Описание тигельной индукционной печи. Принцип работы

       При  использовании ручных электровибраторов  футеровку тигля делают послойно 30-50 мм. Для больших печей применяют несколько шаблонов, так как высота шаблона должна быть не более 500-600 мм, устанавливаемых последовательно друг на друга по мере уплотнения тигля.

       После  футеровки тигля металлический  шаблон остаётся в печи и  расплавляется при её нагреве.

       Зерновой  состав набивной массы оказывает  большое влияние на долговечность  набивной футеровки. Так, при использовании мелких фракций получают хорошее спекание и более плотную футеровку, хорошо противостоящую воздействию металла и шлака. Однако при высоком содержании мелких фракций стенки футеровки быстро и глубоко спекаются, что значительно уменьшает термическую стойкость футеровки и приводит к образованию в ней сквозных трещин.

       При  большом количестве крупных фракций  футеровка менее плотна, спекаемость массы снижена.

        Футеровку печи сушат плавно, повышая температуру, что исключает отслаивание футеровки. Печь нагревают при включении индуктора в электрическую сеть. Предварительно в печь загружают несколько стальных или чугунных блоков, которые, нагреваясь вихревыми токами, разогревают футеровку печи. Обычно время нагрева до 1000°С не превышает 10 часов. Затем печь переключают на более высокую ступень напряжения и расплавляют металл, загружаемый в печь, или в печь заливают жидкий металл из другой печи. Футеровка печи спекается при рабочей температуре за 1 час. Температура спекания футеровки при плавке чугуна 1500°С.

       Срок  службы футеровки зависит и  от химического состава металла.  При выплавке чугуна может  иметь место переход кремния из футеровки в жидкий металл. Например, для чугуна, содержание 3%Сu и 1%Si, температура равновесного состояния равно 1400°С.

Футеровка печи ИЧТ-10.Перед началом футеровочных работ покрытый обмазкой индуктор обложить изнутри слоем асбестового картона 5 мм, второй слой – миканит 1мм.

Футеровка электропечи кварцевая.

1. Формовочные материалы.
1. Кислые огнеупорные материалы: чистый кварцит и борная кислота или борный анледрид, их применяют в качестве связуещего.




2. Первоуральский кварцит ПКММ – 97%, его влажность должна быть не более 0,3%.
3. Борная кислота – 3%. Влажность не более 0,2%. Для контроля кварцита используют сита с ячейками в свету 3 мм; 1 мм; 0,5мм; 0,1мм.

 

Изготовление подины электропечи.

Подину выполняют из штучных огнеупоров. Состав футеровочной массы для подины тигля.

ППММ – 98,8%.

Борная кислота – 1,2%.

 

Изготовление стен тигля.

Состав набивной массы  для стен тигля набиваемых до уровня 2/3 общей высоты тигля.

ПКММ – 1,5%.

Состав набивной массы  для стенок верхней части (1/3 часть общей высоты).

ПКММ – 98,2%.

Борная кислота – 1,8%.

 

Футеровка крышки выполняется  из огнеупорного бетона:

Магнезитовый заполнитель  – 50%.

Тонкомолотый магнезит – 28%.

Мариламит, влажностью 0,005% - 12%.

Жидкое стекло – 10-12%.

Кремнеортофосфат натрия – 1,6%.

Механизм наклона.

При разливке металла  каркас печи и формовой необходимо наклонять на 95°-100°. Большие печи имеют, как правило, механизм наклона с гидравлическим цилиндром, соединенным с помощью шарниров с её каркасом и рамой. Гидравлический цилиндр гибкими шлангами соединён с насосной станцией. Из противопожарных соображений в гидросистемах вместо масла целесообразнее применять негорючую жидкость.

Механизм поворота крышки.

 Футеровочная крышка, закрывающая рабочее пространство, имеет гидравлический привод. Открытие и закрытие крышки производится с пульта управления. Наклон в одну сторону на угол 100°. С помощью двух гидравлических плунжеров.

Электрооборудование.

      В комплект  печной установки входит трансформатор, конденсаторные батареи, преобразователь частоты тока, щиты управления и питающие кабели. Печь подключается к сети высокого напряжения (до 35кВт) через высоковольтный выключатель. Трансформатор имеет несколько регулировочных ступеней на вторичной стороне (до 10), что позволяет подводить необходимое напряжение к индуктору в зависимости от режима работы печи. Для компенсаций индуктивной мощности индуктора предназначены две конденсаторные батареи. Одна батарея включена постоянно, другую включают частями, по мере необходимости. Это даёт возможность для любого режима работы печи получать cosφ, близкий к единице.




Система охлаждения печи.

     Такие элементы  печи, как индуктор, конденсаторы, кабели, могут работать только при их интенсивном охлаждению Для охлаждения используют воду. Температура воды на выходе из индуктора должна быть не более 50°С, при перепаде температур воды не более 25°С. Температура входящей воды не ниже 10°С.

      При малом расходе  воды и высокой её температуре  (на выходе из индуктора) на  стенках трубки индуктора может  образоваться накипь, что приведёт к ухудшению его водоохлаждения и выходу преждевременно из строя.

       При большом  расходе воды и низкой её температуре (на выходе из индуктора) может произойти отпатевание индуктора и пробой изоляции.

       Для ИЧТ-10 расход  воды 25 , индуктор – 24 , токопровод - 1 при давлении 0,2 Па.

Плавка в ИЧТ-10.

Загрузка шихты в  тигель осуществляется с помощью  бадей, лотков, питателей и др. Шихта, флюсы и добавки должны быть сухими. При загрузке следует обратить внимание на габариты кусков первой порции шихты: размеры d не менее 175 мм. или куски размерами 160×160 мм.

      20%-30% от ёмкости  тепла, следует оставлять для использования мелкой шихты, после каждой плавки и слива металла.

       В первый период  плавки, когда в тигель загружается только твёрдая шихта. Скорость нарастания не менее 100°С в час. В три, четыре приёма по мере расплавления предидущих загрузок.

       Нагрев и расплавление  металла происходит за счёт  протекающих в нём токов, которые возникают под воздействием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. При этом возникает так же электрические силы, которые создают интенсивное перемешивание металла, обеспечивающее равномерность температуры и однородность химического состава расплавленного металла.

       После загрузки  в электрическую печь шихты  (чугунных чушек, чёрного лома) крышка печи опускается и закрывает тигель.

       Электропечь  включается на режим плавки. По  окончании процесса расплавления  и перегрева электропечь отключается и металл сливается в разливочный ковш или форму. Наклон производится при помощи двух плунжеров наклона. Плунжеры наклона и гидроцилиндр механизма подъёма и поворота крышки приводится в действие давлением масла, поступающего по трубопроводу от маслонапорной установки, расположенной вблизи электропечи.

      Основными  достоинствами печей этого типа  является простота перехода с  плавки одного сплава на другой, высокая скорость нагрева, хорошее перемешивание металла, небольшой угар, возможность ведения плавок в любой атмосфере, в том числе и вакууме.

 

 

 

 




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение  геометрических размеров




системы индуктор-металл

 

Исходные данные: плотность d_ж=7 т/м³=7000 кг/м³;

Вместимость тигля ИЧТ-10, m₀=10000кг=10т.

    Порядок расчета 

Принимаем компоновку системы  «индуктор-металл» по рисунку 1:

 

 

 

 

 

 

Выбираем соотношение  А= D_н.ср./h_м: по формуле А=0,8*m₀^0,05;

A=0,8*10^0,05=0,89; (по рис.8.2[2],стр. 150) принимаем А=0,99;

 Определяем средний диаметр объема объема жидкого металла в тигле D_м.ср. по формуле

 

 

Определяем высоту (глубину) объема жидкого металла h_м по формуле:

 h_м= D_м.ср/А;

 h_м=1,2/0,99=1,21м;

 

 

 

 

 

По заданному объему жидкого  металла 

V_м=10000/7000=1,4м³;

 h_м определяем по формуле




   Принимаем h_м=1,24м.

Высоту глубины тигля  определяем по формуле 

h_т=(1,4..1,2)*h_м;

h_т=(1,4*1,24)=1,73 м;

Определяем толщину  футеровки тигля по формуле :

при расчете средней толщины  футеровки тигля следует иметь в виду, что увеличение толщины футеровки с одной стороны, способствует уменьшению тепловых потерь из тигля и повышению механической прочности футеровки тигля в условиях гидростатического давления и электродинамического воздействия жидкого металла; с другой стороны вызывает снижение электрического к.п.д. системы «индуктор-металл» и неблагоприятное усиление реактивной мощности в зазоре между металлом и индуктором:

Dф=0,087*10^0,175=0,13м;

     Внутренний диаметр индуктора D_вт определяем по формуле:

D_вт= D_м.ср+2*Dф;

D_вт= 1,2+2*0,13=1,46 м;

Определяем высоту индуктора h_и по формуле:

h_и=(0,7..1,3)* h_м;

Высоту индуктора h_и  выбирают таким образом, чтобы обеспечить нагрев металла в местах с ослабленной напряженностью магнитного поля, что имеет место у торцов индуктора вследствие рассеяния магнитного потока; определяем высоту индуктора исходя из следующего условия:

Так как печь ИЧТ-10 работает на промышленной частоте(f=50Гц), то высота индуктора меньше высоты металла:

      h_и=1,24*0,85=1,06м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




3. Тепловой расчет

      3.1 Определение полезной энергии.

Полезный расход энергии W_пол в ИТП необходим для изменения энтальпии загружаемой металлошихты массой m₀(пренебрегая угаром) при нагреве, плавлении и перегреве жидкого металла до температуры заливки:

W_пол= W_у.т.* m₀, где W_у.т.- удельный теоретический расход энергии для индукционной плавки. Принимаем W_у.т.=355 кВт*ч/т ([1], приложение 8).

W_пол= 355*10=3550 кВт*ч/т;

       3.2 Определение тепловых потерь.

       Исходные данные

Температура жидкого  металла 1673 К.

Футеровка стены тигля:

- кварцевая набивная  масса                0,123 м

- асбестовый картон                            0,005 м

-меканит                                               0,001 м

- защитная обмазка                              0,001 м

                                                               Dф=0,13 м

Футеровка подины тигля:

-кварцевая набивная  масса                 0,153 м

-асбестовый картон                             0,005 м

-меканит                                               0,001 м

-шамотный кирпич(ША)                    0,2     м

-асбестовый картон                             0,005 м

                                                             Dп=0,364 м

 

                        

Футеровка свода

-огнеупорный бетон  0,3 м.

Порядок расчета.

А. Тепловые потери через стенку тигля.

Тепловые потери через  стенку тигля определяем по формуле

Ф_ст=(Т_р-Т_в)*10^-3{ⁿ_i=1S[ln(D_i+1/D_i)/2pn:h_m]+1/a*S_т.о.}^-1;

Где Т_р- температура внутренних поверхностей футеровки тигля, равная температуре жидкого металла; Т_р=1673 К; Т_в- температура воды, охлаждающей индуктор, 293 К;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D₁= D_м.ср- средний внутренний диаметр тигля, равный расчетному диаметру металла;

N- число слоев стенки тигля, включая электроизоляционную обмазку; l_I- теплопроводность i-го слоя, Вт/(м*К); a- коэффициент конвективной теплоотдачи в системе охлаждения a состовляет 2..8 кВт/(м²*К);

S_т.о.- площадь теплоотдающей поверхности охлаждения индуктора, м².

Пренебрегая тепловыми  сопротивлениями медной стенки индуктора с теплопроводностью 390 Вт/(м²*К) и конвективной теплоотдачи в системе охлаждения индуктора




при a=2..8 кВт/(м²*К);

Определяем потери через  стенку по формуле:

Определяем внешние  диаметры слоев футеровки стены  тигля, м:

D₁=1,2+2*0,123=1,45м;

D₂=1,45+2*0,005=1,46м

      D₁=1,46+2*0,001=1,462м

D₁=1,462+2*0,001=1,464м

 

Задаем распределение  температур по границам слоев, К:

Т₁=400 К;

Т₂=355 К;

Т₃=315 К;

Т₄=300 К.

Определяем средние  значения температуры слоев, К:

Т_ср.1=0,5*(1673+400)=1036 К;

Т_ср.2=0,5*(1036+355)=695 К;

Т_ср.3=0,5*(695+315)=505 К;

Т_ср.4=0,5*(505+300)=402 К;

Оцениваем по приложению 4 [2] средние значения теплопроводности слоев, Вт/(м*К):

l₁=0,8; l₂=0,21; l₃=0,17; l₄=0,7.

Поскольку соотношение  внешних и внутренних диаметров цилиндрических слоев футеровки стены тигля составляет:

D₁/D_м=1,45/1,2 »1,20 < 1,8;

D₂/D₁=1,46/1,45 »1< 1,8;

D₃/D₂=1,462/1,46 »1< 1,8;

      D₄/D₃=1,464/1,462 »1< 1,8.

То тепловое сопротивление (R_т) К/Вт, каждого цилиндрического слоя высотой h_м=1,24 м

Определяем с учетом средней (расчетной) пощади (S_р)i, м².

S_р1=3,14*0,5*1,24*(1,45+1,2)=5,159 м²;

S_р2=3,14*0,5*1,24*(1,46+1,45)=5,665 м²;

S_р3=3,14*0,5*1,24*(1,462+1, 46)=5,688 м²;




S_р4=3,14*0,5*1,24*(1,464+1,462)=5,696 м²;

Определяем тепловые сопротивления для i-ой стенки тигля, по формуле:

R_тi=D_i/l_i*S_pi;

R_т1=0,123/0,8*5,159= 0,029 К/Вт;

R_т2=0,005/0,21*5,665= 0,0008 К/Вт;

R_т3=0,001/0,17*5,688= 0,001 К/Вт;

R_т4=0,001/0,7*5,696= 0,0002 К/Вт;

Приняв температуру  охлаждающей воды в индукторе  Т_в=293 К, определим типовые потери через футеровку стены тигля:

Принятые значения температуры  Т₁ по границам слоев проверяем аналитически по тепловому потоку Ф_ст с учетом соответствующего теплового сопротивления R_т:

Т₁=1673-44000*0,029=397 К;

Т₂=397-44000*0,0008=361 К;

Т₃=361-44000*0,001=317 К;

Т₄=317-44000*0,0002=308 К.

С учетом допустимой погрешности  определения температуры не более ±20 Красчет выполнен корректно.

Б. Тепловые потери излучением с зеркала ванны жидкого металла определяем по закону

Стефана- Больцмана по формуле:

 W₀=с*(T_p/100)⁴*y*S*t₀, кВт,

где с – коэффициент  излучения абсолютно черного  тела с=5,7 Вт/(м²*К⁴);

S- площадь отдающей поверхности тела, м²;

y- коэффициент диафрагмирования, y=0,85;

t₀- время открытия крышки t₀=0,1 ч.

W₀=5,7*(1673/100)⁴*(0,25*3,14*1,2²)*0,85*0,1=42 кВт;

В. Определяем тепловые потери через футеровку свода W_з за время t_з по формуле

где Т_в- температура вохдуха 293 К;

a_нар- теплоотдача с теплоотдающей поверхности свода, обращенной вверх, К=3,3

a_нар принимаем 20 из приложения 1 табл.Л1-1[3].

t_з- время при котором свод закрыт 1,5 ч.

S_т.о.- площадь теплоотдающей поверхности м².

Зная конструкцию футеровки  свода, определяем среднюю площадь  огнеупорного бетона.

S_1.=3,14*1,376²/4=1,48 м²;




S_т.о.=3,14*1,376²/4+3,14*1,376*0,3=2,77 м²;

S_р.=0,5*(1,48+2,77)=2,12 м².

Оцениваем по Приложению 4 среднее значение теплопроводности слоя, Вт/(м*К)

l=0,9, при Т_ср=1046 К.

Определяем тепловое сопротивление по формуле  R₁=0,3/(0,9*2,12)=0,16 [кВт];

Определяем тепловой поток через футеровку свода:

Задаем распределение  температуры по границам слоев, К: Т₁=1673; Т_т.о.=420.

Принятые значения температур, по границам слоев, проверяем аналитически по тепловому потоку с учетом соответствующего  R₁;   1/(a* S_т.о.)=0,018.

Т_т.о.=1673-7865*0,16=414 К.

Проверим температуру  воздуха Т_в:

Т_в=414-7865*0,018=272 К.

Расчет выполнен корректно.

Определяем тепловые потери:

W_з=Ф_з*t_з

W_з=7,865*1,5=11,79 кВт.

Г. Тепловые потери через подину тигля определяют по формуле:

где a₂- коэффициент теплоотдачи с теплоотдающей поверхности, обращенной вниз.

Расчетные площади (S_p)_i  , необходимые для определения частного теплового сопротивления теплопроводности i-го слоя футеровки подины, определяем с учетом соотношения площадей тепловоспринимающей и теплоотдающей поверхностей данного слоя:

S_p=0,5*(S₁+S₂), если S₂/ S₁ < 2;

, если S₂/ S₁ > 2;

Приняв для условий  расчета Т_в2 и Т_т.о. =510 К,

находим по ([  ], приложение 3), a_S=29 Вт/(м²*К). Для расчета принимаем

a₂=12 Вт/(м²*К). Зная конструкцию футеровки подины тигля определяем средние(расчетные) площади каждого слоя:

S_м=1,2 м²; S₁/ S_м=1,46< 2

S_р1=0,5*0,25*3,14*(1,2²+1,45²) = 1,39 м²;

S₂/ S₁»1< 2

S_р2=0,3925*(1,45²+1,46²)=1,66 м²;

S₃/ S₂»1< 2; S_р3=0,3925*(1,46²+1,462²)=1,675 м²;

S₄/ S₃»1< 2; S_р4=0,3925*(1,462²+1,464²)=1,677 м²;

S₅/ S₄»1< 2; S_р5=3,14*0,25*1,464²=1,68 м²;

Задаем распределение  температур по границам слоев, К:

Т₁=1100 К; Т₂=1054 К; Т₃=1040 К; Т₄=580 К;

Т₅=510 К; Т_т.о.= Т₅=510 К; Т_в2=295 К;




Определим среднее значение температуры  слоев, К:

Т_ср1=0,5*(1673+1100)=1386 К;

Т_ср2=0,5*(1386+1054)=1220 К;

Т_ср3=0,5*(1220+1040)=1130 К;

Т_ср4=0,5*(1130+580)=855 К;

Т_ср5=0,5*(855+510)=682 К;

Оцениваем по [2], Приложение 4, средние значения теплопроводности слоев футеровки, Вт/(м*К): l₁=0,9; l₂=0,22; l₃=0,3; l₄=1,16; l₅=0,19.

Определяем тепловые сопротивления:

R_T1=d₁/(l₁*S_p1)=0,153/(0,9*1,39)=0,12 К/Вт;

R_T2=0,005/(0,22*1,66)=0,013 К/Вт;

R_T3=0,001/(0,3*1,675)=0,0019 К/Вт;

R_T4=0,2/(1,16*1,677)=0,1 К/Вт;

R_T5=0,005/(0,19*1,68)=0,015 К/Вт;

R_T6=1/(12*1,68)=0,049 К/Вт;

Тепловые потери через  футеровки подины тигля:

Принятые значения температуры  Т_i по границам слоев необходимо проверить аналитически по тепловому потоку Ф_под с учетом соответствующего теплового сопротивления R_T :

Т₁=1673-4600*0,12=1121 К;

Т₂=1121-4600*0,013=1061 К;

Т₃=1061-4600*0,0019=1052 К;

Т₄=1052-4600*0,1=592 К;

Т_т.о.=Т₅=592-4600*0,015=523 К;

Т_в2=523-4600*0,049=297 К.

СМ учетом допускаемой  погрешности определения температуры не более ±20 К расчет выполнен корректно.

Д. Суммарные тепловые потери составляют Ф_S=Ф_ст+Ф_под+(W₀+W_з)/t_пл;

t_пл- продолжительность плавки, ч: Ф_S=44+4,6+(42+11,79)/1,6=82,2 кВт.

Активная мощность необходимая  для компенсации тепловых потерь Ф_S составит согласно формуле:

Р_т.п.=(1,1..1,2)* Ф_S;

Р_т.п.=1,2* 82,2=99 кВт.

Е. Определение активной мощности, выделяемой в металле.

Активную мощность, выделяемую в металле Р_м определяем по формуле:

Р_м=W_пол/t_э*h_тигля;

где t_э- энергетический период, t_э=1,4 часа;

h_тигля=0,9;

Р_м=3550/1,4 *0,9=2817 кВт.

Проверка по предельному  значению удельной мощности:

h_э=0,8.

Р_м/h_э*m₀£ [P]; [P]=247 кВт;

Условие выполняется, следовательно, расчет произведен, верно.




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




4. Электрический расчет

 

4.1 Обоснование рабочей  частоты тока  f_раб выполним на основе определения f_min согласно формуле: f_раб> f_min=25*10^6*r_м /[(m_r)_м*D_м²]

где r_м- удельное электрическое сопротивление расплавляемого металла, равное для жидкого чугуна r_м=125*10^-8 Ом*м;

(m_r)_м- относительная магнитная проницаемость .

(m_r)_м=1;

f_min=25*10^6*125*10^-8 /[1*1,2²]=21 Гц.

Определяем критическую  частоту f_крит графоаналитическим методом:

f₁=50> f_min; f₂=250> f_min; f₃=1000>> f_min;  f₄=2400>> f_min;

Для расчета электрического К.П.Д. h_э по формуле:

где r_и- удельная электрическое сопротивление индуктора r_и=2*10^-8 Ом*м; К_пр и К_мр- поперечные коэффициенты активной мощности, характеризующие условия затухания цилиндрической электромагнитной волны соответственно в индукторе и металле и зависящие от соответствующих относительных диаметров индуктора

D_вт/d_э.п. и металла D_м/d_э.п;

и - эквивалентная глубина проникновения полосной электромагнитной волны соответственно в материал индуктора и нагреваемый металл, м;

R_м.р- коэффициент характеризующий рассеяние магнитного потока в системе «индуктор- металл» и зависящий от геометрических размеров; К_з- коэффициент заполнения индуктора, К_з=0,8.

Для ????? геометрических размеров

А=D_м/h_м=0,96; D_вт/h_и=1,37; К_h=h_и/h_м=0,85; К_т.р.= 0,86. Расчет по формуле дает следующий результат:

f, Гц…….50        250         1000             2400

l_э……….0,8        0,8            0,8               0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По этим результатам строим график зависимости l_э=Х_n(f); (h_э)_lim=0,8




Рис.2 Зависимость электрического к.п.д. системы «индуктор-металл»  от частоты.

 

f₁=50 Гц следовательно f_раб=50 Гц.

В качестве источника  питания проектируемой ИТП можно использовать термиторный преобразователь частоты типа ТПЧ, который создает номинальное напряжение 2000 В.

 

4.2 Расчет электрических  параметров.

Определяем глубину  проникновения металла

Определяем напряженность  магнитного поля в индукторе, А/м по формуле:

где k_s- коэффициент учитывающий самоиндукцию и взаимоиндукцию между индуктором и металлом k_s=0,86; А_м- поправочный коэффициент активной мощности от отношения

D_вт/D; А_м=0,91.

Определяем реактивную мощность выделяющуюся в металле, квар:

где R_м- поправочный коэффициент реактивной мощности; R_м=1 ([1], рис.135)

Определим реактивную мощность, выделяющуюся в зазоре между металлом и индуктором, квар:

Q_з=6,2*10^-9*Н²*f*D_м²*h_м*[(D_вт/D_ср.м)²-1];

Q_з=6,2*10^-9*(239*10³)²*50*1,2²*1,24*[(1,46/1,2)²-1]=15176 квар.

Определим толщину стенки трубки индуктора:

Для меди D=0,01;

S_тр=10³*1,3*D=10³*1,3*0,01=13 мм.

Определяем потери активной мощности в индукторе, кВт:




где r_и- удельное электросопротивление материала индуктора, r_и=2*10^-8 Ом*м;

m_и- относительная магнитная проницаемость, m_и= 1;

А_и- поправочный коэффициент активной мощности, определяем по ([1], рис.136), А_и=0,95; К_з.н.=0,8;

Определяем реактивную мощность выделяющуюся в индукторе, квар:

 

 

 

где R_и- поправочный коэффициент реактивной мощности, учитывающий кривизну индуктора, определяем по ([1], рис.136), R_и=0,8;

Определяем общую активную мощность, кВт:

Р=Р_м+Р_и

Р=2817+650=3467 кВт;

Общая реактивная мощность, квар:

Q_å=Q_м+Q_з+Q_и;

Q_å=3039+15176+548=18763 квар;

Определяем полную мощность системы «индуктор-металл», кВ*А:

;

Определяем силу тока в индукторе, А:

I=10³*S/U_u;

где U_u- напряжение на индукторе, В. U_u=2000 В:

I=10³*19080/2000=9540 А;

Опрделяем число витков в индукторе:

n=H*h_и/I ;

n=239*10³*1,06/9540=26/

Определяем шаг витка  индуктора:

h_вит=1,06/26=0,04

Определяем естественный коэффициент мощности системы «индуктор-металл»:

cosj=P/S=3467/19080=0,18




4.3 Расчет конденсаторной батареи.

Емкость С(мкФ) конденсаторной батареи, необходимой для регулирования  компенсации реактивной мощности системы  «индуктор-металл» Q_å (квар), определяют для известного значения напряжения U_к.б.=U_и:

С= Q_å*10⁹/(2*p*f_раб*U_к.б.²)

С= 18763*10⁹/(2*3,14*50*2000²)=15010 мкФ.

Выбрав конденсаторы типа ЭСВП-2-0,05 для определим число  конденсаторов по формуле:

N_к=С/С₁;

где С₁- емкость одного конденсаторного элемента по ([2], Приложение 12), С₁=15,91 мкФ.

N_к=15010/15,91=943.

Электрические потери в  конденсаторной батареи Р_к.б при тангенсе угла диэлектрических потерь tgd=4,0*10^-3 ([2], Приложение 12):

Р_к.б= Q_å* tgd=18763*4?0*10^-3=75 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Составление  энергетического баланса.

Исходные данные:




Мощность, выделяемая в металле, Р_м=2817 кВт;

Мощность тепловых потерь Р_т.п.=99 кВт.

Порядок расчета.

Полезную мощность находим  по результатам теплового расчета  Р_пол.=2817-99=2718 кВт.

Тепловой К.П.Д. тигля  равен по формуле:

h_т=Р_пол/Р_м=2718/2817» 0,9.

По результатам электрического расчета имеем:

мощность электрических  потерь в индукторе Р_и=650 кВт.

электрический К.П.Д индуктора h_э=0,8.

Активная мощность, поступающая  к индуктору, по формуле:

Р_п.м.=Р_м+Р_и=3467 кВт.

Принимаем возможные  потери в ферромагнитном экране 15%, определим электрические потери обусловленные экранированием

Р_ф.э.=0,015*3467=52 кВт.

Определим активную мощность печи по формуле:

Р_п=Р_ф.э.+Р_п.м

Р_п=52+3467=3519 кВт;

h_к.б.=3467/3519=0,98

Определим  К.П.Д. конденсаторной батареи по формуле h_к.б=Р_п/Р_к;

Электрические потери в  конденсаторной батареи, определенные по величине tgd равна

Р_к.б.=75 кВт. Активную мощность, потребляемую колебательным контуром, определяем по формуле:

Р_к=Р_п+Р_к.б.=3519+75=3594 кВт.

h_к.б.=3519/3594=0,97.

Оценим возможные электрические  потери во вторичном токопроводе  до 5%, определим: мощность электрических  потерь в токопроводе:

Р_к.с=0,05*Р_к=0,05*3594=179 кВт;

мощность поступающую  от источника питания по формуле:

Р_т.пр=Р_к+Р_к.с=3773 кВт;

h_т.пр.=Р_к/Р_т.пр=3594/3773=0,95

По значению  Р_т.пр уточняем выбор источника питания([ ], Приложение 11) ТПЧ с номинальной мощностью 4000 кВт и электрическим К.П.Д., h_и.п.=0,94.

Электрические потери в  источнике питания определим  по формуле:

Р_и.п.=(1/0,94-1)*3773=240 кВт.

 

 

 

 

 

 

Определим активную мощность, потребляемую в питающей сети по формуле:




Р_с=Р_т.пр+Р_и.п;

Р_с=3773+240=4013 кВт.

Общий К.П.Д. электропечной установки ИЧТ-10

составляет: h₀=Р_пол/Р_с=2718/4013=0,67 и h₀=0,9*0,8*0,98*0,97*0,95*0,94=0,62.

Определяем удельный расход электрической энергии на расплавление металлошихты по формуле:

W=355/0,67=530 кВт*ч/т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

    В результате  выполнения данного курсового  проекта по дисциплине «Печи литейных цехов», была разработана конструкция индукционной  тигельной печи ИЧТ-10. Данная печь предоставляет возможность расплавления металлов и приготовления сплавов, миксирование металлов и сплавов. Технологический процесс осуществляется за счет потребления теплоты и поэтому подвод теплоты является первым необходимым условием осуществления технологического процесса в печи, второе необходимое условие – передача теплоты нагреваемому материалу.

    Индукционная  печь относится к печи-теплогенератору,  в которой теплота выделяется внутри зоны проведения теплотехнического процесса, внешний теплообмен почти отсутствует. При повышении частоты тока уменьшается интенсивность движения металла в тигле, что позволяет увеличить подводимую удельную мощность и скорость плавки, но это удорожает электрооборудование и снижает КПД при выдержке и перегреве жидкого металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Литература

1. Г.П. Долотов, Е.А. Кандаков «Печи и сушила литейного производства», издание третье, Москва «Машиностроение» 1990г.
2. А.В. Егоров «Расчёт мощности и параметров электроплавильных печей» Москва МИСИС 2000 г.




3. А.Д. Свенчанский «Электрические промышленные печи, энергия». Москва. 1975 г.