yandex.metrica
Электрометаллургия

Открытые и 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, титан, марганец);
  • избежать науглероживания металла за счет графитизированных электродов и насыщения его водородом и азотом за счет дуг;
  • получать весьма однородный по химическому составу и температуре металл путем перемешивания;
  • осуществлять с меньшими затратами автоматическое управление технологическим процессом плавки.

К недостаткам индукционных печей относятся:

  • низкая температура и повышенная вязкость шлака из-за его нагрева от жидкого металла;
  • отсутствие условий для удаления серы и фосфора из металла;
  • недостаточная стойкость основной футеровки тигля;
  • повышенный расход электроэнергии;
  • малая производительность.

1

На отдельных индукционных печах шлак и металл в тигле подогревают дугами графитизированных электродов или плазменными горелками.
Индукционная печь без железного сердечника характеризуется большим расстоянием между индуктором (первичной обмоткой) и металлом (футеровкой тигля, изоляцией), поэтому поток рассеяния электроэнергии значителен, полезный магнитный поток мал, реактивная мощность в несколько раз больше активной и соsφ= 0,1. Для устранения этого недостатка и компенсации реактивной мощности к питающему печь генератору подключают батарею конденсаторов (рис. 1).

При параллельном включении емкости (конденсаторов) и самоиндукции (тигля) сдвиг фаз между напряжением и током установки уменьшается и при соответствующем соотношении самоиндукции и емкости, когда реактивный ток конденсаторов  Iс будет равен реактивному току самоиндукции Iб.в., этот сдвиг устраняется (рис. 2). Угол сдвига фаз φ → 0, тогда соsφ → 1, а результирующий ток Iрез станет равным активному току цепи.

Обычно емкость батареи конденсаторов С(Ф) выбирают из условия:

C = 1/ω2L=(1/4 π2•ƒ2•L)

где ω – угловая частота (ω = 2π•ƒ); L – коэффициент самоиндукции, Гн.

Реактивную мощность батареи (Рр) определяют по формуле, кВ•А

Рр = U2k•2𕃕C•10-3

Uk – напряжение на конденсаторах,В

2

Из данных соотношений следует, что с увеличением частоты емкость батареи конденсаторов снижается. В то же время, с увеличением частоты возрастают реактивные токи Iр =U•ω •С, увеличивается нагрев батареи, возрастают потери тепла с водой на охлаждение конденсаторов.

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 ток идет в разных направлениях.
На действующих индукционных печах разной емкости интенсивное перемешивание металла обеспечивают без обнажения мениска и стекания шлака 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.

Индукционные печи без железного сердечника выполняют открытыми для введения плавки на воздухе и закрытыми для выплавки стали и сплавов в вакууме и атмосфере заданного состава.