12.7. Особенности плавки чугуна в индукционных тигельных печах средней частоты

В подразд. 12.2 уже отмечалась возможность проведения плавки в индукционных тигельных печах без использования «болота» при использовании токов повышенной, средней и высокой частоты.

С тонки зрения теории индукционного нагрева эта классифика­ция пеней неверна, так как высокой называется такая настота тока, при которой в нагреваемом теле наблюдается ярко выраженный по­верхностный эффект, т.е. существует поверхностный слой нагре­ваемого тела, в котором циркулируют индуктивные токи, и его сердцевина, значениями тока в которой можно пренебречь в силу их малости. Это условие выражается формулой (12.2).

Понятие высокой частоты зависит от размеров нагреваемого тела. Чем больше тело, тем меньшее значение частоты тока будет для него высоким. Профессор В. П. Вологдин в своих научно-популяр­ных трудах отмечал, что для нагрева металлического шара диа­метром с Земной шар высокой была бы частота тока, равная од­ному периоду в миллион лет.

Таким образом, любая хорошо работающая индукционная ти­гельная печь, в том числе и печь промышленной частоты, являет­ся в этом смысле высокочастотной.

Многочисленные и существенные преимущества плавки, связан­ные с повышением тока в индукторе ИТП, известны давно. Однако их реализация стала возможной лишь с появлением мощных, на­дежных и экономичных тиристорных преобразователей частоты.

К достоинствам индукционной тигельной печи средней часто­ты относится отсутствие «болота» и, как следствие, простота за­пуска холодной печи после нерабочих смен и перехода на новый химический состав выплавляемого металла, возможность плавки на непросушенной шихте без опасности выбросов металла.

Кроме того, тепловые потери при нагреве холодной шихты в тигле данной печи увеличиваются от нуля до максимума, соот­ветствующего перегреву полного тигля. При плавке с «болотом» тепловые потери определяются температурой расплавленного ме­талла, в который шихта загружается, и поэтому они всегда выше.

Плавка чугуна на твердой завалке позволяет в максимальной степени использовать преимущества индукционного нагрева маг­нитной шихты. В период нагрева магнитной шихты значение об­щего КПД печи достигает 95 %. Магнитная шихта является своего рода магнитным сердечником, через который проходит большая часть магнитного потока, создаваемого индуктором. При этом ре­активная мощность в зазоре между индуктором и садкой умень­шается. Подгрузка холодной магнитной шихты в тигель по мере проплавления первичной садки также способствует снижению реактивной мощности и увеличению КПД нагрева частично рас­плавившейся и потерявшей магнитные свойства шихты.

Характеристики среднечастотных печей

Тип печи	Мощность печи, кВт	Время плавки чугуна, мин	Расход электроэнергии, кВт - ч/т чугуна
ИПП-0,06-2,4	100	45	540
ИПП-0,16-2,4	160	55	550
ИПП-0,25-2,4	250	55	550
ИППМ-0,4-2,4 ,	320	75	560
ИППМ-1,0-1,0	750	60	540
ИППМ-2,5-0,5	1100	80	560
ИППМ-6-0,25	3200	75	550
ИППМ-10,0-0,25	7000	60	530

Примечание. ИПП — индукционная плавильная печь; ИППМ — то же, с магнитопроводом. Цифры в описании типа печи: первая — емкость тигля, т; вторая — частота тока, кГц.

Увеличение частоты тока позволяет увеличить удельную мощ­ность печи, не превышая допустимой интенсивности перемеши­вания металла. Печи, которые принято называть среднечастотны- ми, работают на частоте тока 250... 2400 Гц. Поэтому удельная мощ­ность таких печей согласно формуле (12.3) может быть в 2,6 — 7 раз выше, чем печей промышленной частоты, т.е. достигать 1600 кВт/т чугуна. Соответственно увеличению удельной мощности растет про­изводительность печей и уменьшается продолжительность плавки. В табл. 12.1 представлены важнейшие характеристики среднечас- тотных печей, выпускаемых ЗАО «РЭЛТЕК». Принципиальное отличие конструкции печей типа ИПП от ИППМ состоит в нали­чии магнитопроводов в последних

Современные системы питания среднечастотных печей позво­ляют от одного преобразователя частоты питать несколько печей с переменным распределением мощности между ними. При этом в одной или нескольких печах ведут расплавление металла на мак­симальной мощности; перегрев и доводку по химическому соста­ву в режиме максимальной интенсивности перемешивания ведут в следующей печи, а раздачу металла при минимальной подводи­мой мощности — в печи, в которой плавка была завершена ранее других. Концепция разделения мощности позволяет поднять ко­эффициент использования мощности источника питания практи­чески до 100 % и отказаться от использования специализирован­ных раздаточных печей пониженной мощности.