Канальных печей

При большом разнообразии типов индукционных канальных печей основные конструктивные узлы являются общими для них всех: футеровка, трансформатор печи, корпус, вентиляционная установка, механизм наклона (рис. 2.7, 2.8).

Рис. 2.7. Индукционная канальная печь для плавки медных сплавов с трехфазной индукционной единицей (шахтного типа): 1, 2 - футеровка; 3 – 5 – трансформатор печи; 6 - 8 –корпус; 9 – крышка; 10 – 11 – вентиляционная установка; 12 – 13 – механизм наклона

Рис. 2.8. Индукционная канальная печь (барабанного типа): 1- кожух; 2 – механизм поворота; 3 – футеровка; 4 – индукционная единица; 5- воздушное охлаждение футеровки канальной части; 6 – подвод тока и воды к индукторам

Трансформатор печи

Схема трансформатора печи, элементами которого являются магнитопровод, индуктор, канал, определяется конструкцией печи.

Основными элементами трансформатора являются магнитопровод и индуктор.

Печь с одной индукционной единицей имеет однофазный трансформатор с броневым магнитопроводом. Широко применяются также трансформаторы со стержневыми магнитопроводами. Напряжение на первичную обмотку (индуктор) подается от питающего автотрансформатора с большим числом ступеней напряжения, что позволяет регулировать мощность печи. Автотрансформатор включается на линейное напряжение цеховой сети обычно без симметрирующего устройства, поскольку мощность однофазных печей относительно невелика.

Печь со сдвоенной индукционной единицей (рис. 2.9,) [17] представляет собой двухфазную нагрузку, так же, как печь с двумя отдельными однофазными индукционными единицами. Индукторы в двухфазной системе подключаются к трехфазной сети по схеме открытого треугольника, если это не вызывает недопустимой несимметрии напряжений, или по схеме Скотта, обеспечивающей равномерную загрузку трех фаз. Конструктивно сдвоенная единица состоит из двух трансформаторов стержневого типа.

Печь с трехфазной индукционной единицей может иметь трехфазный трансформатор или три однофазных трансформатора. Последнее предпочтительнее, несмотря на большую массу магнитопровода, так как обеспечивает более удобную сборку и разборку, которые приходится периодически производить при смене футеровки.

в)

Рис. 2.9. Типовые унифицированные отъемные индукционные единицы: а – для печей ИЛК (мощность при плавке меди 300 кВт, при плавке латуни - 350 кВт, у сдвоенной единицы соответственно 600 и 700 кВт); б – для печей ИАК (мощность 400 кВт); в – для печей ИЧКМ (мощность 500 кВт – однофазная единица и 1000 кВт – сдвоенная единица); 1 – кожух; 2 – футеровка; 3 – канал; 4 – магнитопровод; 5 - индуктор

Трехфазные индукционные единицы или группы однофазных единиц, число которых кратно трем, позволяют равномерно загрузить питающую сеть. Питание многофазных печей осуществляется через регулировочные автотрансформаторы.

Магнитопровод трансформатора печи изготовляется из листовой электротехнической стали, ярмо выполняется съемным из-за регулярной сборки и разборки.

Форма поперечного сечения стержня при небольшой мощности трансформатора – квадратная или прямоугольная, а при значительной мощности – крестообразная или ступенчатая.

Индуктор представляет собой выполненную из медного провода спиральную катушку. Как правило, катушка индуктора имеет круглое поперечное сечение. Однако в печах, имеющих прямоугольный контур плавильного канала, катушка индуктора может повторять его форму. Полученный из электрического расчета диаметр индуктора определяет размеры располагаемого внутри него сердечника.

Печной трансформатор работает в тяжелых температурных условиях. Он нагревается не только за счет электрических потерь в меди и стали, как обычный трансформатор, но и за счет тепловых потерь через футеровку плавильного канала. Поэтому всегда применяется форсированное охлаждение печного трансформатора.

Индуктор канальной печи имеет принудительное воздушное или водяное охлаждение. При воздушном охлаждении индуктор изготовлен из медного обмоточного провода прямоугольного сечения, средняя плотность тока составляет А/мм². При водяном охлаждении индуктор, изготовленный из профилированной медной трубки, желательно неравностенной, с толщиной рабочей стенки (обращенной к каналу) 10 – 15 мм; средняя плотность тока достигает 20 А/мм². Индуктор, как правило, выполняется однослойным, в редких случаях – двухслойным. Последний значительно сложнее конструктивно и имеет более низкий коэффициент мощности.

Номинальное напряжение на индукторе не превышает 1000 В и чаще всего соответствует стандартному напряжению сети (220, 380 или 500 В). Витковое напряжение при малой мощности индукционной единицы составляет 7 – 10 В, а при большой мощности оно возрастает до 13 – 20 В. Форма витков индуктора обычно круговая, лишь у печей для плавки алюминия, каналы которых состоят из прямолинейных отрезков, а сердечник всегда имеет прямоугольное сечение, витки индуктора также делаются прямоугольными. Индуктор изолируют киперной, асбестовой лентой или лентой из стекловолокна. Между индуктором и сердечником расположен изолирующий цилиндр толщиной 5 – 10 мм из бакелита или стеклотекстолита. Цилиндр фиксируют на сердечнике при помощи забиваемых деревянных клиньев.

Когда печь не питается от специального регулируемого силового трансформатора, от нескольких крайних витков индуктора делаются отпайки. Подавая питающее напряжение на различные отпайки, можно менять коэффициент трансформации печного трансформатора и тем самым управлять величиной выделяемой в канале мощности.

Корпус печи

Обычно корпус печи состоит из каркаса, кожуха ванны и кожуха индукционной единицы. Кожух ванны у печей малой емкости, а у барабанных печей также и значительной мощности, может быть выполнен достаточно прочным и жестким, что позволяет отказаться от каркаса. Конструкции и крепления корпуса должны быть рассчитаны на нагрузки, возникающие при наклоне печи, чтобы обеспечивать необходимую жесткость в наклоненном положении.

Каркас изготовляется из стальных фасонных балок. Цапфы оси наклона опираются на подшипники, смонтированные на опорах, установленных на фундаменте. Кожух ванны изготовляется из листовой стали толщиной 6 – 15 мм и снабжается ребрами жесткости.

Кожух индукционной единицы служит для соединения подового камня и печного трансформатора печи в единый конструктивный элемент. Двухкамерные печи не имеют отдельного кожуха индукционной единицы, он составляет у них одно целое с кожухом ванны. Кожух индукционной единицы охватывает индуктор, поэтому для уменьшения потерь на вихревые токи он делается составным из двух половин с изолирующей прокладкой между ними. Стяжка производится болтами, снабженными изолирующими втулками и шайбами. Таким же образом кожух индукционной единицы крепится к кожуху ванны.

Кожухи индукционных единиц могут быть литыми или сварными, часто имеют ребра жесткости. В качестве материала для кожухов предпочтительнее использовать немагнитные сплавы. Двухкамерные печи имеют один общий кожух ванны и индукционной единицы.

Вентиляционная установка

В печах небольшой емкости, не имеющих водяного охлаждения, вентиляционная установка служит для отвода тепла от индуктора и поверхности проема подового камня, нагреваемой за счет теплопроводности от расплавленного металла в близко расположенных каналах. Применение водоохлаждаемого индуктора не освобождает от необходимости вентилировать проем подового камня во избежание перегрева его поверхности. Хотя современные съемные индукционные единицы имеют не только водоохлаждаемые индукторы, но и водяное охлаждение кожухов и проемов подового камня (в проем вставляется водоохлаждаемый кессон), вентиляционная установка является обязательным элементом оборудования канальной печи.

Вентиляторы с приводными двигателями часто устанавливаются на каркасе печи. При этом вентилятор соединяется с коробом, распределяющим воздух по вентилируемым проемам, коротким жестким воздуховодом. Масса вентиляционной установки может быть значительной, что приводит к существенному увеличению нагрузки на механизм наклона печи. Поэтому применяется и другая компоновка, при которой вентиляторы устанавливаются рядом с печью и соединяются с нею гибкими рукавами, обеспечивающими возможность наклона. Вместо гибких рукавов может использоваться воздуховод, состоящий их двух жестких участков, сочленяющихся с помощью поворотного стыка на продолжении оси наклона, что также позволяет осуществлять опрокидывание печи. При такой компоновке уменьшается нагрузка на механизм наклона, но усложняется конструкция воздуховодов и загромождается пространство вокруг печи.

Печи со съемными индукционными единицами оборудуются индивидуальными вентиляторами для охлаждения каждой единицы. Выход из строя вентилятора может привести к аварии печи. Поэтому вентиляционная установка должна иметь резервный вентилятор, готовый к немедленному включению и отделенный от воздуховода задвижкой. Исключение составляют печи с индивидуальными вентиляторами на индукционных единицах. Индивидуальные вентиляторы имеют небольшие габариты и массу и в случае выхода из строя могут быть очень быстро заменены, поэтому устанавливать резервные вентиляторы на печь не требуется.

Печи со съемными индукционными единицами оборудуются индивидуальными вентиляторами для охлаждения каждой единицы.

Механизм наклона

Канальные печи малой емкости (до 150-200 кг) снабжаются обычно механизмом наклона с ручным приводом, ось наклона проходит вблизи центра тяжести печи.

Крупные печи оборудуются механизмами наклона с гидравлическим приводом. Ось наклона располагается у сливного носка.

Наклон барабанных печей осуществляется путем поворота вокруг оси, параллельной продольной оси ванны. При вертикальном положении печи леточное отверстие находится выше уровня жидкого металла, при повороте печи на катках оно оказывается под зеркалом ванны. Положение летки относительно ковша в процессе слива металла не изменяется, поскольку летка располагается в центре опорного диска, на оси поворота.

Механизм наклона любого типа должен обеспечивать слив всего металла из печи.