Металлургия » Электрометаллургия стали » Открытые вакуумные индукционные печи.

Открытые вакуумные индукционные печи.

 (голосов: 0)
Открытые вакуумные индукционные печи.Открытые 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, марганец и др.), избежать науглероживания металла за счет графитированных электродов и насыщения его водородом и азотом за счет луг, осуществлять активное перемешивание расплава и получать металл, весьма однородный по химическому составу и температуре, применять с меньшими затратами автоматическое управление технологическим процессом плавки.
К недостаткам индукционных печей относят: низкую температуру и повышенную вязкость шлака из-за его нагрева от жидкого металла, отсутствие условий для удаления серы и фосфора из металла, недостаточную стойкость основной футеровки тигля, повышенный расход электроэнергии и малую часовую производительность.
На современных индукционных печах шлак и металл в тигле подогревают дугами плазменных горелок. В индукционной печи подведенную электрическую энергию переменного тока преобразуют в электромагнитную, затем снова в электрическую и, наконец, в тепловую.
Для печей большей вместимости используют меньшую частоту тока. Печи малой вместимости работают на частоте сотен тысяч Гц. Печи большой вместимости работают на частоте 100...500 Гц и на промышленной частоте (50 Гц).
На практике используют различные соотношения между размерами индуктора и тигля. Отношение высоты индуктора Н к высоте металла в тигле обычно составляет H/h = 1,1...1,3.
Из-за отсутствия железного магнитопровода и большого расстояния между первичной и вторичной обмотками (футеровка тигля, изоляция) поток рассеяния электроэнергии в индукционной печи значителен, и полезный магнитный поток мал, а реактивная мощность в несколько раз больше активной и cos < 0,10.
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 протекает ток в разных направлениях. На действующих индукционных печах различной вместимости обеспечивают интенсивное перемешивание металла без обнажения мениска и расплава и стекания шлак 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.
Конструктивно индукционные печи без железного сердечника выполняют открытыми для ведения плавки на воздухе и закрытыми для выплавки стали и сплавов в вакууме и атмосфере заданного состава.
Основное электрическое и механическое оборудование для открытых и вакуумных индукционных печей бывает практически одного типа. Источником тока высокой частоты для промышленных индукционных печей служат машинные генераторы, обеспечивающие частоту тока от 500 до 10000 Гц. Их мощность колеблется от десятков до тысяч киловатт при к.п.д., равном 0,56...0,9. Находят все большее применение полупроводниковые тиристорные преобразователи частоты тока, обеспечивающие частоту тока 500...3000 Гц и имеющие по сравнению с машинными генераторами более высокий к.п.д. (на 1... 15 %).
Для лабораторных печей с вместимостью тигля несколько кг используют в качестве генератора высокой частоты (несколько тысяч герц) электронные генераторы с трехэлектродными лампами. Такие генераторы позволяют менять частоту тока в широких пределах с учетом различной магнитной проницаемости переплавляемого металла. Их к.п.д. составляет 0,75...0,8. Ламповый генератор состоит из выпрямителя, собственно генератора и настроенного силового контура. Трехфазный ламповый выпрямитель питает генератор постоянным током высокого напряжения. Для крупных индукционных печей вместимостью несколько сот кг частота тока составляет 100...150 Гц. Такую частоту получают с помощью умножительных трансформаторов, соединенных по специальной схеме. На крупных печах вместимостью несколько тонн применяют ток нормальной частоты (50 Гц).
Для повышения cos ф в индукционных печах используют батареи конденсаторов с водомасляным охлаждением, имеющие малые габариты и высокую реактивную мощность. Конденсаторы подключают с печью или последовательно. Первая схема имеет название резонанса токов, вторая — резонанса напряжения.
В емкости конденсаторов выделяют постоянную группу и отдельные секции, которые подключают целиком или по частям по ходу ведения плавки и изменения магнитных свойств металлошихты. Этим устраняют отклонения cos ф от единицы.
Для переключения конденсаторов под нагрузкой (без отключения печи) используют автоматические регуляторы, основанные на измерении реактивного тока, идущего от генератора и поддержании его около нуля. При возбуждении реактивным током определенной величины срабатывает реле реактивного тока, и напряжение на генераторе снижается до нуля автоматическим регулятором напряжения, и без размыкания цепи возбуждения или силовой цепи выбирается необходимая емкость конденсаторной батареи, а затем восстанавливается прежнее рабочее напряжение печи. Полный цикл операции не превышает 2 с. При отсутствии автоматического регулятора требуемую емкость конденсаторов поддерживают по показанию прибора фазометра, измеряющего коэффициент мощности.
Крупные индукционные печи на промышленной частоте проще в обслуживании и требуют меньших производственных площадей. Их используют чаще всего для выплавки чугуна и стали, не требующих длительной выдержки жидкого металла в тиглях. Средний удельный расход электроэнергии составляет при выплавке 'чугуна 550 кВт-ч/т, стали — 730 кВт-ч/т.
Важным узлом индукционной печи является индуктор, имеющий вид соленоида и выполняемый из медной трубы круглого или прямоугольного сечений. Индуктор имеет минимальные электрические потери, водяное охлаждение витков и достаточное пространство между витками для изоляции. Плотность тока в индукторе составляет 20...40 А/мм2.
Для придания прочности конструкции и исключения смещения при наклоне печи индуктор скрепляют с вертикальными изоляционными стойками, а также с нижней и верхней керамическими плитами тигля. Воду в индуктор подают шлангами под давлением ~ 196 кПа, температуру ее контролируют на выходе (35...45°С). При более холодной воде индуктор покрывается влагой («потеет»).Это повышает вероятность межвитковых коротких замыканий. Горячая вода способствует образованию на стенках индуктора накипи, затрудняющей их равномерное охлаждение.
Для жесткости конструкции и обеспечения наклона печи при выпуске металла индуктор с огнеупорной футеровкой плавильного тигля помешают в специальный кожух или каркас. Для малых печей каркас изготавливают из асбоцементных плит и стоек, скрепленных латунными уголками и болтами. Для больших — каркас изготовляют из немагнитной стали. Для исключения образования замкнутого магнитного ноля на крупных печах с железным каркасом используют специальные экраны в виде медных листов, покрывающих его внутреннюю поверхность, или в виде магнитопровода, собранных из пакетов трансформаторного железа и располагаемых вокруг индуктора. К каркасу печи крепят стойки с индуктором, нижнюю и верхнюю керамические плиты. Нижняя плита состоит из шамотных блоков, имеющих отверстия и пазы для крепления их латунными болтами и скобами в основании рамы каркаса. В верхней раме каркаса крепят фасонные шамотные блоки, один из которых служит для слива металла. Подвод тока к индуктору осуществляют гибкими водоохлаждаемыми кабелями или медными шинами. Кабели позволяют при необходимости наклонять тигель без отключения тока и таким образом ускорять плавление шихты. Шинный подвод тока выполняют в виде ласточкина хвоста и ножа. Последний крепят к низу каркаса печи. При таком способе питания наклон тигля вызывает размыкание цепи тока.
Наклон печи осуществляют различными способами. Для этого на каркасе печи укрепляют две пары цапф — верхние на уровне сливного носка и средние, проходящие через центр тяжести печи. Во время загрузки и плавления печь покоится на средних цапфах и упоре, расположенном под печью. Для слива металла печь поворачивают с помощью лебедки, тельфера или гидравлического подъемника. Поворот печи осуществляют вначале на средних цапфах, затем до угла 90...95° — на верхних, что существенно облегчает слив металла из тигля в ковш. Наклон тельфером удобен, прост в исполнении и позволяет обслуживать несколько печей. Гидравлический подъемник обеспечивает более плавный наклон печи и меньшее сотрясение футеровки тигля, но требует больших затрат при обслуживании и значительных производственных площадей.
Вместимость открытых и закрытых (вакуумных) индукционных печей превышает 50 т. Вакуумная индукционная печь (ВИП) отличается от открытой (ОИП) замкнутым герметичным кожухом, позволяющим изолировать металл от окружающей среды и проводить плавку в вакууме, вакуумным оборудованием, обеспечивающим требуемое разрежение над поверхностью металла в тигле, устройствами и приспособлениями для герметизации отдельных секций печи, дозирования добавок ферросплавов и раскислителей, взятия проб металла и измерения температуры, а также наличием других средств контроля и автоматизации технологического процесса.
Загрузку печи шихтой проводят через шлюзовое устройство, расположенное над тиглем соосно с ним. Загрузочную камеру отделяют от плавильного пространства шибером, соединяют с вакуумной откачкой системой и сверху закрывают крышкой. Печи полунепрерывного действия наиболее распространены и имеют преимущества в расходе электроэнергии и производительности, в удобстве обслуживания, в повышенной стойкости огнеупорной футеровки тигля и в возможности более рациональной автоматизации процесса.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики