1.1 Применение индукционных печей

Индукционные канальные печи в основном используются для плавки цветных металлов (медь и сплавы на медной основе – латуни, бронзы, нейзильберы, мельхиоры, куниали; цинк; алюминий и их сплавы) и чугуна, а также в качестве миксеров для тех же металлов. Индукционные канальные печи рекомендуется использовать в тех случаях, когда к выплавляемому металлу и полученным из него отливкам предъявляются высокие требования, в частности, по минимальным газонасыщенности и неметаллическим включениям.

2. Принцип действия индукционной канальной печи

Конструктивно печь состоит (рис. 1) из футерованной ванны 2, в которой помещается почти вся масса расплавляемого металла 3, и находящейся под ванной индуктором, питающийся от специального источника.

Ванна сообщается с плавильным каналом 5, также заполненным расплавом. Расплав в канале и прилегающем участке ванны образует замкнутое проводящее кольцо.

Система индуктор – магнитопровод называется печным трансформатором. Футеровка, образующая плавильный канал, называется подовым камнем 6. Подовый камень представляет собой огнеупорный массив с цилиндрическим проемом 7, в который вставляется индуктор 4, навитый на стержень замкнутого магнитопровода 1.

Индуктор объединяет печной трансформатор и подовый камень с каналом.

Индуктор является первичной обмоткой трансформатора, а роль вторичного витка выполняет расплавленный металл, заполняющий канал и находящийся в нижней части ванны.

Ток, протекающий во вторичной цепи, вызывает нагрев расплава, при этом почти вся энергия выделяется в канале, имеющем малое сечение (в канале поглощается 90 – 95 % подведенной к печи электрической энергии). Металл нагревается за счет тепло- и массообмена между каналом и ванной.

Перемещение металла обусловлено главным образом электродинамическими усилиями, возникающими в канале, и в меньшей степени конвекцией, связанной перегревом металла в канале по отношению к ванне. Перегрев ограничивается некоторой допустимой величиной, лимитирующей допускаемую мощность в канале.

Принцип действия канальной печи требует постоянно замкнутой вторичной цепи. Поэтому допускается лишь частичный слив расплавленного металла и дозагрузка соответствующего количества новой шихты. Все канальные печи работают с остаточной емкостью, составляющей обычно 20 – 50 % полной емкости печи и обеспечивающей постоянное заполнение канала жидким металлом. Замораживание металла в канале не допускается, во время межплавочного простоя металл в канале должен поддерживаться в расплавленном состоянии.

2. Процессы управления плавкой металла в индукционных печах

В этом разделе рассматриваются процессы управления плавкой металла в индукционных печах (лабораторная работа 1-1по дисциплине «Системы автоматического управления электротермическими установками»).

2. Управление мощностью индукционной печи

2.1.1 Общая математическая модель термических процессов

Математическая модель термических процессов представлена формулами:

(1)

Где ,⁰- температура, которая зависит от количества полученного тепла;

m- масса нагреваемого тела;

Rт- тепловое сопротивление между телом и нагревателем;

Рэл- мощность электрического нагревателя.

Как и в любой термической установке регулирование мощности требуется только при выдержке температуры расплавленного металла, при этом предполагается что электроснабжающая организация не ограничивает необходимую для работы мощность. В случае поддержания заданной температуры расплава и в случае ограничения мощности со стороны организации, требуется регулирование напряжения на индукторе. Это регулирование производится посредством регулирования первичного напряжения печного трансформатора под нагрузкой.