Индукционная печь для плавки цветных металлов

Индукционная печь — часть индукционной установки, включающая в себя индуктор, каркас, камеру для нагрева или плавки, вакуумную систему, механизмы наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве и др. Индукционная тигельная печь (индукционная печь без сердечника), представляет собой плавильный тигель цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещённый в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока.

Металлическая шихта загружается в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

Каркас печей небольшой емкости (<0,5 тонн) делают в форме прямоугольного параллелепипеда из асбоцемента, дерева, выполняя несущие ребра из уголков и полос немагнитной стали, дюралюминия. В местах соединения металлических элементов укладывают изоляционные прокладки для исключения кольцевых токов. Индуктор в каркасе крепят к верхней и нижней опорным асбоцементным плитам (рис. 1).

Рис. 1. Индукционная печь: 1 - каркас, 2 - подовая плита, 3 - индуктор, 4 - изоляционный слой, 5 - тигель, 6 - асбоцементная плита, 7 - сливной носок, 8 - воротник, 9 - гибкий токопровод, 10 - деревянные брусья.

Он имеет форму полого цилиндра, образован уложенными в виде спирали витками из медной трубки. Для исключения электрического пробоя витки изолируют (на малых печах с небольшим напряжением достаточна воздушная изоляция, достигаемая зазором между витками в 10 - 20 мм).

Футеровка индукционной печи состоит из: футеровки тигля, подовой плиты, верхней керамики (воротника) со сливным носком. Подовая плита служит основанием для футеровки тигля и для индуктора; на средних и крупных печах ее выполняют из шамотных блоков или кирпичей, иногда на крупных печах из огнеупорного бетона.

Футеровка индукционной плавильной печи должна обладать следующими свойствами:

• высокой огнеупорностью и шлакоустойчнвостью;

• высокой термостойкостью;

• высокой механической прочностью;

• минимальной толщиной.

По внутренней полости медной трубки пропускают охлаждающую воду. Для равномерного охлаждения на средних и больших печах индуктор делят на 2 - 4 секции с самостоятельным подводом воды. В состав электрооборудования индукционной печи входят также подключаемые к силовой цели через трансформаторы тока и напряжения электроизмерительные приборы и приборы защиты (от перегрузок по току и напряжению и в случае отключения охлаждающей воды).

Плавку в индукционных печах ведут без окисления примесей и не ставят задачу удаления фосфора и серы. Стали и сплавы выплавляют либо из легированных отходов (метод переплава), либо из чистого шихтового железа и лома с добавкой ферросплавов (метод сплавления).

В индукционную печь с основной футеровкой выплавляют сталь любого состава, но стойкость этой футеровки ниже, чем кислой. В печах с кислой футеровкой нельзя выплавлять стали с высоким содержанием марганца, алюминия, титана, циркония, так как окислы марганца, взаимодействуя с кремнеземом футеровки, быстро разрушают ее, а алюминий, титан и цирконий восстанавливают кремний из кремнезема футеровки.

Плавка в печи с основной футеровкой очень небольшая, что не позволяет многократно проверить состав металла путем его анализа, поэтому получение стали с заданным составом базируется на предварительном расчете шихты.

Шихту составляют из мелких и крупных кусков, обеспечивая плотность ее укладки и сокращение длительности плавления. Наиболее крупные куски укладывают у стенок тигля, где плотность токов максимальная. Тугоплавкие ферросплавы загружают в нижнюю половину тигля. При плавлении поддерживают максимальную мощность генератора и высокий cosφ путем подключения конденсаторов.

Длительность плавления изменяется от 30 - 40 минут на малых печах до 2 часов на крупных установках. После расплавления отбирают пробу металла на анализ и сливают плавильный шлак, чтобы предотвратить восстановление из него фосфора, после чего наводят новый шлак, добавляя шлакообразующую смесь того же состава, что и в период плавления. Мощность на индукторе снижают на 30 - 40 процентов.

После получения результатов анализа проводят легирование, корректировку состава металла, его раскисление введением в тигель соответствующих ферросплавов, после чего металл сливают из тигля в ковш.

{banner_direct2}

Главный недостаток данных печей - относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью технологической обработки. Шлак в индукционной плавильной печи разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже.

Достоинства тигельных плавильных печей:

1. Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;

2. Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;

3. Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;

4. Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;

5. Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки лечи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой;

6. Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;

7. Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздуха.

М.С. Демидович, А.С. Комиссарова, В. Л. Добровольская