Открытые и вакуумные индукционные печи

 

По сравнению с дуговыми сталеплавильными печами индукционные печи без железного сердечника позволяют:

– выплавлять металл в любой контролируемой атмосфере и в вакууме;

– обеспечить минимальный угар металлошихты (1,5-2%) и окисляющихся примесей (хром, ванадий, титан, марганец);

– избежать науглероживания металла за счет графитированных электродов и насыщения его водородом и азотом за счет дуг;

– получать весьма однородный по химическому составу и температуре металл путем перемешивания;

– осуществлять с меньшими затратами автоматическое управление технологическим процессом плавки.

К недостаткам индукционных печей относятся:

– низкая температура и повышенная вязкость шлака из-за его нагрева от жидкого металла;

– отсутствие условий для удаления серы и фосфора из металла;

– недостаточная стойкость основной футеровки тигля;

– повышенный расход электроэнергии;

– малая производительность.

Иногда в индукционных печах шлак и металл в тигле подогревают дугами графитированных электродов или плазменными горелками.

Индукционная печь без железного сердечника характеризуется большим расстоянием между индуктором (первичной обмоткой) и металлом (футеровкой тигля. изоляцией), поэтому поток рассеяния электроэнергии значителен, полезный магнитный поток мал, реактивная мощность в несколько раз больше активной и сosφ = 0,1. для устранения этого недостатка и компенсации реактивной мощности к питающему печь генератору подключают батарею конденсаторов (рисунок 7.1).

При параллельном включении емкости (конденсаторов) и самоиндукции (тигля) сдвиг фаз между напряжением и током установки уменьшается и при соответствующем соотношении самоиндукции и емкости, когда реактивный ток конденсаторов I_С будет равен реактивному току самоиндукции I_б.в., этот сдвиг устраняется. Угол сдвига фаз φ→0, тогда сos φ → 1, а результирующий ток станет равным активному току цепи.

1 – генератор; 2 – выключатель; 3 – индуктор; 4, 5 – соответственно переменная и постоянная группы конденсаторов

Рисунок 7.1 – Электрическая схема индукционной печи без железного сердечника

 

Обычно емкость батареи конденсаторов С (Ф) выбирают из условия:

 

,

 

где ω – угловая частота (ω = 2πf); L – коэффициент самоиндукции, Гн.

Реактивную мощность батареи (Р_р, кВА) определяют по формуле:

 

,

 

где U_к – напряжение на конденсаторах, В.

Из данных соотношений следует, что с увеличением частоты емкость батареи конденсаторов снижается. В то же время, с увеличением частоты возрастают реактивные токи, увеличивается нагрев батареи, возрастают потери тепла с водой на охлаждение конденсаторов.

При работе индукционных печей на пониженной частоте наблюдают вспучивание мениска жидкого металла в печи с образованием так называемого «гребешка». Это явление объясняется отталкиванием двух концентрических проводников: внешнего (индуктора) и внутреннего (жидкого металла), по которым ток идет в разных направлениях.

На действующих индукционных печах разной емкости интенсивное перемешивание металла обеспечивают без обнажения мениска и стекания шлака к стенкам тигля.

Для лучшего использования мощности генераторов крупные индукционные печи комплектуют двумя генераторами: один – основной – для расплавления твердой садки; другой – менее мощный – для подогрева металла и расплавления корректирующих добавок легирующих. После расплавления шихты основной генератор переключают на расплавление садки во втором тигле, а плавку в первом заканчивают на генераторе меньшей мощности.

Индукционные печи без железного сердечника выполняют открытыми (рисунок 7.2) для ведения плавки на воздухе и закрытыми (рисунок 7.2) для выплавки стали и сплавов в вакууме и атмосфере заданного состава