Масштабы использования тигельных индукционных пе­чей в цветной металлургии непрерывно растут. Если вначале это были печи емкостью несколько десятков и сотен килограммов, работающие на высокой и средней частотах, то теперь изготавливают тигельные печи емко­стью до 25 т. Согласно принятой классификации серия печей ИАТ предназначена для плавки алюминия и его сплавов, ИЛТ — для плавки латуни и других медных сплавов, ИГТ — для плавки магния, ИМВ — для плав­ки меди в вакууме, ИСВ — для плавки стали и никеле­вых сплавов в вакууме.

Тигельная индукционная печь для плавки латуниНа рис. 150 показана схема печи для плавки латуни емкостью 2,5 т, работающей на промышленной частоте.Печь имеет водоохлаждаемый индуктор из неравностен­ной профилированной медной трубки. Витки изолирова­ны друг от друга стеклотканью с пропиткой кремнийорганическим лаком и последующим его спеканием. Тигель внутри футеруют высокоглиноземистой или кварцевой набивными массами. Футерованный индуктор может вы­ниматься из каркаса печи, что позволяет обеспечить его быструю замену. Срок службы футеровки более 2000 плавок. Контроль за состоянием футеровки производит­ся специальным устройством, вмонтированным в дно футеровки тигля, измеряющим ее электросопротивление. При проникновении металла в футеровку уменьшается ее электросопротивление и подается соответствующий сигнал. Для уменьшения магнитного потока рассеяния индукторы по периметру окружены пакетами шихтован­ных магнитопроводов. Для разлива металла печь на­клоняют плунжерными гидравлическими механизмами, питающимися от автономных маслонапорных устано­вок. Электропитание печи осуществляется через ступен­чатый однофазный трансформатор.

Особенностью плавки в индукционных тигельных пе­чах является интенсивное перемешивание металла, выз­ванное действием электродинамических сил. Одновре­менно наблюдается образование мениска на поверхности металла. Являясь положительными до определенного значения, эти эффекты при чрезмерном их проявлении способствуют повышению окисления и газопоглощения металла. Для устранения этих недостатков ограничива­ют удельную мощность печей и индуктор делают лишь на 70% высоты металла в тигле. На оставшиеся 30% высоты ставятся холодные водоохлаждаемые витки для создания одинаковых тепловых условий работы футе­ровки.

Расчеты показывают, что электродинамические эф­фекты уменьшаются с повышением частоты питающего индуктор переменного тока. Частота 150 Гц может быть получена с использованием статического преобразова­теля частоты, при этом удельная мощность печей возра­стает в 1,73 раза без ухудшения условий плавки. При высоком к. п. д. указанных преобразователей (~95%) таким путем можно достичь интенсификации работы тигельных индукционных печей.

Тигельные индукционные печи емкостью 6 т успешно применяются при плавлении вторичного алюминия и алюминиевых сплавов. Это позволило значительно сни­зить угар металла по сравнению с отражательными пе­чами, получать металл лучшего качества. Печи для плавления алюминия футеруют также высокоглинозе­мистой набивной массой или огнеупорным бетоном на жидком стекле, обеспечивающими стойкость более 7000 плавок. Ведутся работы по созданию печей емкостью 16 и 25 т.

Удельный расход электроэнергии в тигельных индук­ционных печах при плавлении металлов составляет: для алюминия 550—700, для латуни 350—380, для магния 400 кВт-ч/т.

Коэффициент мощности печей без компенсации 0,1—0,17.

Для повышения электрического к. п. д. тигельных печей при плавлении цветных металлов с хорошей элек­тропроводностью целесообразно применять тигель из менее электропроводного материала. В связи с этим при плавлении меди в небольших печах использу­ются графитовые тигли. При плавлении магния нашли применение стальные тигли с толщиной стенок 15—50 мм. В зависимости от толщины стенки и ее температу­ры изменяется соотношение мощностей, выделяемых в тигле и в шихте: с увеличением толщины стенки и уменьшением ее температуры уменьшается доля мощно­сти, выделяемой в шихте. Так, при температуре стенки 900° С и толщине 15 мм в шихте выделяется около 70%, а при толщине 50 мм и при той же температуре — всего около 30% всей мощности. Между тиглем и индуктором делается тепловая изоляция из асбеста и магнезитовой засыпки.

Для получения высококачественных металлов и отли­вок с малым содержанием газов применяют вакуумные индукционные тигельные печи, в которых плавление, разлив и охлаждение отливки ведутся в вакууме или в атмосфере защитного газа.

Вакуумная индукционная печьНа рис. 151 показана конструкция широко используе­мой вакуумной индукционной печи мощностью 60—100 кВт. Индуктор и тигель печи 7 находятся внутри гер­метичного кожуха 6, закрываемого крышкой 2. Вследст­вие большого потока рассеивания вокруг индуктора кожух и крышку делают из немагнитной стали или цветного металла; кроме того, крышка и отдельные час­ти кожуха печи охлаждаются водой. При разливе ме­талла кожух наклоняют вокруг оси 5, и металл вылива­ется в изложницу, расположенную в патрубке 3, который закрывается крышкой 4. Для наблюдения за плавкой имеется в крышке смотровое окно. Через патрубок 1 может быть вставлена термопара. Вакуум создается вращающимся масляным вакуумным насосом. Отсос производится через патрубок 5, совмещенный с осью вращения печи. В хорошо отрегулированной печи можно получить вакуум до 10 Па. Электропитание печи осуще­ствляется от машинного генератора переменного тока.

Вакуумная индукционная печь ИСВ-2.5-НИДля выплавки сплавов на никелевой основе в вакуу­ме созданы вакуумные индукционные печи полунепре­рывного действия емкостью 1,0 и 2,5 т (ИСВ-1.0-НИ и ИСВ-2.5-НИ), работающие на частоте 1100 Гц от машинных генераторов мощностью 1000 и 1500 кВт. Разрез печи ИСВ-2.5-НИ приведен на рис. 152. Камера печи представляет собой горизонтально расположенный ва­куумный сосуд с откатывающейся торцовой крышкой, на которой смонтирован плавильный тигель с индукто­ром. Вакуумная система из механического и бустерного насосов позволяет получать разрежение в печи 0,1 Па. Предусмотрена возможность наклона печи и слива металла в изложницы. Запас изложниц хранится в боковой камере, представляющей собой шлюзовое устройство, че­рез которое изложницы могут удаляться из плавильной камеры без нарушения вакуума. С этой целью устроены вакуумные технологические затворы с размером проход­ного отверстия 1000×3300 мм.

Для введения шихты в тигель используется шлюзо­вая камера 2. Загрузка осуществляется с помощью корзины с отпадающим дном. Для введения легирующих элементов используется дозатор, имеющий восемь сек­ций емкостью по 12 л каждая. Таким образом, загрузка шихты, легирующих элементов, подача изложниц и их удаление, а также отбор проб и измерение температуры металла осуществляются без нарушения вакуума в пла­вильной камере и тем самым обеспечивается полунепре­рывный режим работы печи с остановкой лишь для ре­монта футеровки тигля.

Для улучшения cos φ имеются четыре конденсатор­ные батареи с устройством автоматического поддержа­ния заданного значения cos φ.

Для плавления малого количества металла использу­ется серия высокочастотных индукционных печей (ВЧИ) с емкостью тигля от ОД до 25 кг металла. Электропита­ние печей осуществляется от лампового генератора с частотой 440-103 и 66-103 Гц. Для наклона печи исполь­зуется ручная лебедка. Печи такого типа часто имеют графитовый тигель с тепловой изоляцией. Они исполь­зуются с успехом для плавления благородных металлов, а также в лабораторных экспериментах.

Энергетическая характеристика индукционных печей определяется тепловым и электрическим к. п. д., потеря­ми в конденсаторной батарее и токоподводящих шинах, а также в преобразователях частоты тока или в транс­форматоре при использовании промышленной частоты. Тепловой к. п. д. зависит от емкости печи, возрастая с ее увеличением, и соответствует обычно 0,7—0,9. Электрический к. п. д. сильно зависит от расплавляемого ме­талла (его электросопротивления). Потери в конденса­торной батарее и токопроводящих шинах составляют часто 2—3 и 1—1,5% соответственно.