Индукционная печь

, индукционная плавильная печь, электротермическая установка для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В промышленности применяют в основном индукционные тигельные печи и индукционные канальные печи (рис.).

Тигельная Индукционная печь состоит из индуктора, представляющего собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемой трубки, и тигля, который в зависимости от свойств расплава изготовляется из керамических материалов, а в специальных случаях - из графита, стали и др. В тигельных Индукционная печь выплавляют сталь, чугун, драгоценные металлы, медь, алюминий, магний. Печи изготовляют с ёмкостью тигля от нескольких кг до нескольких сотен т. Они выполняются: открытыми, вакуумными, газонаполненными и компрессионными; питание печей осуществляется токами низкой, средней и высокой частоты. Основные узлы канальной Индукционная печь: плавильная ванна и так называемая индукционная единица, в которую входят подовый камень, магнитный сердечник и индуктор. Отличие канальных печей от тигельных состоит в том, что преобразование электромагнитной энергии в тепловую происходит в канале тепловыделения, который должен быть постоянно заполнен электропроводящим телом. Для первичного пуска канальных Индукционная печь в канал заливают расплавленный металл или вставляют шаблон из материала, который будет плавиться в печи. При завершении плавки металл из печи сливают не полностью, оставляя так называемое «болото», которое обеспечивает заполнение канала тепловыделения для последующего пуска. Для облегчения замены подового камня индукционные единицы современных печей изготовляют отъёмными. В канальных Индукционная печь выплавляют цветные металлы и их сплавы, чугун. Ёмкость плавильных ванн печей может быть от нескольких сотен кг до сотен т; питание печей осуществляется током промышленной частоты. Для плавки в Индукционная печь характерны: относительно холодный шлак, так как тепло выделяется в расплавленном металле; большая производительность процесса; интенсивное перемешивание и высокое качество переплавляемого металла. Индукционная печь применяют для переплава и рафинирования металлов, а также в качестве миксеров (копильников) для хранения и перегрева жидкого металла перед разливкой.

Схемы индукционных плавильных печей: а - тигельная, б - канальная; 1 - индуктор; 2 - расплавленный металл; 3 - тигель; 4 - магнитный сердечник; 5 - подовый камень с каналом тепловыделения Электрическая печь сопротивления,

электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Электрическая печь сопротивления широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов. Распространение Электрическая печь сопротивления определяется их достоинствами: возможностью получения в печной камере любых температур до 3000°С; возможностью весьма равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы; лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи; удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии; хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование); компактностью и пр.

Большая часть Электрическая печь сопротивления — косвенного действия; в них электрическая энергия превращается в тепловую при протекании тока через нагревательные элементы и передаётся нагреваемым изделиям излучением, конвекцией либо теплопроводностью. Печь состоит из рабочей камеры, образованной футеровкой из слоя огнеупорного кирпича, несущего на себе изделия и нагреватели и изолированного от металлического кожуха теплоизоляционным слоем (рис. 1). Работающие в камере печи детали и механизмы, а также нагревательные элементы выполняются из жаропрочных и жароупорных сталей и других жароупорных материалов. Для нагрева больших партий одинаковых деталей применяют печи непрерывного действия (методические), в которых изделия непрерывно перемещаются от одного торца к другому. Производительность таких печей больше, нагрев изделий более однороден, расход энергии меньше; как правило, они в высокой степени механизированы. В Электрическая печь сопротивления с рабочими температурами до 700° С (как периодического действия, так и в методических) широко используется принудительная циркуляция газов с помощью вентиляторов, встраиваемых в печь или вынесенных из печи вместе с нагревателями в электрокалориферы. Электрическая печь сопротивления косвенного действия для расплавления легкоплавких металлов (свинец, баббит, алюминиевые и магниевые сплавы) конструируются либо в виде печей с металлическим тиглем и наружным обогревом, либо в виде отражательных печей с ванной и расположенными над ней в своде нагревателями. К лабораторным Электрическая печь сопротивления относятся небольшие трубчатые, муфельные и камерные печи, а также термостаты и сушильные шкафы.

В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током (рис. 2), что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев (секунды, доли минуты).

Почти все промышленные и лабораторные печи снабжаются автоматическим регулированием температурного режима.

Рис. 1. Схема устройства камерной печи сопротивления периодического действия: 1 - нагревательные элементы; 2 - огнеупорная часть кладки; 3 - теплоизоляция; 4 - жароупорная подовая плита.

Рис.2. Схема устройства печи сопротивления прямого действия: 1 - нагреваемое изделие; 2 - понизительный трансформатор; 3, 4 - контакты.

Электроннолучевая печь,

разновидность электрической печи, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую непосредственно в расплавляемом металле в результате соударения с ним электронов, вылетающих из электронной пушки. Электроны разгоняются электрическим полем высокого напряжения (10— 35 Кб) в условиях низкого давления (ниже 10 мн/м2). Э. п., применяемые в металлургии чистых металлов и сплавов, состоят из следующих узлов и систем (рис.): излучатель электронов (электронная пушка) с катодом, ускоряющим анодом и магнитной фокусирующей системой; плавильная камера со шлюзовыми устройствами и кристаллизатором (изложницей или тиглем) для металла; вакуумная система; механизмы перемещения переплавляемого металла; блок электропитания с системой автоматического регулирования. Переплавляемый металл подаётся в Электроннолучевая печь (через вакуумный затвор) в виде так называемого расходуемого электрода, слитка, монокристалла, порошка и т. д. Расплавленный металл стекает каплями либо в водоохлаждаемый кристаллизатор — изложницу (при наплавлении слитка) или тигель (при плавке в гарнисаже с целью получения фасонных отливок и при выращивании монокристаллов),— либо в холодные водоохлаждаемые подовые ёмкости (при рафинировании жидкого металла). В промышленности работают Электроннолучевая печь мощностью более 1 Мвт для переплава слитков стали диаметром до 1000 мм, жаропрочных сплавов — до 500 мм, тугоплавких металлов — до 280 мм. Электрический кпд Электроннолучевая печь 0,6—0,8. Удельный расход электроэнергии 1—2 для стали, 10—15 для ниобия, тантала, молибдена и 20—40 квт·ч/кг для вольфрама. Проектируют (1978) Электроннолучевая печь мощностью до 7,2 Мвт для переплава стальных слитков диаметром до 2000 мм (с холодным подом).

Схемы конструкций электроннолучевых печей: а—д, ж — с электростатическими электронными пушками; е — с магнетронной электронной пушкой; ЭП — электронная пушка; КК — кольцевой катод; ЛК — линейный катод; СК (ДК) — спиральный (или дисковый) катод; А — ускоряющий анод; МФС — магнитная фокусирующая система; МОС — магнитная отклоняющая система; РЭ — расходуемый электрод; Ш — сыпучая шихта; М — монокристалл; Сл — слиток; Кр — кристаллизатор; ГТ — гарнисажный тигель; Т — тигель; Ф — литейная форма; ХП — холодный под; ВС — вакуумная система.