Учебное пособие
В учебном пособии представлена классификация электротехнологиче-ских и электротермических установок, в частности индукционных тигельных печей. Дан ретроспективный анализ развития электропечестроения. Рассмотре-ны принцип действия, конструкция и назначение индукционных тигельных пе-чей. Подробно описан инженерный электрический расчет. Методические ука-зания содержат справочный материал, необходимый для проведения электри-ческого расчета индукционной тигельной печи. Приведен поэтапный расчет индукционной тигельной печи в примерах, иллюстрирующих отдельные под-разделы инженерного электрического расчета.
Электротермические установки являются одной из наиболее распростра-ненных групп и находят применение в различных областях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности и быту.
Электротермические процессы связаны с преобразованием электрической энергии в тепловую с переносом тепловой энергии внутри тела (твердого, жид-кого, газообразного) или из одного объема в другой по законам теплопередачи.
Нагрев различных тел, материалов, жидкостей, газов; перевод их из одно-го агрегатного состояния3 в другое может быть осуществлено с использованием электротермических установок различного вида.
Понятие «Электротермические установки» характеризует электротер-мическое оборудование в комплексе с элементами сооружений, приспособле-ниями и коммуникациями (электрическими, газовыми, водяными, транспорт-ными и др.), обеспечивающими его нормальное функционирование.
Электротермическое оборудование предназначено для технологического процесса тепловой обработки с использованием электроэнергии в качестве ос-новного энергоносителя.
Отличительной особенностью электрической печи (электропечи) являет-ся преобразование электрической энергии в тепловую и наличие нагреватель-ной камеры, в которую помещается нагреваемое тело. Понятие «электропечь» может охватывать как собственно печь, так и в некоторых случаях печь со спе-циальным оборудованием, входящим в комплект поставки (трансформаторами, щитами управления и пр.). Под «нагревательной камерой» понимается конст-рукция, образующая замкнутое пространство и обеспечивающая в нем задан-ный тепловой режим.
Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промыш-ленности для плавки черных и цветных металлов как на воздухе, так и в вакуу-ме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются такие печи ем-костью 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 пе-чах.
Достоинства тигельных плавильных печей:
- Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных на-гревательных элементов.
- Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обес-печивающая быстрое плавление мелкой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объе-му ванны и отсутствие местных пе-регревов и гарантирующая получе-ние многокомпонентных сплавов, однородных по химическому соста-ву.
- Принципиальная возможность соз-дания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной) при любом давлении (вакуумные или компрессионные печи).
- Высокая производительность, дости-гаемая благодаря высоким значени-ям 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 пе-чи благодаря уменьшению тепла, ак-кумулированного футеровкой. Печи этого типа весьма удобны для пе-риодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность 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 воздуш-ного бассейна.
Необходимо отметить следующие недостатки тигельных печей:
- Относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало рас-плава с целью его технологической обработки. Относительно холод-ные 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.
