2.3. Циркуляция металлов 17

в тигельной печи 17

2.4. Типы конструкций тигельной печи 20

2.4.1. Конструкция открытой 25

неэкранированной тигельной печи 25

2.4.2. Печи с магнитопроводом 33

и электромагнитным экраном 33

Площадь полного сечения одного пакета 34

2.4.3. Вакуумные печи 35

2.5. Эксплуатация индукционных 39

тигельных печей 39

2.6. Плавильные установки с индукционными 44

тигельными печами 44

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 46

ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ 46

3.1. Расчет мощности индукционной 46

тигельной печи 46

Плавка стали производится без рафинирования, режим работы – на твердой завалке. Время плавки ч. Средний диаметр кусков шихты м. 48

В приложении 1 приведены удельные сопротивления в жидком состоянии. 48

Полезная мощность ИТП, рассчитываемая по (3.1), 49

Вт. 49

Полезная мощность ИТП, рассчитываемая по (3.2), 49

кВт. 49

Для последующих расчетов принимаются кВт, тепловые потери кВт (% от полезной мощности). 49

Активная мощность , передаваемая в загрузку, определяется по (3.4) 49

кВт. 49

Термический КПД индукционной тигельной печи находится по (3.3) 49

. 49

Активная мощность печи при электрическом КПД рассчитывается по (3.5) 49

кВт. 49

Мощность источника питания с учетом потерь в токоподводе и в конденсаторной батарее определяем по (3.6). 49

Принимаем мощность потерь кВт (% от активной мощности печи). 49

кВт. 49

3.2. Расчет частоты источника питания 49

индукционной тигельной печи 49

Расчет частоты индукционных тигельных печей производится исходя из выражения для определения глубины проникновения тока в загрузку 49

, м, (3.7) 49

где - удельное сопротивление загрузки, 49

- относительная магнитная проницаемость загрузки, 50

Гн/м – магнитная проницаемость вакуума, 50

- частота питающей сети, Гц. 50

Из (3.7) частота ИТП в общем виде равна 50

, Гц. (3.8) 50

Выражение для зависит от значения некоторого характерного размера (аргумента) 50

, 50

где - средний диаметр кусков шихты, м; 50

- глубина проникновения тока в шихту, м. 50

Заменив в (3.8) на и выразив через , определяют . 50

В качестве примера на рис. 3.2 приведено изменение удельного сопротивления для чистых металлов. 51

В печах, загружаемых кусковой шихтой, в начале плавки индуктируемые токи замыкаются внутри отдельных кусков, поскольку они имеют плохой электрический контакт между собой. Наиболее неблагоприятным моментом плавки считается момент, предшествующий сплавлению отдельных кусков в монолит [7], когда относительная магнитная проницаемость , а удельное сопротивление существенно возросло по сравнению с исходным холодным состоянием. Исходя из рекомендаций [17], в этот момент целесообразно принимать . 51

В [2] приводится формула Нортрупа для ориентировочной оценки без учета электрического КПД при условии, что 51

, Гц. (3.9) 51

Однако, как считает автор [2], должно существовать такое минимальное значение частоты, которое обеспечивает максимальную величину общего электрического КПД. 51

Эта частота должна соответствовать аргументу . 51

Анализ, проведенный в [6], показывает, что значение , допустимое с точки зрения эффективности нагрева, находится в районе значений аргумента . 51

При плавке кусковой шихты без остаточной емкости () минимальная частота определяется по выражению [6] при условии 51

, Гц, (3.10) 51

где - удельное сопротивление шихты, Омм; 52

- относительная магнитная проницаемость шихты. 52

Для магнитной шихты рекомендуется подставить в (3.10) значение и при начальной температуре шихты. 52

При плавке ферромагнитной кусковой шихты рекомендуется принимать и при температуре потери магнитных свойств (точки Кюри). 52

По рекомендациям [7] минимальная частота печи с кусковой шихтой определяется, исходя из условия, что , по выражению 52

52

Рис.3.2. Зависимость 52

удельного электрического 52

сопротивления некоторых 52

металлов от температуры 52

52

, Гц, (3.11) 52

где - удельное сопротивление расплавляемого материала при температуре, несколько меньшей температуры плавления, т.е. при температуре спекания отдельных кусков шихты в монолит, Омм. 52

При этом, по мнению [7], обеспечиваются минимально приемлемые условия нагрева. 52

По рекомендациям [2] минимальная частота печи с кусковой шихтой определяется по выражению 53

, Гц, (3.12) 53

при условии , 53

где - удельное сопротивление шихты при температуре потери магнитных свойств. 53

Определив , производят предварительный расчет частоты, исходя из шкалы частот источников питания электротермических установок – 50 , 500, 1000, 2400, 4000, 8000, 10 000 Гц. 53

В тех случаях, когда выбор частоты ограничен в связи с наличием определенных источников питания, может оказаться целесообразным изменение гранулометрического состава шихты, увеличение среднего диаметра кусков. 53

, 53

Гц. 53

Минимальная частота тока индукционной тигельной печи, определяемая по (3.12) 54

, 54

Гц. 54

Для выбора частоты и мощности источника питания и для последующих расчетов примем вариант, при котором обеспечиваются минимально приемлемые условия нагрева (3.11). 54

Выбираем из ряда рекомендованных частот частоту Гц. 54

В качестве источника питания – три тиристорных преобразователя, включенные в параллель, суммарной мощностью 2400 кВт. Напряжение источника питания, подводимое к индуктору, В. 54

Характеристики выбранного источника питания соответствуют данным, приведенным в табл. 2.1 для индукционной тигельной печи ИСТ-6, предназначенной для плавки стали. 54