Принципы устройства и работы индукционных электрических печей без магнитопровода
» » Принципы устройства и работы индукционных электрических печей без магнитопровода

02.02.2017

За индукционными печами без железной магнитной цепи до сих пор сохранилось название высокочастотных печей, хотя в настоящее время оно уже в значительной мере потеряло свой принципиальный смысл.
Вначале, когда применялись печи небольшой емкости, они действительно работали при частотах порядка 20000 пер/сек.
Лабораторные печи работали с частотой 100 000 пер/сек и выше.
Постепенно мощность и емкость печей начали увеличивать; при этом частоту тока стали снижать. В настоящее время печи средних размеров работают на токах частотой от 500 до 5000 пер/сек, а крупные промышленные печи иногда строят уже на нормальную частоту тока, т. е. 50 пер/сек. Таким образом, правильнее эти печи называть печами без железной магнитной цепи или без магнитопровода.
Печи без магнитопровода отличаются от печей с железным сердечником принципом нагрева. Если в индукционных печах с магнитопроводом использовался принцип трансформатора, и паразитные внутриметаллические токи являлись недостатком, с которым приходилось бороться, то в печах без железного сердечника эти токи использованы для нагрева металла и его плавления.
Железный сердечник печей первой категории во избежание возникновения в нем токов Фуко делается из тонких листов трансформаторного железа. Для печей второй категории — без магнитопровода — предпочтительнее применение массивной шихтовой загрузки, так как в этом случае в металле шихты возникнут более мощные токи Фуко, и он скорее нагреется.
В комплект печи без железного сердечника входят; установка, где получается ток требуемой частоты и напряжения, индуктор и печной тигель.
Электрическая установка в основном состоит из мотор-генератора (в малых печах применяется ламповый генератор), батареи конденсаторов и регулирующих, предохранительных, сигнальных и измерительных приспособлений. Электрическая часть является наиболее сложной, и обращение с ней сопряжено с известной опасностью, поэтому она устанавливается в отдельном помещении со всеми предосторожностями, которые обычно принимаются на электрических подстанциях. В плавильное помещение выводятся лишь шины, подводящие ток к индуктору, а также регулирующие, сигнальные и измерительные приборы и приспособления.
В качестве индуктора берется медная труба прямоугольного сечения, которой придается форма цилиндрической спирали таким образом, что одна малая сторона прямоугольника сечения трубы обращена к плавильному тиглю, а другая — наружу, или круглого сечения. Во время работы печи по трубке, являющейся индуктором, пропускается вода для ее охлаждения, гак как, кроме нагрева вследствие выделения теплоты при прохождении тока, она также разогревается и от тигля с металлом. Количество теплоты, получаемое индуктором от тигля, значительно, так как тепловая изоляция в целях повышения электрического коэффициента полезного действия делается сравнительно тонкой.
Переменный ток, в особенности ток высокой частоты, идет по сечению проводника неравномерно. Плотность тока у поверхности проводника больше, чем: в центральной области. Это явление поверхностного распространения тока в случае более высокой частоты тока проявляется в большей степени.
Индуктор в виде трубы удобен с двух точек зрения. Во-первых, при трубчатом сечении индуктора лучше используется материал проводника для передачи тока высокой частоты, и, во-вторых, трубка индуктора сама же используется для пропускания охлаждающей воды. Применение трубки прямоугольного сечения дает возможность уложить витки трубы компактно и разместить вокруг тигля достаточно большое количество витков индуктора.
Переменный ток высокой частоты по сечению нагреваемого металла распространяется также неравномерно. Чем ближе нагреваемое тело (в нашем случае шихтовой металл) расположено к индуктору, тем в более плотное силовое поле оно попадает, тем больший ток в нем будет индуцироваться и тем, следовательно, быстрее произойдет его нагревание. При расположении шихтового материала вдали от индуктора, т. е. в центральной части тигля, наоборот, наиболее интенсивное электрическое поле вблизи индуктора не будет использовано в достаточной степени: индукционные потери возрастут, плавка пойдет медленнее, и электрический коэффициент полезного действия окажется более низким.
По этой причине футеровку, являющуюся тиглем, стараются делать возможно более тонкой. Диаметр тигля в этом случае берут такой, чтобы стенки его находились вблизи самого индуктора, а массивную шихту располагают у самых стенок тигля. Стремление делать стенки тигля возможно более тонкими в целях приближения нагреваемой шихты к индуктору ограничивается необходимостью уменьшения тепловых потерь при плавке. Таким образом, приходится толщину футеровки (толщину стенки тигля) выбирать оптимальной — достаточной для сохранения теплоты и не слишком большой, чтобы избежать излишне больших электрических потерь при плавке.
Материал для изготовления тиглей рассматриваемого типа печей следует выбирать такой, который обладает возможно высокими теплоизолирующими свойствами, при одновременном сохранении и других необходимых для футеровки свойств, как например, достаточной огнеупорности, прочности при нормальной и высоких температурах, химической стойкости в отношении проплавляемых в печи металлов, их окислов и шлаков и т. д.
Для возможности работы печи ток рассчитанного напряжения и частоты подводится к индуктору. До тех пор, пока в тигле печи нет материала, проводящего электрический ток, никакого нагревания печи не будет происходить. При помещении в тигель металла, в последнем начнет индуцироваться ток, который и будет нагревать его, а затем и плавить. Массивные куски шихтового материала загружаются в тигель на небольшой слой мелочи, а после их расплавления рыхлая шихта добавляется в расплавленный и перегретый сплав.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: