3. Электрический расчет

ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ ПЕЧИ

Существуют два основных метода расчета индукционных канальных печей. Один из них основан на теории поглощения электромагнитных волн в металле. Этот метод предложен А.М.Вайнбергом и изложен в монографии «Индукционные канальные печи» [2]. Второй метод основан на теории трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания. Одними из авторов этого метода являются С.А.Фардман и И.Ф.Колобнев [3]. Этот метод нашел широкое применение как инженерный метод расчета индукционных канальных печей [6, 7, 17].

В данной главе приводятся последовательность инженерного электрического расчета с элементами расчета по [3] индукционно-канальной печи и примеры расчета по отдельным этапам.

Схема инженерного расчета индукционной канальной печи приведена ниже.

ИСХОДНЫЕ

И СПРАВОЧНЫЕ

ДАННЫЕ

Оценка

производительности

печи

выбор формы ванны печи. расчет полезной и сливаемой емкости

выбор типа и расчет поперечного сечения печного трансформатора

коррекция расчета

выбор типа электропечного трансформатора.

выбор напряжения индуктора

расчет геометрических размеров и тока канальной части индукционной единицы

расчет электрических параметров печи

расчет мощности конденсаторной батареи, необходимой для повышения

определение количества индукционных единиц и числа фаз печного трансформатора

расчет охлаждения индуктора

тепловой расчет печи

Расчет тепловой энергии

расчет мощности печи

расчет

тока, геометрических размеров

и числа витков индуктора.

расчет

геометрических размеров магнитопровода печного трансформатора

Как правило, в качестве исходных данных для расчета принимаются [3]:

• характеристики расплавляемого металла или сплава:

• температура плавления и разливки;

• плотность в твердом и расплавленном состоянии;

• теплосодержание или энтальпия сплава при температуре разливки (зависимость энтальпии от температуры показана на рис. 3.1) или теплоемкость и скрытая теплота плавления;

• удельное сопротивление в твердом и расплавленном состоянии (зависимость удельного сопротивления от температуры показана на рис. 3.2);

Рис. 3.1. Энтальпия различных металлов	Рис. 3.2. Зависимость удельного электрического сопротивления некоторых металлов от температуры

- характеристики печи:

• назначение печи;

• емкость печи;

• производительность печи;

• длительность плавки и длительность загрузки и разливки;

- характеристики питающей сети:

• частота питающей сети;

• напряжение сети или напряжение вторичной обмотки электропечного трансформатора, питающего печь.

3.1. Определение емкости печи

Полная емкость печи Gсостоит из полезной (сливаемой) емкостии остаточной емкости (емкости болота)[3]

= +, кг. (3.1)

Принцип действия канальной печи требует наличия постоянно замкнутой вторичной цепи. Поэтому все канальные печи работают с остаточной емкостью, составляющей обычно 20 – 50 %полной емкости печи и обеспечивающей постоянное заполнение канала жидким металлом.

Остаточная емкость (емкость болота)

, кг, (3.2)

где - коэффициент, учитывающий остаточную емкость (массу болота). Этот коэффициент принимают равным0,2 – 0,5; причем меньшие значения - для печей емкостью более1тонны, а большие - для печей емкостью менее1тонны.

Полезная емкость (сливаемая емкость)

, кг, (3.3)

где - суточная производительность печи в тоннах (т/сутки);

- число плавок в сутки.

Число плавок в сутки

, (3.4)

где - длительность плавки и подогрева жидкого металла в часах,

- длительность разливки, загрузки, чистки и т.д. в часах.

Следует отметить, что значение величины производительности весьма относительно. В справочной литературе значения производительности даются ориентировочно (табл. 3.1) [4, 5, 8].

Длительность плавки и подогрева жидкого металла () зависит от физических свойств (теплоемкости и скрытой теплоты плавления) расплавляемых металлов и сплавов. Повышение производительности связано с уменьшением величины, что ведет к повышению подводимой к печи мощности, и влияет на конструкцию печи, т.е. вместо однофазной печи необходимо будет разрабатывать трехфазную печь, вместо одной индукционной единицы необходимо будет использовать несколько индукционных единиц и т.д.

С другой стороны, увеличение может нарушить технологический процесс плавки металла или сплава, например, легирующие добавки могут испариться до процесса разливки.

В зависимости от вида загружаемой шихты, скорости отливки, размера сечения отливаемого слитка и т.д. величина также может изменяться в довольно широком диапазоне.

Поэтому при проведении расчетов необходимо величину производительности оценивать с учетом как технологии плавки металлов или сплавов, так и конструктивных особенностей разрабатываемой печи.

Если задана полезная емкость печи, то полная емкость определяется по выражению

, кг. (3.5)