Индукционные печи

Курсовая работа

Черная металлургия — сравнительно молодая отрасль тяжелой промышленности Казахстана. Она появилась лишь в годы второй мировой войны и в настоящее время представлена предприятиями полного и неполного цикла производства. Они дают чугун, сталь, изделия проката и ферросплавы. Крупнейшее предприятие черной металлургии республики — Карагандинский металлургический комбинат в г. Темиртау. Он объединяет два завода — полного цикла производства, использующего привозные железорудные концентраты из Костанайской области, и предельной металлургии, или неполного цикла производства, работающего на металлоломе. Комбинат выпускает чугун, сталь, трубы, рельсы, тонколистовое железо. Важной отраслью черной металлургии Казахстана является добыча и обогащение железных руд на Соколовско-Сарбайское (город Рудный) Качарском горно-обогатительных комбинатах в Костанайской области. Отсюда концентраты железных руд миллионами тонн отправляются в Темиртау и Магнитогорск.

Запасы железной руды в Казахстане оценивается в 16,6 млрд. тонн, что составляет около 8 % всех мировых запасов, из них около 8800 млн. тонн разведано, подготовлено к эксплуатации. Около 90 % железной руды сосредоточено в Тургайской области Северного Казахстана, Остальная часть находится в Центральном Казахстане.

В 1992 году объем добычи железной руды в республике Казахстан составляет 23 млн. тонн. В предыдущие годы этот показатель был в два раза больше, при этом ежегодное производство окатышей составляло 10 млн. тонн, а концентратов — 40 млн. тонн.

Основная часть добываемой железной руды (65 %) экспортируется из республики, в основном в Россию. Внутренними потребителями продукции железорудной промышленности республики является Карагандинский металлургический комбинат, Ермаковский и Актюбинский ферросплавные заводы.

Железорудная промышленность Казахстана представлена крупными предприятиями республики: Соколовско-Сарбайским горно-производственным объединением, Лисаковским горно-обогатительным комбинатом и Атасуйским рудоплавлением.

Разработка железорудных месторождений ведется, главным образом, в Костанайской области (Соколовское, Сарбайское и Качарское месторождения, разрабатываемые Соколовско-Сарбайским горно-производственным объединением (г. Рудный Костанайская область).

Железная руда этих месторождений является довольно богатой (среднее содержание железа 35-74%).

На Лисаковском горно-обогатительном комбинате (г. Лисаковск, Костанайская область) ежегодно добывалось 10,5 млн. тонн руды и производилось 6,1 млн. тонн концентратов. В связи с уменьшением содержанием железа в руде Лисаковского месторождения бурых железняков, спрос на концентраты комбината падает. В результате реконструкции Карагандинского металлургического комбината, переходящего на переработку высококачественных магнетитовых руд, производительность Лисаковского горно-обогатительного комбината, вероятно, будет снижаться.

26 стр., 12748 слов

Черная металлургия Казахстана (2)

... Важной отраслью черной металлургии Казахстана является добыча и обогащение железных руд на Соколовско-Сарбайском (г. Рудный), Лисаковском и Качарском горно-обогатительных комбинатах в Костанайской области. Отсюда концентраты железных руд миллионами тонн отправляются в Темиртау ...

Атасуйское рудоплавление (г. Атасу, Жезказганская область) добывает богатые магнетитовые и гематитовые руды из железомарганцевых месторождений Жезказганской области. Будущее комбината во многом зависит от реконструкции и расширении шахты на месторождении Западный Каражал, что позволит увеличить его производительность до 6 млн. тонн руды и 3,8 млн. тонн концентратов в год.

В Казахстане имеется примерно 17 % марганцевых руд СНГ, что составляет около 600 млн. тонн. В основном, запасы марганцевой руды сосредоточены на месторождении Западный Каражал, Ушкатын-3 и Большой Китай (Жезказганская область).

Годовая добыча марганцевых руд в республике достигает 0,5 млн. тонн. Основная добыча марганцевой руды в Казахстане производится Жездинским рудоплавлением (г. Жезды, Жезказганская область).

Попутная добыча марганцевой руды осуществляется Атасуйским рудоплавлением и Жайремским горно-обогатительным комбинатом (г. Жайрем, Жезказганская область).

Около половины, добываемой в Казахстане руды, перерабатывается на Жездинской обогатительной фабрике, выпускающей концентрат с содержанием 33-39 % марганца. При этом руда с низким содержанием железа (не более 5 % железа) перерабатывается для получения марганцевого концентрата, из которого производят металлический марганец, низкоуглеродистый и чистый ферромарганец. Руда с более высоким содержанием железа используется для производства силикомарганца. Потребителями продукции предприятия являются Аксуйский ферросплавный завод (г. Аксу, Павлодарская область) и металлургические заводы России.

В Казахстане отсутствует собственное ферромарганцевое производство. Внутренние потребности республики в ферромарганцевых сплавах удовлетворяются за счет поставок из Украины. В перспективе намечается создание производства марганцевых ферросплавов, которое станет одним из приоритетных направлений экспортного производства республики.

Количество и качество запасов хромовой, руды в республике могут обеспечить прекрасные позиции для Казахстана на мировом рынке хрома и сплавов. Разведанные запасы хромитов в республике по количеству уступают лишь ЮАР, а по качеству (содержание окиси хрома в руде колеблется от 10 до 60 %) являются лучшими в мире. От общих запасов в СНГ запасы хромовой руды в Казахстане составляют 95 %.

В 1992 году добыча хромовой руды в республике достигла 3,7 млн. тонн, при этом значительная часть добываемого сырья экспортируется. Добыча и обогащение хромитов производится в Донском горно-обогатительным комбинатом (г. Хромтау, Актюбинская область).

Положение хромоворудной промышленности, вероятно, улучшится в связи объединением всех трех предприятий республики, осуществляющих добычу и переработку хромосодержащего сырья корпорацию «Казхром» и ее передачей в иностранное управление.

В отраслевой структуре черной металлургии наибольший удельный вес занимает металлургическое производство, которое специализировано, в основном, на изготовлении различных видов листового проката (88 % общего выпуска проката черных металлов в республике), ферросплавное производство — на выпуск ферросилиция и феррохрома (соответственно 59 и 84 % от общего производства ферросплавов в республике).

5 стр., 2390 слов

Минерально-сырьевая база Республики Казахстан

... Казахстан относится к крупнейшим провинциям мира. Высокая эффективность разработки месторождений цветных металлов достигается, благодаря комплексному использованию руд, с извлечением свинца, цинка, меди, золота, платиноидов и редких элементов. Ведущими производителями цветных металлов в республике ...

Металлургическое производство черной металлургии Казахстана представлено тремя предприятиями: Карагандинским металлургическим комбинатом, Актюбинским и Ермаковским заводами ферросплавов.

Высокая степень комбинирования производства достигнута на Карметкомбинате, включающим все основные и смежные пределы предприятия полного цикла с развитой производственной инфраструктурой. Комбинат работает, в основном, на концентратах Лисаковского, Соколовско-Сарбайского комбинатов, железных и железомарганцевых руд Атасуйского рудоплавление и др.

Вероятно, можно ожидать еще более эффективных показателей работы отрасли в связи с передачей корпорации «Казхром» в управление японской компанией «Джапан Хром».

1. Виды печей

Все металлургические печи, применяемые в черной и цветной металлургии можно классифицировать по различным показателям.

Классификация печей по виду производства:

1) печи производства серной кислоты;

2) печи производства соляной кислоты;

3) печи производства фосфорной кислоты;

4) печи производства соды;

5)печи производства минеральных солей;

6) печи производства фосфора;

7) печи производства сероуглеродов;

8) печи производства катализаторов;

9) печи нефтехимических производств.

Классификация по конструктивным особенностям:

1) Шахтные печи. Нагревательные толкательные печи характеризуются противоточным движением нагреваемого металла и продуктов сгорания, а так же наличием в начале печи (со стороны посада металла) развитой не отапливаемой методической зоны.

2) Дуговые печи. Дуговая печь состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токо-подводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов, и загрузку шихты.

3) Пламенные печи. Плавку литейного материала можно производить и в пламенных печах. В них топка отделена от рабочего пространства, нагрев и расплавление металла производится газами. Это позволяет получить жидкий чугун более однородного состава с меньшим содержанием серы и сразу в больших количествах для заливки крупных литейных форм. В пламенных печах большей частью плавятся медные сплавы. Для плавки специальных сортов серого, а так же ковкого чугуна, стали и сплавов цветных металлов применяются электрические печи. В таких печах электроэнергия превращается в тепловую, топливо здесь не нужно. Печи бывают дуговые, индукционные и печи сопротивления.

4) Индукционные печи применяются для плавки чугуна, стали, цветных металлов.

5) Печи сопротивления. При плавке цветных металлов такая высокая температура, как для чугуна и стали, не нужна. Для плавки олова, цинка, свинца, магния и алюминия наряду с дуговыми печами нередко используют электропечи иного типа — печи сопротивления. В электрическую цепь включают металлическую спираль или пластины с низкой электрической проводимостью (например, из нихрома).

9 стр., 4244 слов

Индукционные тигельные печи

... металлы. В большинстве случаев индукционные тигельные плавильные печи имеют цилиндрическую форму и производятся из огнеупорных материалов. Индукционная тигельная печь, как и другие тигельные плавильные печи имеют ряд преимуществ, ... высокой удельной мощности. 5) Металл из тигля сливается полностью. 6) Тигельные печи, в том числе и газовая тигельная печь, оптимальны для периодической работы, то есть ...

Большое сопротивление прохождения электрического тока вызывает нагрев спиралей или пластин.

2. Основная часть

Магнитная индукция — это силовая характеристика магнитного поля. Ее линии имеют вихревой и замкнутый характер.

Индукционная печь — это своего рода трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки. Если по первичной обмотке электрический ток, то вокруг нее образуется электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи во вторичной обмотке.

Если в электромагнитное поле вместо вторичной обмотки поместить тигель с загруженным в него металлом, то вихревые токи будут возникать в металле. Чем больше сопротивление прохождения электрического тока, тем легче происходит это преобразование. Индукционные печи, в эксплуатации проще дуговых, но для них требуется более дорогое оборудование.

Главное достоинство индукционных печей — легкость управления, возможность достижения высокой температуры, быстрый нагрев, равномерность температуры металла во всем объеме, нет выбросов в атмосферу пыли и газа. Однако производительность индукционных печей меньше, чем вагранок. Работают они же прерывисто. Металл из них выдается по окончании каждой плавки. Вагранки же практически выдают металл непрерывно, что очень важно для современных автоматических формовочных линий.

черный металл печь индукционный

2.1 Конструкция печи

Футеровка индукционной тигельной печи.

Футеровка тигельной печи в соответствии с рисунком 1 состоит из плавильного тигля со сливным носком, так называемым «воротником», подины, крышки и слоя тепловой изоляции. Плавильный тигель является одним из самых ответственных узлов печи, в значительной степени определяющим её эксплуатационную надежность. Поэтому к тиглю и к используемым футеровочным материалам предъявляются следующие требования: материал тигля должен быть «прозрачен» для электромагнитного поля, нагревающего металл. В противном случае нагреваться будет не расплавленный металл, а тигель. Огнеупорные материалы должны обладать высокой теплостойкостью и огнеупорностью, а так же химической стойкостью по отношению к расплавленному металлу и шлаку при рабочих температурах.

Материал тигля должен сохранять изоляционные свойства, то есть иметь минимальную электропроводность во всем диапазоне температур (1600-1700) для черных металлов.

Тигель должен иметь минимальную толщину стенки для получения высокого значения электрического коэффициента полезного действия.

Тигель должен быть механически прочным в условиях воздействия высоких температур, большого металлостатического воздействия, значительных механических усилий, возникающих при наклонах печи, ударных нагрузках, возникающих при загрузке и осаждения шихты и чистке тигля.

Материал тигля должен иметь малый коэффициент линейного (объемного) расширения для исключения возникновения трещин в тигле в условиях высокого значения градиента температур в стенке (до 30 тыс. /м) и для снижения термических напряжений в тигле.

Технология конструкции и изготовления футеровки и тепловой изоляции печи должны обеспечивать условия для осуществления в течении всей кампании печи не спекшегося (буферного) наружного слоя, прилегающего к индуктору, и исключающего образование сквозных трещин и проникновение расплава к виткам индуктора.

Рисунок 1- Индукционная тигельная печь со стальным тиглем: 1— стальной тигель; 2 — индуктор; провод; 3 — набивная футеровка; 4 — магнитопровод

9 стр., 4461 слов

Индукционная плавка металла

... способа изменения потока магнитной индукции, Применение в Металлургии, Выплавка стали в индукционных печах В индукционной бессердечниковой печи металл расплавляют в тигле, расположенном внутри индуктора, который представляет собой ... температуре металла. Основными недостатками индукционных печей являются малая стойкость основной футеровки и низкая температура шлаков, которые нагреваются от металла; ...

В настоящее время в практике изготовления индукционных тигельных печей (ИТП) используют следующие методы:

1) Набивку по шаблону непосредственно в печи, когда сваренный из листовой стали шаблон по форме внутренней поверхности тигля устанавливают на подине, точно на оси печи, порошкообразные огнеупорные массы засыпают в зазор между индуктором и шаблоном, и послойно трамбуют пневматической или электрической трамбовкой.

2) Изготовление футеровки внепечным методом: тигли прессуют, трамбуют или формуют в специальных разборных пресс- формах, затем тигли устанавливают в индуктор печи и засыпают боковое пространство порошкообразным огнеупорным материалом, что предупреждает прорыв жидкого металла к индуктору через сквозные трещины, которые могут образоваться в предварительно обожженных тиглях. Смену футеровки при таком методе можно осуществить быстрее, что сокращает время простоя печи.

3) Выполнение футеровки из фасонных огнеупорных изделий. Толщина изделий (кольца, блоки, секционные шпунтовые изделия, стандартные кирпичи клиновидной формы) должна быть такой, чтобы при кладке не образовалось пространство (кольцевой зазор) размером 25 — 30 мм между наружной стенкой кладки и витками индуктора для создания буферного слоя из порошкообразных материалов.

4) Прослойную наварку футеровки путем торкретирования или плазменным напылением контактных рабочих слоев на изготовленную любым методом футеровку. Метод напыления позволяет выполнить химическую чистую и высокоогнеупорную контактную поверхность футеровки, в соответствии с требованиями в выплавляемым сплавом. Для ИТП применяют кислую, основную и нейтральную футеровку, состав которой очень разнообразен.

Это позволяет для данного технологического процесса плавки подобрать соответствующие футеровочные материалы, рецептуру огнеупорных масс и технологию изготовления в соответствии с ранее перечисленными требованиями. Кислую футеровку, изготавливают из кремнезёмистых огнеупорных материалов (кварцевого песка, кварцита молотого динасового кирпича) с содержанием окиси кремния не менее 93 — 98 %. В качестве связующего (упрочняющего) материала применяют сульфитно-целлюлозный экстракт, а в качестве минерализатора добавляют 1 — 1,5 % раствор борной кислоты. Зерновой состав огнеупорной массы: 5 % зёрен 3 — 2 мм, 50 % зёрен 2 — 0,5 мм, 45 % зёрен менее 0,5 мм. Кислая футеровка выдерживает 80-100 плавок. Основную футеровку изготавливают из магнезитовых огнеупоров в предварительно спечённом или сплавленном состоянии, то есть обладающих наибольшим постоянством объёма. Для уменьшения усадки при высоких температурах (1500 — 1600 ) и обеспечения некоторого роста при средних температурах (1150 — 1400, что предотвращает образование усадочных трещин, применяют такие минерализаторы, как хромовая руда, кварцевый песок или кварциты. В качестве связующих используют глину (до 3 % от массы магнезита) с увлажнением её водным раствором жидкого стекла или патоки (до 12 %).

Лучшей огнеупорной массой по зерновому составу считают: 50 % зёрен 6 — 0,5 мм, 15 % зёрен 0,5 — 0,18 мм, 35 % зёрен менее 0,18 мм. Данные о продолжительности службы основной футеровки крайне противоречивые и колеблются для тиглей разной ёмкости. Следует отметить, что стойкость основной футеровки ниже стойкости кислой, причём существует ещё и недостаток: образование трещин. Нейтральная футеровка характеризуется большим содержанием амфотерных окислов ().

12 стр., 5581 слов

Отражательная печь для плавки медных концентратов на штейн

... время осуществляется постепенная замена отражательных печей более совершенными агрегатами для автогенной плавки медных концентратов на штейн. Отражательные печи, в которых производится очистка металлов от примесей, носят названия, отражающие ...

Она во многих случаях обладает более высокими огнеупорными характеристиками, чем кислая или основная, и даёт возможность выплавить ИТП жаропрочные сплавы и тугоплавкие металлы. В настоящее время нейтральную футеровку изготовляют из магнезитохромитовых огнеупоров, электрокорунда, двуокиси циркония и циркона (ортосиликат циркония . Возможно так же изготовление тиглей нейтрального состава из некоторых тугоплавких соединений (нитритов, карбидов, силицидов, боридов, сульфидов), которые могут быть перспективными для плавки небольших количеств химически чистых тугоплавких металлов в вакууме и в восстановительных или нейтральных средах. Плавку в тиглях большой ёмкости, которая бы оправдала применение таких дорогостоящих футеровочных материалов, пока не применяют.

2.2 Описание технологического процесса

Расплавленный металл в индукционной тигельной печи обжимается с электромагнитным полем. В средней по высоте части цилиндрического тигля, где не сказывается краевой эффект, силы электродинамического взаимодействия индукционного тока и магнитного поля индуктора направлены радиально к оси цилиндра и убывают от максимального значения на поверхности до нуля на оси. Создаваемое этими силами давление сжатия возрастает от поверхности оси.

Тигельная печь представляет собой относительно короткую электромагнитную систему (отношение высоты загрузки к диаметру редко превосходит 1,5), поэтому электродинамические силы направлены строго радиально только в средней по высоте части тигля. Ближе к верхнему и нижнему краям тигля, где магнитное поле искажается, и линии его не идут параллельно оси, радиальная составляющая электродинамических сил уменьшается. Под действием такой системы сил, металл в средней части тигля перетекает от периферии к оси, затем по оси тигля выжимается вверх к зеркалу ванны и вниз ко дну тигля. Вверху и внизу он перетекает к стенкам и вдоль стенок возвращается к средней части тигля, совершая так называемую двухконтурную циркуляцию. Сам факт электродинамической циркуляции металла, которая может быть весьма интенсивной, является достоинством индукционной тигельной печи, выгодно отличающим её от дуговой печи. Циркуляция ускоряет расплавление, выравнивает температуру и химический состав ванны, способствует взаимодействию металла со шлаком.

Однако описанная двухконтурная циркуляция имеет и серьезные недостатки. Во-первых, в каждом из контуров, т.е. в верхней и нижней половинах ванны, металл циркулирует раздельно, слабо смешиваясь. Во-вторых, на поверхности ванны образуется выпуклый мениск, с возрастанием высоты которого приходится увеличивать количество шлака, поскольку он должен полностью покрывать поверхность металла. При этом шлак взаимодействует с огнеупором тигля в широком поясе, разъедая его и способствуя загрязнению ванны. Кроме того, при увеличении количества шлака он получается более холодным, поскольку в индукционной печи шлак нагревается путем теплопередачи от металла. Понижение температуры шлака замедляет протекание химических реакций и увеличивает продолжительность плавки. Как правило, высота мениска не должна превышать 15 % полной высоты металла по оси тигля.

При радиальном направлении электродинамических сил по всей высоте тигля высота мениска определяется из условия равенства электродинамического давления на оси тигля и гидростатического давления столба металла.

Общая характеристика индукционных тигельных печей.

Индукционный нагрев — нагрев тел в электромагнитном поле за счет теплового действия вихревых электрических токов, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нем благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведенном наведенным током. Индуцированными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева тел или плавки тех или иных материалов.

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 (ИТП), которую иначе называют индукционной печью без сердечника, представляет собой плавильный тигель, обычно 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.

Достоинства тигельных плавильных печей:

  • выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;
  • интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;
  • принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;
  • высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;
  • возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой;
  • печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;
  • простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса; высокая гигиеничность процесса плавка и малое загрязнение воздуха.

Недостатком тигельных печей является относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава от металла, поэтому его температура всегда ниже, а так же сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких температурах расплава и наличие теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металл).

Однако преимущества ИТП перед другими плавильными агрегатами значительны, и они нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности.

В зависимости от того, идет ли процесс плавки на воздухе или защитной атмосфере, различают индукционные печи:

  • открытые (плавка на воздухе),
  • вакуумные (плавка в вакууме),
  • компрессорные (плавка под избыточным давлением).

По организации процесса во времени:

  • периодического действия,
  • полунепрерывного действия,
  • непрерывного действия.

По конструкции плавильного тигля:

  • с керамическим (футерованным) тиглем,
  • с проводящим металлическим тиглем,
  • с проводящим графитовым тиглем,
  • с холодным (водоохлаждаемым) металлическим тиглем.

2.3 Устройства ТСУ (топливо — сжигающие устройства)

В основе работы тигельной печи лежит трансформаторный принцип передачи энергии индукцией от первичной цепи ко вторичной.

Подводимая к первичной цепи электрическая энергия переменного тока превращается в электромагнитную, которая во вторичной цепи переходит снова в электрическую, а затем в тепловую.

Индукционные тигельные печи также называют индукционными печами без сердечника.

Печь представляет собой плавильный тигель, как правило, цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта (материал, подлежащий плавлению) загружается в тигель и, поглощая электрическую энергию, плавится.

В тигельной печи первичной обмотки служит индуктор, обтекаемый переменным током, а вторичной обмотки и одновременно нагрузкой — сам расплавляемый металл, загруженный в тигель и помещенный внутрь индуктора.

Магнитный ток в тигельной печи проходит в той или иной степени по самой шихте. Поэтому для работы печи без сердечника имеют большое значение магнитные свойства, а также размеры и форма кусков шихты.

Тигельная печь по принципу действия подобна воздушному трансформатору. Мощность, а, следовательно, и тепло, выделяемое вихревыми токами, которые наводятся и циркулируют в садке, зависят от частоты переменного магнитного поля. При промышленной частоте концентрация энергии, выделяемой вихревыми токами, незначительна и не превышает несколько ватт на 1см 2 .

2.4 Применение печи

Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промышленности для плавки черных и цветных металлов, как на воздухе, так и в вакууме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются такие печи емкостью от десятков грамм до десятков тонн. Тигельные индукционные печи применяют главным образом для плавки высококачественных сталей и других специальных сплавов, требующих особой частоты, однородности и точности химического состава, что недостижимо при плавке в пламенных и дуговых печах.

Индукционные тигельные печи бывают: для плавки алюминия емкостью 6 тонн, для плавки сплавов на основе меди емкостью 2,5 тонны, для плавки чугуна емкостью 10 тонн.

Плавка обычных сортов стали в печах без сердечника менее экономична, чем в дуговых, так же как и обычных цветных металлов и сплавов, по сравнению с индукционными канальными печами. Однако, в настоящее время тигельные индукционные печи повышенной и промышленной частоты широко применяют за рубежом и в Казахстане для плавки обычных тяжелых и легких цветных металлов и их сплавов в производствах с периодическим режимом работы и широким ассортиментом выплавляемых сплавов, а также для плавки сильно загрязненной шихты с большим содержанием стружки или сплавов, требующих модифицирования, поскольку в канальных печах наличие каналов затрудняет перевод печей с плавкой одного сплава на другой, и в то же время флюсы и модифицирующие соли, а также грязная мелкая шихта способствует зарастанию каналов.

Таким образом, тигельные индукционные печи, хотя и отличается более низким КПД, а так же представляют собой более дорогое и сложное электротехническое устройство по сравнению с индукционными канальными печами, все же в указанных случаях более приемлемы и удобны в эксплуатации. Следует отметить попытку совмещения некоторых достоинств и преимуществ индукционных канальных печей (высокий электрический КПД) и индукционных тигельных печей (относительная простота ее футеровки) в промежуточном конструктивном решении между этими типами печей, создание индукционной тигельной печи с кольцевой камерой.

При таком решении могут частично проявиться преимущества обоих основных типов печей. Из-за наличия канала, открытого сверху, который к тому же еще и много шире, чем в канальной печи, металл в печи можно замораживать и вновь запускать печь, используя кольцо замерзшего металла или заливая жидкий металл.

Интенсивное движение расплава, имеющее место в печи с кольцевой камерой, ограничивает мощность печи. Поэтому такая печь используется преимущественно для поддержания металла в расплавленном состоянии. При этом она имеет то преимущество, что на наружной поверхности кожуха могут устанавливаться любые элементы конструкции для загрузки или отбора образовывать замкнутое кольцо так же, как в индукционной канальной печи.

Индукционные тигельные печи как плавильные устройства обладают большими достоинствами, важнейшее из которых — возможность получения весьма чистых металлов и сплавов точно заданного состава, стабильность свойств получаемого металла, малый угар металла и легирующих элементов, высокая производительность, возможность полной автоматизации, хорошие условия труда обслуживающего переноса, малая степень загрязнения окружающей среды.

3. Расчет теплового баланса печи

Расчет статей прихода тепла.

1) Тепло, выносимое шихтой

Q ш =Gdш Cш tш (1)

где G — емкость индукционной печи, кг;

d ш — доля металла в шихте (dш =0,97-0,99);

C ш — теплоемкость шихты (Cш = 0,469 кДж/ (кгК));

t ш — температура шихты (tш =20 )

Q ш =850000,980,46920=781354 кДж=0,781354 ГДж

2) Тепло, выносимое электрическими дугами, ГДж

Q д =эл Wэл 10-6 (2)

где эл — электрический КПД, равный 0,87-0,92;

W Эл. — используемая в печи электроэнергия, кДж

3) Тепло экзотермических реакций, МДж

Итого: Q экз. = 42465 МДж=42,465 ГДж

4) Тепло шлакообразования: SiO 2 (CaO) 2 SiO2 , МДж

Q шл. = G0,01474(3)

Q шл. = 850000,01474= 1252 МДж=1,252 ГДж

Расчет статей расхода тепла.

1) Физическое тепло стали, кДж

Q ст. =dст. G[tпл.ст. +(tст. -tпл.ст. )(4)

где d — выход стали (d=0,91-0,97);

  • С — удельная теплоемкость твердой стали в интервале температур 0-1500 (С=0,7кДж/(кгК));
  • С — удельная теплоемкость жидкой стали в интервале температур 1500-1600 (С=0,837кДж/(кгК));
  • (t-t) — интервал температур плавления стали (1500-1600 ?С);

t — скрытая теплота плавления стали (t=272,16 кДж/(кгК))

Q ст. =0,9585000[0,71500+272,16+0,837100]=106,8320 ГДж

2) Физическое тепло стали, теряемое со шлаком, кДж

Q ст-шл. =dшл. G[tпл.ст +Lст. +(tст. -tпл.ст. )](5)

где d — доля шлака (d=0,005-0,008)

Q ст-шл =0,00585000(0,71500+272,16+0,837)=0,562273 ГДж

3) Физическое тепло стали, кДж

Q ст. =dст. G[Сст.тв. tпл.ст. +Lст. +Cст.ж. (tст. -tпл.ст. )] (6)

где d ст. — выход стали (dст. = 0,91-0,97);

С ст.тв. — удельная теплоемкость твердой стали в интервале температур 0-1500 (Сст.тв = 0,7 кДж/ ( кгК ));

C ст.ж. — удельная теплоемкость жидкой стали в интервале температур 1500-1600 (Cст.ж. = 0,837 кДж/ (кгК));

(t ст. -tпл.ст. ) — интервал температур плавления стали (1500-1600 );

L ст. — скрытая теплота плавления стали

Q ст. = 0, 9385,000[0, 71500+272, 16+0,837100] = 111,133233ГДж

4) Физическое тепло стали теряемой со шлаком, кДж

Q ст. шл. = dшл. G[Cст.тв. tст.пл. +Lст. +Cст.ж. (tст. -tпл.ст. )](7)

где d шл. — доля шлака (dшл. = 0,005-0,008)

Q ст. шл = 0,00685000 [0, 71500+272, 16+0,837100] = 0, 7169886 ГДж

5) Физическое тепло шлака, кДж

Q шл. = dшл. G(Сшл. tшл +Lшл. ) (8)

где С — удельная теплоемкость шлака при температуре 1700 ?С (С=1,25 кДж/(кгК));

  • L — скрытая теплота плавления шлака (L=209,35 кДж/кг);

t — температура шлака (1700 ?С)

Q шл. =0,00585000(1,251700+209,35)= 1,190 ГДж

6) Тепло, уносимое газообразными продуктами реакций с температурой t yx =1500

Q yx =295G(9)

Q yx =29585000=2,507 ГДж

7) Тепло, уносимое частицами Fe 2 O3 , кДж

(10)

где — удельная теплоемкость Fe 2 O3 при температуре 1500 (=1,23кДж/(кгК));

  • скрытая теплота плавления Fe 2 O3 (Lшл. =209,35 кДж/кг);
  • доля Fe 2 O3 , уносимая с дымом ( =0,04-0,05)

=0,0485000(1,231500= 8,730 ГДж

8)Принимая температуру в цехе (Т ос ) равной 30 , потери тепла через стены печи для емкости 100000 кг (100 т) составляют, ГДж

9) Принимаем потери тепла через свод печи для емкости 10000 кг (100т), ГДж

10) Принимаем потери тепла через подину печи для емкости 10000 кг (100т), ГДж

= 1,0242 ГДж

11) Подсчитываем общие потери тепла теплопроводностью через футеровку печи. Они выражаются суммой потерь тепла через стены, свод и подину печи

(11)

12) Потери тепла в период межплавочного простоя (потери тепла излучением через раскрытый свод, потери тепла с газами, с охлаждающей водой и теплопроводностью через футеровку печи), ГДж

(12)

где К — коэффициент неучтенных потерь, К=1,1-1,2;

  • =2160;
  • =9504;
  • =12 ГДж

=5,522 ГДж

13) Расход электроэнергии найдем из уравнения теплового баланса периода расплавления индукционной печи

(13)

0,781354++42,465+1,252=1068320+0,562273+9,920987+0,02507+1,3132+8,8348+1,2943

=129,563984 — 43,717= 94,137 ГДж

По данным расчетам составляем таблицу 1.

Таблица 1-Тепловой баланс периода расплавления индукционной печи

Статья прихода

ГДж

Статья расхода

ГДж

Тепло выносимое шихтой (Q ш. )

0,781

Физическое тепло: Стали (Q ст. )

111,133

Энергия выносимая дугами (Q д. )

94,137

Стали, теряемой со шлаком (Q ст-шл. )

0,716

Шлака (Q шл. )

1,190

Тепло уносимое частицами Fe 2 O3 (QFe2O3 )

8,730

Тепло уносимое газ. продуктами (Q yx. )

2,507

Общие потери тепла (Q тепл. )

8,834

Тепло экзотермических реакций (Q экз. )

42,465

Потери тепла в период межплавочного простоя (Q мп. )

5,522

Тепло шлакообразования (Q шл.обр. )

1,252

Итого

138,635

Итого

138,632

Заключение

Тема данной курсовой работы «Индукционные печи». Тема курсовой работы соответствует содержанию.

Подводя итог данной курсовой работы, стоит отметить характерные особенности рассмотренной печи.

К преимуществам этих печей следует отнести: отсутствие науглероживания металла (из-за отсутствия электродов), малую степень поглощения газов. В настоящее время находит применение очень, много видов данного типа печей, однако эти печи наиболее опасны с точки зрения противопожарной безопасности, поэтому они требуют особого ухода и постоянного наблюдения за исправностью их отдельных узлов. Все печи, используемые в металлургическом производстве, требуют чёткого соблюдения правил эксплуатации и техники безопасности. Только в этом случае будет возможно добиться максимальной производительности, с минимальной опасностью для обслуживающего персонала.

В данной работе дана полная характеристика индукционной печи. Описана конструкция печи. Технологические процессы. Так же дано описание применению индукционной печи. Согласно заданию, проведен расчет теплового баланса и получены следующие данные:

1)расчет статей прихода тепла:

  • тепло вносимое шихтой — Q ш =0, 781354 ГДж;
  • тепло экзотермических реакций Q экз. =42,465 ГДж;
  • тепло шлакообразования Q шл. =1,252 ГДж;
  • физическое тепло стали, теряемое со шлаком Q ст-шл =0,562273 ГДж;

2)расчет статей расхода тепла:

  • физическое тепло стали Q ст. = 111,133233 ГДж;
  • Физическое тепло стали теряемой со шлаком Q ст. шл = 0, 7169886 ГДж;
  • Физическое тепло шлака Q шл 1,190 ГДж;
  • Тепло, уносимое газообразными продуктами реакций Q yx =0,0257 ГДж
  • Тепло, уносимое частицами Fe 2 O3 =1,3132 ГДж;

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/induktsionnaya-pech/

1. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. М; Интермет Инжиниринг, 2000.

2. Фомин Н.И., Затуловский Л.М.: Электрические печи и установки индукционного нагрева. М; Металлургия, 1989.

3. Иванова В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. М; Машиностроение, 1990.

4. Интернет — ресурсы.