Особенности электрооборудования индукционных канальных печей

Индукционные канальные печи питаются от сетей промышленной частоты через трансформаторы. Трансформаторы имеют возможность регулировать напряжение для регулирования мощности печи.

Число основных трансформаторов равно число индукционных единиц. Печь снабжают дополнительными трансформаторами или автотрансформаторами для разогрева печи или ее работы на холостом ходу. Номинальная мощность основных трансформаторов может быть до 6000 кВА. Печи с трансформаторами мощностью больше 360 кВА выпускаются на напряжение 6 или 10 кВ, установки меньшей мощности подключаются к сети 380 В. Низкое значение cosj повышают, включая параллельно индуктор, компенсирующий конденсатор. Так как cosj в течение плавки не меняется, то емкость конденсаторной батареи остается постоянной.

В состав установки входят также элементы защиты, аппаратура двигателя для загрузки и слива, вентиляторы. Иногда есть приборы для автоматического регулирования температуры.

Механизмы наклона

Для разливки жидкого расплава печь должна накло­няться. Это не относится к печам с прямоугольной стационарной ванной и к двухкамерным печам. При неболь­ших печах самым дешевым и наиболее подходящим спо­собом наклона является механическое опрокидывание вокруг центра тяжести печи, при этом приходится ми­риться с перемещением сливного носка (рис. 3-26).

Печи средних и больших размеров с цилиндрическим печным объемом (вертикальная ось) наклоняются с по­мощью гидравлического механизма вокруг сливного нос­ка (рис. 3-27).

Печи барабанного типа оборудуются механизмами наклона с электромеханическими приводами (рис. 3-28)

Рис. 3-28. Поворот барабанных канальных печей на катках

О хлаждение

В печах, охлаждаемых воздухом, вентиляторы распо­лагаются непосредственно на индукционной единице, что имеет место прежде всего в малых печах (рис. 3-29), или воздух подводится к индукционной единице через метал­лический рукав от компрессора, находящегося непосред­ственно за печной рабочей камерой. Расположение этого рукава для сжатого воздуха на индукционной единице осуществляется так, чтобы воздух обтекал магнитопровод, индуктор и внутренний кожух. Для эффективного охлаждения необходимо за счет соответствующей скоро­сти воздуха обеспечить требуемый теплообмен между воздухом и охлаждаемой поверхностью. Воздушные вы­ходные каналы, предусмотренные в >печи, не должны быть зафутерованы или перекрыты. Расчет параметров вен­тиляторов приведен в § 4-3. При выполнении печи с во­дяным охлаждением снабжение охлаждающей водой значительно проще. Однако, так как имеются по меньшей мере две цепи с охлаждающей водой (индуктор, охлаждаемая рубашка), при протекании воды в каждой ветви охлаждения должны контролироваться и регули­роваться соответствующими элементами количество про­текающей воды и ее температура (§ 4-2).

Требования к установке печей

При отсутствии ограничений в отношении производ­ственных площадей решающими при установке печи являются вопросы, связанные с загрузкой шихты и от­бором жидкого металла. Уровень сливного носка над полом металлургического цеха представляет собой исход­ный пункт для размещения печи. Размерами печи опре­деляется необходимая для печи площадка, а массой печи и ее распределением по фундаменту определяется вы­полнение этой площадки. Установка печи существенно упрощается, если все возникающие при наклоне печи силы воспринимаются ее механическими конструкциями. В этом случае фундамент нагружен только давлением. При определении участка, занимаемого под печь, не­обходимо предусмотреть место для свободного доступа при обслуживании и контроле всех элементов печи и особенно индукционных единиц. Важно так организовать рабочий участок печи в отношении его внешних разме­ров, конструктивного исполнения и возможностей даль­нейшего обслуживания, чтобы в случае прорыва метал­ла из печи свести к минимуму его последствия. Нижние опоры печи, трубопроводы для?подачи масла, воды и воздуха должны быть максимально облицованы керами­кой. Необходимо обеспечить слив расплава в случае прорыва тигля в аварийный котлован, сухое состояние которого должно быть гарантировано.

ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Типы конструкций

Керамический тигель индукционной тигельной печи имеет простейшую форму и надежен в эксплуатации. По этой причине тигельная печь является самым распрост­раненным типом индукционной печи.

Принцип работы всех тигельных печей одинаков и соответственно одинаково их назначение. Разнообразие применения определяет и различие конструктивных форм. Существуют три конструкции, различные по спо­собу проведения магнитногопотока с внешней стороны индуктора (рис. 3-35): а) Магнитный поток проходит по магнитопроводам из трансформаторной стали; б) магнитный поток проходит по воздуху, стальные конструктивные части защищаются от интенсивного нагрева с помощью медного листа, экранирующего магнитное поле; в) магнитный поток проходит по воздуху.

Эти три варианта имеют наименования: а) закрытая конструкция; б) экранированная конструкция; в) открытая конструкция.

Каждое из этих конструк­тивных решений необходимо рассмотреть более подробно.

Рис. 3-35. Три варианта проведения магнитного потока вне тигля

а – магнитный поток проходит по магнитопроводам; б – магнитный поток проходит по воздуху, стальные конструктивные элементы защищены медным экраном;

в – магнитный поток проходит по воздуху

Открытая конструкция. Вне тигля магнитное поле проходит по воздуху (рис. 3-36). Чтобы исключить индуктивный нагрев конст­руктивных элементов, последние должны быть неме­таллическими или их следует располагать на таком удале­нии, чтобы магнитное поле не оказывало на них влия­ния. В непосредственной бли­зости от индуктора можно использовать только древеси­ну твердых породили подобный материал, на среднем удалении—немагнитный ме­талл и лишь на большом уда­лении — сталь. Приблизи­тельно можно считать, что при использовании стали должен существовать промежуток по меньшей мере в один диаметр индуктора.

Из-за этого, особенно для крупных печей, требуется боль­шая площадь, что может свести на нет преимущество (низ­кая стоимость) этого типа конструкции. При увеличении габаритов печи растет давление набивочных масс. Для хорошей стойкости тигля необходимо, чтобы это давле­ние хорошо воспринималось конструкцией и тем самым достигалось возможно лучшее уплотнение набивочной массы. Поэтому открытая конструкция в основном целе­сообразна для малых печей.

Закрытая конструкция. В такой конструкции (рис. 3-37) магнитный поток вне катушки проходит по радиально располо­жённым пакетам трансформаторной стали магнитопровода. Число магнитопроводов и их па­раметры зависят от габаритов печи, мощности и частоты. Параметры должны, гарантировать отсут­ствие чрезмерного нагрева магнитопроводов при естествен­ном охлаждении и прохождении части магнитно­го потока по магнитопроводам за счет высокой их магнит­ной проводимости.

Это решение по­зволяет получить очень компактную конструкцию, и бла­годаря этому для пе­чи требуется отно­сительно малая пло­щадь. Прохождение магнитного потока по магнитопроводам, кроме того, сни­жает долю тока на­магничивания пер­вичного потока. Име­ет место улучшение коэффициента мощ­ности и некоторое улучшение к. п. д. печи. Ввиду изло­женного закрытая конструкция находит все большее приме­нение. Ее применяют почти исключительно в печах (промышленной частоты и начинают использовать также и в индукционных пе­чах повышенной частоты большой емкости.

Рис. 3-36. Схематический чертеж высокочастотной индукционной печи

Экранированная конструкция. Как указывалось в § 1-4, выделение мощности в теле, помещенном в электромагнитное поле, зависит от величины его удельного электри­ческого сопротивления. Поэтому в медном кожухе энергия поля поглощается с незначительными 'потерями. Если между индукто­ром и элементами 'конструкции расположен замкнутый медный кожух (рис. 3-38), то стальные часта могут быть расположены ближе к индуктору снаружи мед­ного кожуха. Благодаря этому получается также компактная конструкция, что, однако, дости­гается ценой дополнительных за­трат и потерь. Кроме того, замк­нутый экранирующий кожух не позволяет осуществить удобное и всестороннее наблюдение за индуктором. В связи с этим экранированная конструкция не может получить широкого применения.

Рис. 3-38. Разрез высокочастотной индукционной печи с медным экраном.

Частота

1-4 подробно представлены зависимости между продолжительностью плавки, размерами кусков шихты при пуске печи, глубиной проникновения и частотой.

Изменение частоты является для тигельной печи под­ходящим техническим средством для оказания воздействии на продолжительность плавки, поведение печи в пе­риод пуска и интенсивность движения жидкой ванны.

Рис. 3-39. Вертикальный разрез индукционной печи емкостью 140 ^дм3

Принципиально связь между габаритами печи и ча­стотой определяется условием: диаметр тигля больше или равен 3,5 глубины проникновения.

При увеличении габаритов печи тепловые потери, соответствующие величине площади поверхности, возраста­ют по квадратичному закону, а величина объема растет пропорционально третьей степени, поэтому тепловые потери, отнесенные к объему, в малой печи больше, чем в крупной печи. Поэтому в малых печах важно иметь более высокую удельную мощность.

Ориентировочное соотношение между габаритами печи и частотой приведено в табл. 3-8.

Рис. 3-40. Горизонтальный разрез индукционной печи емкостью более 140 дм³

Особенности электрооборудования индукционных тигельных печей

Электрооборудование включает в себя: печь, комплект измерительных приборов с трансформаторами, генератор повышенной или высокой частоты, коммутационную и защитную аппаратуру, конденсаторную батарею, емкость которой можно менять.

Электрооборудование и измерительные приборы в случае повышенной и высокой частоты должно иметь специальное исполнение, допускающее использование специальной аппаратуры в зоне повышенных частот.

Переключатель S позволяет изменять в процессе плавки коэффициент связи индуктора и садки. Такое изменение необходимо в связи с тем, что активное сопротивление шихты различно в различные моменты процесса.

Контакторы К1, К2, К3 позволяют изменять в процессе плавки емкость компенсирующей конденсаторной батареи и поддерживать cosj=1 в цепи индуктора. Это приходится делать, потому что во время плавки также изменяется и индуктивное сопротивление садки, так как изменяется магнитная проницаемость, величины вихревых токов и т.д.

Описание конструкции

Наибольшее распространение в промышленности получили печи емкостью более 140 дм³. Печи этой груп­пы (рис. 3-39—3-41) работают на промышленной частоте или на повышенных частотах, получаемых от статиче­ских или вращающихся преобразователей частоты.

Индукционная единица (индуктор вместе с несущей крепежной конструкцией, встроенный в кожух, образованный магнитопроводами и жесткими профилями стали, (рис.4-42) в этих печах с помощью жесткого болтового соединения подвешивается к опрокидывающейся раме (рис. 3-43), вместе с которой поворачивается вокруг сливного носка при разливке.

Межвитковая изоляция индуктора осуществляется изоляционными прокладками; рассчитанными на витковое напряжение. Индуктор в целом покрыт электроизо­ляционным материалом, обеспечивающим его изоляцию от конструктивных элементов печи, имеющих потенциал земли. Снаружи индуктор полностью защищен от про­никновения пыли и брызг защитной облицовкой. Внутри индуктор обмазан керамической массой, имеющей хоро­шие электроизоляционные свойства. Благодаря этому создается гладкая плотная опора для рабочей футеров­ки. На внутренней поверхности индуктора выложен слой асбеста, толщина которого выбирается такой, чтобы обеспечить перепад температуры, необходимый для хо­рошей стойкости футеровочной массы. Этот перепад вы­бирается таким образом, чтобы образовался тонкий, прочный, оплавленный слой (примерно 1/3 всей толщи­ны), прочный спеченный слой (примерно 1/3) и ближе к индуктору — рыхлый слой, хорошо воспринимающий деформации, связанные с температурными изменениями. В противоположность этому асбестовый слой должен быть плотным. Для стойкости керамического тигля является чрезвычайно важным, чтобы путем тщательного нанесения асбеста (в случае необходимости предвари­тельно увлажнённого и затем высушенного с сохранением формы) образовалась гладкая, жесткая опора для набивного слоя.

Изоляция индуктора выполняется таким образом, чтобы из тигля через индуктор могла удаляться влага. Пакеты трансформаторной стали встраиваются в конст­рукцию из стальных профилей и могут быть установлены вплотную к индуктору. При тщательной стяжке магнитопроводов, постоянном контроле и подтягивании их в про­цессе эксплуатации создается очень жесткое цилиндри­ческое тело, в котором расположен набивной тигель. Число и размеры магнитопроводов определяются габа­ритами и производительностью печи.

Пакеты так встраива­ются в конструкцию печ­ного кожуха, чтобы они могли быть хорошо закре­плены около индуктора, а в случае повреждения могли бы быть отдельно заменены без монтажа его и выбивания тигля

Верхняя опрокидывающаяся рама установ­лена на основной раме вместе с двумя своими опорами. В ней располо­жено вращающееся кре­пление обоих гидравличе­ских цилиндров наклона.

Тигель закрывается футерованной крышкой. Эта крышка может выполняться как поворотная (рис. 3-44) или откидная (рис. 3-45 и 3-46).

Рис. 3-44. Поворотная крышка индукционной печи

В откидном варианте открытая крышка является средством защиты от брызг расплава стоящего сзади обслуживающего персонала. Поворотная крышка имеет то преимущество, что она, будучи полностью открытой, со всех сторон обеспечивает доступ к расплаву при по­даче шихты и, в частности, сзади в отличие от откидной. Так как баланс преимуществ и недостатков зависит от местных производственных условий, то для реализации может быть выбран тот или другой вариант выполнения крышки.

В обоих вариантах крышка приводится в действие гидравлически от маслонапорной установки. Масло под давлением поступает от той же установки, которая обес­печивает подачу масла в цилиндры наклона.