Особенности конструкции и технологии плавки чугуна в дуговых печах постоянного тока

Хотя бы частично преимущества электрической дуги постоян­ного тока известны даже неспециалистам в области электротер­мии. Достаточно отметить очевидную легкость работы со свароч­ным аппаратом, работающим на постоянном токе, в сравнении со сваркой на переменном токе. Дуга переменного тока горит ме­нее устойчиво, так как каждые 0,01 с напряжение и ток дуги пе­реходят через нулевые значения, что приводит к кратковремен­ной деионизации дугового промежутка.

Однако реализовать преимущества работы на дуге постоянного тока применительно к плавильным промышленным печам уда­лось только после освоения производства надежных и экономич­ных тиристорных выпрямителей переменного тока большой мощ­ности.

В дуговых печах постоянного тока графитовый электрод под­ключается к отрицательному полюсу источника питания, что обес­печивает меньший износ его под действием бомбардировки заряжен­ными частицами дугового промежутка. В результате этого:

• снижается интенсивность разрушения графитовых электро­дов (их расход уменьшается в 5—9 раз);

• соответственно уменьшается и количество пылегазовыбросов при плавке;

• это позволяет уменьшить величину разрежения в рабочем про­странстве печи, обеспечивающую отсутствие загрязнения атмос­феры цеха;

• уменьшение подсоса воздуха из атмосферы цеха приводит к снижению концентрации кислорода воздуха в газовой фазе, а сле­довательно, и угара металла.

Важным преимуществом дуговых печей постоянного тока яв­ляется возможность интенсивного электромагнитного перемеши­вания металла. Оно возникает в результате того, что подовые элек­троды расположены эксцентрично по отношению к оси графито­вого электрода. Взаимодействие электромагнитного поля дуги с током в жидком металле в этом случае приводит к перемешива­нию металла. В результате перемешивания процесс науглерожива­ния значительно интенсифицируется.

В курсе «Печи литейных цехов» явление электромагнитного пе­ремешивания ванны дуговой печи постоянного тока, обеспечива­ющее выравнивание химического состава металла в объеме ванны и интенсификацию процесса науглероживания, будет объяснено подробно.

Плавка чугуна в индукционных печах

Принцип действия индукционных тигельных печей

Работа индукционных тигельных печей (рис. 12.1) основана на принципе передачи энергии индукцией от первичной цепи ко вторичной. Электрическая энергия переменного тока, подводи­мая к первичной цепи, превращается в электромагнитную энер­гию поля, которая во вторичной цепи переходит снова в электри­ческую, а затем в тепловую.

Переменный ток от источника питания 4, проходя по виткам индуктора 7, создает переменное электромагнитное поле. Элект­ромагнитные волны проникают внутрь электропроводной загруз­ки тигля на глубину Д_э (называемую глубиной проникновения) и возбуждают в поверхностном слое шихты переменный электри­ческий ток, который и приводит к нагреву и плавлению металла. Та часть энергии электромагнитного поля, которая не была по­глощена шихтой, взаимодействует с витками индуктора, инду­цирует в них реактивный ток. Этот ток направлен навстречу току источника питания и отстает от него по фазе на 90°. Таким обра­зом, часть энергии, излучаемой индуктором в течение каждого периода (реактивная мощность), возвращается в него с опозда­нием по фазе на 90°. Эта реактивная мощность циркулирует меж­ду индуктором и источником питания. В связи с тем, что между

Рис. 12.1. Принципиальная схема индукционной тигельной печи: 1 — индуктор; 2, 3 — конденсаторы; 4 — источник питания

загрузкой тигля и индуктором име­ется большой неэлектропроводный зазор, равный толщине стенок фу­теровки, а плотность магнитных силовых линий в этом зазоре мак­симальная, реактивная мощность печи в десятки раз превосходит мощность, поглощаемую загрузкой (активную мощность). Поэтому ре­активный индуктивный ток I_Li циркулирующий от индуктора к ис­точнику питания, также в десятки раз превосходит активный ток /_а в цепи. Из векторной диаграммы то­ков (рис. 12.2, а) следует, что при таком соотношении величин токов коэффициент мощности установки (естественный coscp) не превыша- Рис. 12.2. Векторная диаграмма _ех ОД.токов при естественном coscp

Для того чтобы разгрузить источ- (а) и при настройке контура в _шк питания от индуктивных (запаз- резонанс токов (б)дывающих) токов, в электрическуюцепь параллельно индуктору вклю­чают конденсаторную батарею. Известно, что ток

протекаю­щий через конденсаторы, опережает напряжение на 90°. Емкость конденсаторов подбирают так, чтобы опережающий емкостной ток, проходящий через них, был равен по абсолютной величине запаздывающему индуктивному току индуктора. В этом случае ре­активные токи индуктора и конденсаторов взаимно компенсиру­ются. Реактивная мощность циркулирует в коротком колебатель­ном контуре индуктор —конденсаторы, а источник питания оста­ется загруженным только активным током.

На рис. 12.2, б показана векторная диаграмма токов в колеба­тельном контуре при настройке его в резонанс токов, т.е. когда I_L - -/_с. Из диаграммы видно, что coscp установки с компенсиру­ющими конденсаторами может быть равен единице.

Мощность, поглощаемая садкой печи, зависит от ее электро­магнитных свойств, поэтому при работе на разных шихтах, а так­же при изменении электромагнитных свойств садки в процессе ее нагрева и плавления соотношение активных и индуктивных токов в индукторе изменяется. Это приводит к нарушению резонанса колебательного контура.

Для подстройки контура в резонанс в электрической схеме печй (см. рис. 12.1) наряду с постоянно включенными конденсаторами 2 предусматриваются подстроечные конденсаторы (или наборные емкости) 3.