Печи литейных цехов

Содержание

 

Аннотация           3

 

Введение           4

1. Индукционные тигельные печи                        5

1.1.  Назначение индукционных тигельных печей                                  5

1.2. Принцип действия индукционной тигельной печи                        10

1.3. Типы конструкций тигельной печи                        12

2. Электрический расчет индукционной печи            17

2.1Расчет мощности индукционной печи             18

2.Основной расчет печи                                           19

Заключение                  27

 

Список используемой литературы       28

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

В курсовой работе  рассмотрена  индукционная сталеплавильная печь для выплавки сталей 12х18н10т: дана общая характеристика печи, описан принцип работы индукционной печи с основной и с кислой футеровкой.

Также приведены расчеты печи для выплавки стали массой 1000кг марки 12х18н10т.

Объем контрольно – курсовой работы составляет 28 страниц стандартного листа формата А4 и чертеж индукционной печи типа ДСП А1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В электропечи можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительно меньше. В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.

Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению  с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные стали, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих Печах.

Мощные электропечи успешно  применяют для получения низкоуглеродистых и высокоуглеродистых сталей мартеновского сортамента. Кроме того, в электропечах получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которые необходимо вводить в сталь для легирования и раскисления.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИНДУКЦИОННЫЕ ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ

1.1.  Назначение индукционных тигельных печей                                 

 

 Индукционные  тигельные   печи (ИТП) широко  применяются   в  промыш-ленности для плавки  черных и цветных металлов  как на воздухе, так и в  вакууме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются  такие печи емкостью  от  десятков  грамм  до  десятков  тонн.  Тигельные  индукционные  печи  применяют главным образом для  плавки высококачественных сталей  и других специальных  сплавов,  требующих  особой  чистоты,  однородности  и  точности химического  состава, что недостижимо при  плавке в пламенных и дуговых  печах. 

В качестве примера в табл. 2.1 приведены технические данные некоторых 

тигельных индукционных печей [4, 5, 17],  на рис. 2.1, 2.2, 2.3  индукционные тигельные печи для плавки алюминия емкостью 6 тонн, для плавки сплавов на основе  меди  емкостью 2.5  тонны,  для  плавки  чугуна  емкостью 10  тонн,  а  в    табл.  2.2  приведены  характеристики  некоторых  металлов  и  сплавов,  расплавляемых в  индукционных тигельных печах.

Плавка обычных сортов стали в печах без сердечника менее экономична, чем  в  дуговых,  так же  как  и  обычных  цветных металлов  и  сплавов,  по  срав-нению  с  индукционными  канальными  печами. Однако  в  настоящее  время  тигельные  индукционные  печи  повышенной  и промышленной  частоты широко применяют  за  рубежом  и  в  России   для  плавки  обычных  тяжелых  и  легких цветных металлов и их сплавов в производствах с периодическим режимом работы  и  широким  ассортиментом  выплавляемых  сплавов,  а  также  для  плавки сильно  загрязненной  шихты  с  большим  содержанием  стружки  или  сплавов, требующих модифицирования, поскольку  в  канальных печах наличие каналов затрудняет перевод печей  с плавки  одного  сплава на  другой, и  в  то же  время флюсы и модифицирующие соли, а также грязная мелкая шихта способствуют зарастанию каналов.

 

Таким образом, тигельные  индукционные печи, хотя и отличаются более низкими КПД  и  ϕ cos , а также представляют собой более дорогое и сложное электротехническое  устройство  по  сравнению с индукционными канальными печами,  все же  в указанных случаях более приемлемы и  удобны  в  эксплуатации. Следует отметить попытку совмещения некоторых достоинств и преимуществ индукционных канальных печей (высокий электрический КПД) и индукционных  тигельных печей (относительная простота  ее футеровки)  в промежуточном   конструктивном  решении между  этими типами  печей – создание  индукционной тигельной печи с кольцевой камерой (рис. 2.4, 2.5).

При  таком  решении  могут  частично  проявиться  преимущества  обоих основных  типов  печей. Из-за  наличия  канала,  открытого  сверху,  который  к тому же еще и много шире, чем в канальной печи, металл в печи можно замораживать и вновь запускать печь, используя кольцо замерзшего металла или заливая жидкий металл [20].

Интенсивное  движение  расплава,  имеющее  место  в  печи  с  кольцевой камерой,  ограничивает  мощность  печи.  Поэтому  такая  печь  используется преимущественно для поддержания  металла в расплавленном состоянии. При этом она имеет то преимущество, что на наружной поверхности кожуха могут устанавливаться любые элементы конструкции для загрузки или отбора жидкого материала. Для работы печи металл канала постоянно должен образовывать замкнутое кольцо так же, как в индукционной канальной печи. При наклоне нагрев прекращается в том случае, если кольцо разрывается вследствие очень  большого  угла  наклона. Индукционные тигельные печи  как плавильные устройства обладают большими достоинствами, важнейшие из которых - возможность получения  весьма чистых металлов и  сплавов  точно  заданного состава,  стабильность  свойств  получаемого  металла,  малый  угар  металла  и легирующих  элементов,  высокая  производительность,  возможность  полной автоматизации,  хорошие  условия  труда  обслуживающего  персонала,  малая степень загрязнения окружающей среды.

 

 

 

 

 

Достоинства  тигельных  плавильных печей:              

 •  Выделение энергии непосредственно  в  загрузке,  без  промежуточных   нагревательных элементов. 

•  Интенсивная  электродинамическая  циркуляция  расплава  в  тигле,  обеспечивающая  быстрое  плавление  мелкой  шихты  и  отходов,  быстрое  выравнивание  температуры по объему  ванны  и  отсутствие  местных  перегревов  и  гарантирующая  получение  многокомпонентных  сплавов,однородных  по  химическому  составу.

•  Принципиальная  возможность  создания  в  печи  любой  атмосферы (окислительной,  восстановительной, нейтральной)  при  любом  давлении (вакуумные  или  компрессионные печи).

•  Высокая производительность, достигаемая  благодаря  высоким  значениям удельной мощности (особенно на средних частотах).

•  Возможность полного  слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что  создает условия для  снижения  тепловой инерции печи благодаря  уменьшению тепла, аккумулированного  футеровкой.  Печи этого  типа  весьма  удобны  для  периодической  работы  с  перерывами между  плавками  и  обеспечиваютв озможность  для  быстрого перехода с одной марки сплава на другую.

 Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки, широкие возможности для механизации и автомати-зации процесса. Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздушного бассейна.

 

 

Необходимо отметить следующие  недостатки  тигельных печей: 

 •  Относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава  с  целью  его  технологической  обработки. Относительно  холодные шлаки затрудняют протекание реакций между металлом и шлаком и, следовательно, затрудняют процессы рафинирования. Шлак в ИТП, индифферентный  к  электрическому  току,  нагревается только  от  рас-плавляемого металла, поэтому его температура всегда ниже.

•  Сравнительно низкая стойкость  футеровки при высоких рабочих тем-пературах расплава и при наличии теплосмен (резких колебаний тем-пературы футеровки при полном сливе металла). 

•  Высокая  стоимость  электрооборудования,  особенно при  частотах  вы-ше 50 Гц.

•  Более низкий КПД  всей установки вследствие необходимости  иметь в установке  источник  получения  высокой  или повышенной  частоты,  а также конденсаторов, а также при плавке материалов с малым удель-ным сопротивлением.

 

Сочетанием  таких  качеств (высокая  стоимость  электрооборудования  и низкий КПД) определяется область  применения индукционных  тигельных  пе-чей: плавка легированных сталей и синтетического чугуна, цветных тяжелых и легких сплавов, редких и благородных металлов. Поскольку область применения  этих  печей  ограничивается  не  техническими,  а  экономическими  факторами,  по мере  увеличения  производства  электроэнергии  она  непрерывно  расширяется, захватывая все более дешевые металлы и сплавы.

 

К  сказанному необходимо  добавить,  что  тигельные индукционные печи широко применяют для плавки и выдержки чугуна.

Основной тенденцией в  развитии индукционных тигельных печей являет-ся рост как единичной емкости, так и суммарной емкости парка печей, связан-ный, прежде всего с потребностью в больших количествах высококачественного металла. Кроме того, при увеличении емкости повышается КПД печи и снижаются удельные расходы на ее изготовление и эксплуатацию.

По сравнению с топливными печами производительность тигельных ин-дукционных печей выше; кроме того, плавка в тигельных индукционных печах дает металл более высокого качества и потери выплавляемых сплавов меньше.

Тигельные печи все чаще стали использовать в комплексе с другими пла-вильными агрегатами (вагранками, дуговыми печами). В этих случаях металл, предварительно расплавленный в указанных печах, поступает в индукционную электропечь для рафинирования и доведения до заданного химического состава. 

 

  

1.2. Принцип действия индукционной тигельной печи

 

 В  основе  работы  тигельной  печи  лежит трансформаторный  принцип  передачи  энергии индукцией  от  первичной  цепи  ко  вторичной.

Подводимая  к  первичной  цепи  электрическая энергия переменного тока превращается в электромагнитную,  которая  во  вторичной  цепи  переходит  снова  в  электрическую,  а  затем  в  тепловую.

Индукционные  тигельные  печи  также называют индукционными печами без сердечника. Печь  представляет  собой  плавильный  тигель,как  правило,  цилиндрической   формы,    выполненный   из    огнеупорного    материала    и  помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику   переменного   тока (рис. 2.6).  Металлическая шихта (материал, подлежащий плавлению)  загружается в тигель и, поглощая электрическую энергию, плавится. В тигельной печи (рис. 2.6) первичной обмоткой служит индуктор, обтекаемый переменным током, а вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – сам расплавляемый металл, загруженный в тигель и помещенный внутрь индуктора. 

Магнитный поток в тигельной  печи проходит в той или иной степени по самой шихте. Поэтому для работы печи без сердечника имеют большое значение магнитные свойства, а также размеры и форма кусков шихты.

 

Когда в качестве шихты  применяют ферромагнитные металлы, то до того момента,  пока  их  температура  еще  не  достигла  точки  Кюри,т.е. o

~ 770÷ 740  С, их магнитная  проницаемость сохраняет свою  величину. В  этом случае шихта  будет играть роль не только  вторичной обмотки и нагрузки, но и незамкнутого  сердечника. Иначе  говоря,  при  плавке  в тигельной печи ферромагнитных  металлов  разогрев шихты  в  первый  период (до  точки Кюри)  произойдет  не  только  за  счет  тепла,  выделяемого  от  циркуляции  в ней вихревых токов, но и  за счет потерь на ее перемагничивание, которое в этот период наблюдается в шихте. После точки Кюри ферромагнитные тела теряют свои магнитные  свойства и работа индукционной печи  становится  аналогичной работе воздушного трансформатора, т.е. трансформатора без сердечника.

Тигельная  печь  по  принципу  действия  подобна воздушному  трансформатору.

Мощность, а следовательно, и тепло, выделяемое вихревыми токами, которые наводятся и циркулируют  в садке, зависят от частоты переменного магнитного поля. При промышленной частоте  50Гц концентрация энергии, выделяемой вихревыми токами, незначительна и не превышает [3] несколько 2ватт на 1 см поверхности. Поэтому для эффективной работы печи без сердечника приходится питать их токами повышенной, а в отдельных случаях и высокой частоты, что достигается установкой специальных генераторов частоты.

Как  показали  теоретические  и  экспериментальные  исследования  печей без сердечника, частота питающего тока может быть соответственно понижена в зависимости от диаметра садки, т.е. емкости печи, и удельного сопротивления расплавляемого металла. В частности, этими исследованиями определены следующие основные положения, которые позволили значительно упростить установку печей без сердечника:

-  каждой емкости печи  и сопротивлению шихты соответствует своя оп-тимальная  частота  питающего  тока. При  частоте,  ниже  оптимальной, КПД печи сильно понижается, выше оптимальной – почти не изменя-ется;

-  с увеличением емкости  печи частоту тока можно соответственно  снизить.

 

В результате  анализа  отмеченных выше факторов (диаметра  садки и  со-противления  шихты),  влияющих  на  частоту  питающего  тока,  было  получено уравнение, которое дает минимальное значение частоты для данного металла и диаметра садки [2, 3]: