§ 4. Индукционные печи и плавка в них

В настоящее время индукционные печи находят ши­рокое применение в металлургии и машиностроении. В лабораториях используют высокочастотные печи ем­костью от нескольких грамм до 100 кг, в литейных цехах низко – и среднечастотные печи до 2—6 т; наиболее круп­ные печи имеют емкость до 60 т. По сравнению с дуго­выми электропечами в индукционных печах отсутствие электродов и электрических дуг дает возможность полу­чать стали и сплавы с низким содержанием углерода и газов. Плавка характеризуется небольшим угаром ле­гирующих элементов, высоким электрическим к. п. д., точным регулированием температуры металла.

Недостатком печей является холодный, плохо пере­мешиваемый шлак, что не позволяет так же интенсивно, как в дуговых печах, проводить процессы рафинирования. Стойкость футеровки в печах невысокая.

Основной тип современных высокочастотных или ин­дукционных печей — это печи без сердечника. Такая печь состоит из индуктора-катушки, навитой из медной труб­ки с водяным охлаждением. Внутрь индуктора вставля­ется либо готовый огнеупорный тигель, либо тигель наби­вается порошкообразным огнеупорным материалом. При наложении на индуктор переменного электрического то­ка частотой от 50 до 400 кГц образуется переменное маг­нитное силовое поле, пронизывающее пространство вну­три индуктора. Это магнитное поле наводит в металличе­ской садке вихревые токи.

Устройство индукционных печей

На рис. 83 представлена индукционная сталеплавиль­ная печь. В центре печи помещен индуктор. Он имеет вид соленоида и изготовлен из профилированной медной трубы. По трубе идет вода для ее охлаждения. Внутри индуктора набит огнеупорный тигель, схема футеровки представлена на рис. 84. Ток подается по гибким кабе­лям. Печь заключена в металлический кожух. Сверху тигель закрывается сводом. Поворот печи для слива ме­талла осуществляется вокруг оси, расположенной у слив­ного носка. Поворотные цапфы печи покоятся на опор­ных подшипниках станин. Наклон печи проводится при помощи реечного механизма через подвижные шарни­ры-цапфы или гидроприводом. Небольшие печи накло­няют при помощи тали.

Футеровка печей может быть кислой или основной, набивной или кирпичной. Для набивки используют ог­неупорные материалы различной крупности от долей миллиметра до 2—4 мм. Для основной футеровки приме-

Рис. 83. Индукционная сталеплавильная печь:

/ — механизм наклона; 2 —индуктор; 3 —тигель; 4 — свод; 5 —сливной но­сок; 6 — верхняя керамика; 7 — верхняя цапфа; S — нижняя цапфа; 9 — подо­вая плита; 10 — токоподвод

Няют порошок магнезита с добавками хромомагнезита и борной кислоты для связки. Кислые смеси готовят на основе молотого кварцита. Набивку тигля ведут послой­но вокруг металлического шаблона, форма которого со­ответствует профилю тигля.

193

После окончания набивки футеровку спекают и об­жигают. В железный шаблон загружают чугун, вклю­чают ток, металл постепенно разогревается и нагревает футеровку. Затем металл доводят до плавления. В пер­вой плавке расплавляют мягкое железо, что позволяет достичь высокой температуры для обжига футеровки. Крупные печи футеруют фасонным огнеупорным кирпи­чом.

13—398

Электрическое оборудование

Индукционные печи питаются током высокой частоты от ламповых генераторов или током средней частоты (2500 Гц) от машинных преобразователей. Крупные пе­чи работают на токе промышленной лизкой частоты (50

Рис. 84. Футеровка индукционной печи:

1 — индуктор; 2 — тигель; 3 — огнеупорный под; 4 — съемный свод; 5 — Сливной иосок

Гц от сети). Эти печи часто служат в качестве миксеров жидкого металла в литейных цехах.

На рис. 85 представлена упрощенная электрическая схема высокочастотной печи. В схему входят машинный генератор, батарея конденсаторов и автоматический ре­гулятор, плавильный контур. Преобразовательный агре­гат состоит из асинхронного электродвигателя, вращаю­щего генератор и динамомашину, которая дает ток в обмотки возбуждения генератора.

Для компенсации реактивной мощности и создания электрического резонанса устанавливают батарею кон­денсаторов. Часть конденсаторов может быть отключе­на для изменения емкостной составляющей. Резонанс бывает при условии coL=l/coC(L— коэффициент само­индукции печи, С — емкость конденсатора, ю •— угловая частота). Подбирая переменную емкость, можно рабо­тать в условиях, близких к резонансу, т. е. поддержи­вать cos ф близкий к единице. Автоматический регуля­тор электрического режима поддерживает оптимальную электрическую мощность взаимосвязанным регулирова­нием соэф, напряжения и силы тока.

Технология плавки ста­ли в индукционной пе­чи

Xjt

Плавку проводят на высококачественном ломе с пониженным содержа­нием фосфора и серы. Крупные и мелкие куски

Ami

Рис. 85. Электрическая схема ин­дукционной печи:

1 — выключатель; 2 — асинхронный двигатель; 3 — генератор; 4 — дина – иомашина; S — регулятор; 6 — ба­тарея конденсаторов; 7 — индуктор с тиглем

LF 5 J

LwlwJ" I ^АЛГ1 I

1O1

ГО

Так укладывают в тигель или бадью, с помощью которой загружают крупные печи, чтобы Они плот­но заполняли объем тигля. Тугоплавкие ферроспла­вы укладывают на дно тигля. После загрузки включают ток на полную мощность. По мере проплавления и осе­дания скрапа подгружают шихту, не вошедшую сразу в тигель. Когда последние куски шихты погрузятся в жид­кий металл, на поверхность металла забрасывают шла – кообразующие материалы: известь, магнезитовый поро­шок, плавиковый шпат. Шлак защищает металл от кон­такта с атмосферой, предотвращает тепловые потери. По ходу плавки шлак раскисляют добавками порошка кок­са, молотого ферросилиция. Металл раскисляют куско­выми ферросплавами и в конце алюминием. По ходу плавки дают добавки легирующих. Поскольку угара ле­гирующих практически не происходит, то в индукцион­ных печах можно выплавлять сплавы сложного состава.