 – ЖМ в подовом канале; 5 – магнитопровод; 6 – индуктор; 7 – переменный магнитный поток, создаваемый индуктором; 8 – электрический ток, наведённый магнитным

потоком индуктора

ИКП по сути представляет собой понижающий трансформатор с магнитопроводом 5, первичной обмоткой которого является индуктор 6, а вторичной – «виток», образованный расплавленным металлом 4 в U-образном канале 3 и металлом 2 на дне ванны 1 [3, с. 228].

Принцип действия ИКП состоит в том, что переменный магнитный поток 7 пронизывает замкнутый контур (один «виток»), образованный ЖМ в канале подового камня и в нижней части ванны, возбуждает (индуцирует) в этом контуре напряжение U₂ и ток I_2­ , который нагревает ЖМ в канале.

Нижняя криволинейная часть U-образного подового канала располагается на одинаковом минимальном расстоянии от наружной поверхности витков цилиндрического индуктора, вследствие чего создаются наилучшие условия для радиального направления потока энергии электромагнитного поля от индуктора через внутреннюю стенку канала в ЖМ [1, с. 334].

Во время работы печи наблюдается непрерывное движение ЖМ из подового канала в ванну и обратно, в результате чего тепло от ЖМ постоянно передаётся твердой шихте, загружаемой сверху в ванну, и шихта в итоге расплавляется. Следовательно, ИКП не являются печами с прямым нагревом шихты, так как тепло выделяется не непосредственно в расплавляемой шихте, а передаётся ей перегретым ЖМ, расплавленным в канале.