- •Введение
- •1. Обзор литературы
- •2. Технологический раздел
- •2.1. Свойства меди
- •2.3. Технология плавки меди в индукционной печи
- •2.4. Разливка меди
- •2.4.1. Выпуск плавки
- •2.4.3. Метод разливки меди
- •2.4.4. Длительность затвердевания слитков
- •2.4.5. Остановка печи после конца плавки
- •2.5. Эксплуатация и ремонт итп
- •2.5.1. Техническое обслуживание
- •3. Конструкторский раздел
- •3.1. Футеровка индукционной тигельной печи
- •3.1.1. Требования к футеровке
- •3.2.1. Схемы индуктора
- •3.2.2. Охлаждение индуктора
- •3.3. Каркас печи
- •3.4. Магнитопроводы и экраны
- •3.5. Механизм наклона печи
- •3.6. Контактное устройство
- •3.8. Источник питания итп
- •4.1. Основные этапы расчета итп
- •4.1.2. Расчет и выбор частоты тока
- •М. (4.35)
- •Коэффициент приведения параметров и приведенные активное и реактивное сопротивления
- •Общее число конденсаторов
- •4.1.19. Выбор параметров источника питания
- •6. Экономические расчеты
- •Расчёт затрат и определение цены единицы изделия
- •* Информация взята с сайта http://rusmetmail.Ru2013 год. Транспортные расходы составляют 8% от стоимости материалов
- •Основная заработная плата производственных рабочих составляет
- •Дополнительная заработная производственных рабочих составляет
- •Страховые взносы
- •Суммарные затраты на заработную плату с начислениями
- •Затраты на ремонт и содержание оборудования Сремсоставляют 120% от основной заработной платы основных производственных рабочих зп0. Производственная себестоимость Спрявляется суммой затрат
- •Полная себестоимость Сполнпредставляет собой себестоимость с учётом коммерческих расходов 10,5% от производственной себестоимости. Затраты по статьям калькуляции приведены в табл. 6.5.
- •Калькуляция на илт-1,0
- •Таким образом, цена индукционной тигельной печи илт-1,0 составляет 2304966,10 рублей.
- •В табл.6.6 приведены компоненты, составляющие комплекс с индукционной тигельной печью илт-1,0 и их стоимость на рынке электротехнической продукции.
- •7. Безопасность жизнедеятельности
- •7.1. Введение
- •Для приема всего количества расплавленного металла в случае аварийного наклона печи или отключения электропитания предусмотрен огражденный металлоприемник или литейная яма.
- •7.2. Безопасность проекта
- •7.2.1. Характеристика опасных и вредных производственных факторов
- •7.2.1.1. Мероприятия по обеспечению травмобезопасности
- •Б) высокой температуры (жаркими помещениями называют помещения, в которых температура длительно превышает плюс 30°с); в) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение
- •7.2.1.3. Общие требования и номенклатура защит
- •7.2.2. Гигиеническая оценка условий труда
- •7.2.2.1. Состояние воздуха рабочей зоны: микроклимат
- •7.2.2.1.1. Системы оздоровления
- •7.2.2.2. Освещенность
- •7.2.2.3. Виброакустические факторы
- •7.2.2.4. Энергетическое воздействие
- •7.2.2.5. Нормы и способы защиты
- •7.2.2.6. Пожарная безопасность
- •Стационарные огнетушители углекислотные типа оу – 2, оу – 5, войлок или брезент. Запрещается заливать пламя водой!
- •7.3. Чрезвычайные ситуации
- •7.4. Пропускной режим
- •9. Исследование режима работы индукционной тигельной печи емкостью 1 тонна при плавке алюминия
1. Обзор литературы
1.1. Историческая справка
Началом истории развития индукционного нагрева принято считать 1831 г., когда английским ученым Майклом Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции, а Ленц и Джоуль установили, что прохождение тока по проводнику сопровождается выделением тепла.
Полноценное промышленное использование электрической энергии для плавки и нагрева металлов и сплавов началось лишь спустя много лет, так как для этого необходимо было соответствующее развитие электротехники, а также энергетического хозяйства.
Выдающуюся роль в развитии этих областей науки сыграли русские ученые и практики: П.Н.Яблочков (1876 г.), И.Ф.Усагин (1882 г.) и М.О.Доливо-Добровольский исследованиями в области трансформаторов, а также работы М.О.Доливо-Добровольского, впервые осуществившего передачу электроэнергии на расстояние [3].
В 1900-1901 гг. появились первые промышленные сталеплавильные печи: дуговая печь прямого нагрева Эру во Франции, дуговая печь косвенного нагрева Стассано в Италии и индукционная печь со стальным сердечником и открытым каналом Къеллина в Швеции. После этого промышленная электротермия и электропечестроение получили за рубежом широкое и разнообразное развитие.
Первые попытки плавки металлов в индукционных тигельных печах токами высокой частоты относятся к началу XX в [3].
Русский изобретатель А.Н. Лодыгин за 1905-1907 гг. предложил ряд конструкций индукционных нагревателей и в 1908 г. опубликовал в журнале «Электричество» статью о принципе работы и конструкции индукционной печи без сердечника.
За рубежом в этот же период были взяты патенты на печи высокой частоты (французский патент общества Шнайдер - Крезо, шведский патент О. Цандера, английский патент Гердена и ряд других). Однако в то время печи без сердечника не могли получить практического значения, так как не существовало промышленных источников тока высокой частоты.
Первые опыты по плавке токами высокой частоты следует отнести к 1912-1913 гг., когда акционерное общество «Лоренц» построило печь без сердечника с питанием от дугового генератора, создающего высокочастотные колебания; сам же колебательный контур представлял собой систему индукционных катушек и конденсаторов. Плавку осуществляли в тигле, помещенном внутри печной катушки, которая была связана с колебательным контуром. В печи плавили цинк, который загружали в количестве всего лишь 20 г. Плавка продолжалась около 2 минут.
Опыты были прекращены во время первой мировой войны, и лишь спустя два года, т.е. в 1916 г., американец Нортруп предложил свою схему, в которой для получения токов высокой частоты был применен искровой разрядник. В период первой мировой войны индукционный нагрев получил практическое применение в электровакуумной промышленности для прогрева деталей радиоламп во время откачки. После окончания первой мировой войны печи без сердечника стали внедрять в промышленность все шире.
Благодаря стремительному развитию радиотехники появились различные генераторы токов высокой частоты - дуговые, искровые, машинные и с электронными лампами. В результате к началу 30-х годов стоимость энергии тока высокой частоты снизилась до 2÷4-кратной стоимости энергии тока промышленной частоты (по данным Г.И. Бабата). Это послужило одним из оснований к широкому внедрению в промышленность печей высокой и повышенной частоты.
К 1937 г. установленная мощность этих печей во всем мире возросла до 100000 кВт, причем емкость этих печей, измерявшаяся первоначально килограммами, возросла в 1950 г. до 12 тонн (сталеплавильные заводы Бофорс, Швеция, 1951 г.), а в настоящее время - до нескольких десятков тонн (компания Whiting Corp., США, 1964 г.).
Основными источниками получения высокой или повышенной частоты для питания электротермических установок для частот до 10000 пер/сек в настоящее время служат индукторные машинные генераторы, а для больших частот - ламповые генераторы.
Следует заметить, что одну из первых конструкций индукторного генератора разработал русский электротехник П.Н. Яблочков, получивший на нее «привилегию» в 1877 г. В 1882 г. более совершенную конструкцию индукторного генератора предложил Алексей Клименко. Особая заслуга в разработке и постройке оригинальных типов отечественных индукционных генераторов принадлежит проф. В.П. Вологдину, который за промежуток от 1910 до 1935 гг. создал ряд машин мощностью от 0,5 до 600 кВт и частотой от 1000 до 60000 Гц. Следует отметить, что в области разработки и создания современных отечественных индукционных печей без сердечника приоритет принадлежит также В.П. Вологдину и его сотрудникам.
В 1930 г. В.П. Вологдин начал разработку индукционных плавильных печей без сердечника и к началу 1932 г. построил печи, рассчитанные на 10 и 20 кг стали. В том же году эти печи и всё электрооборудование к ним (мотор-генераторы, конденсаторы и т.д.) были полностью освоены нашей промышленностью.
Первая отечественная индукционная плавильная печь без сердечника с ламповым генератором была построена в 1937 г. также В.П. Вологдиным [3].
1.2. Обзор литературных источников
Учебное пособие [1] включает в себя две части. Часть 1. Теория индукционного нагрева; часть 2. Промышленное применение индукционного нагрева.
В первой части излагается теория индукционного нагрева металлов и высокочастотного нагрева диэлектриков. Здесь рассмотрены основные закономерности процессов и приведены приближенные методы расчета реальных систем для нагрева металлов и диэлектриков. Нашли отражение также вопросы расчета и моделирования индукционных устройств на ЭВМ. Приближенные методы расчета благодаря своей наглядности и доступности нашли широкое применение в практике проектирования индукционных нагревательных установок. Они позволяют также иллюстрировать основные закономерности индукционного нагрева.
Во второй части книги рассматривается промышленное применение индукционного нагрева металлов и высококачественного нагрева диэлектриков, основные вопросы технологии, технико-экономические показатели и вопросы техники безопасности. В этой же части рассмотрены особенности индукционного нагрева с применением частоты 50 Гц, не проявляющиеся на средних и высоких частотах.
Учебное пособие [2] состоит из следующих частей: часть 1. История развития индукционных тигельных печей; часть 2. Индукционные тигельные печи; часть 3. Электрический расчет индукционной тигельной печи; часть 4. Чрезвычайные ситуации.
В учебном пособии представлена классификация электротехнологических и электротермических установок, в частности индукционных тигельных печей. Дан ретроспективный анализ развития электропечестроения. Рассмотрены принцип действия, конструкция и назначение индукционных тигельных печей. Подробно описан инженерный электрический расчет. Методические указания содержат справочный материал, необходимый для проведения электрического расчета индукционной тигельной печи. Приведен поэтапный расчет индукционной тигельной печи в примерах, иллюстрирующих отдельные подразделы инженерного электрического расчета.
Книга [3] состоит из следующих частей: часть 1. Вводная, которая посвящена вопросам типологии и основных промышленных характеристик плавильных печей; часть 2. Канальные индукционные печи; часть 3. Индукционные тигельные печи; часть 4. Вакуумные индукционные печи и вакуумная обработка сплавов.
В книге изложена теория индукционного нагрева применительно к плавке металлов и сплавов. Подробно описаны современные индукционные печи, открытые и вакуумные, всех видов и типов, а также дана методика их расчета.
Помимо этого авторами дана характеристика оборудования печей и порядок их эксплуатации. Приведены технико-экономические данные, характеризующие целесообразность применения тех или иных типов печей в зависимости от природы сплавов и их назначения.
Книга [5] включает следующие части: часть 1. Теория индукционного нагрева; часть 2. Индукционные печи тигельного типа; часть 3. Индукционные печи канального типа.
В своей книге автор проводит исследование процессов и методики расчета индукционных печей, основываясь на общей теории поглощения электромагнитных волн в металле, которая описывает явления значительно точнее и нагляднее, чем теория трансформатора, мало приспособленная к исследованию процессов в сплошных металлических телах.
Во второй и третьей частях книги подробно рассматриваются конструкции современных индукционных печей, условия работы и особенности конструирования основных узлов печи и методы расчета индукционных печей. Описание установок с индукционными печами (планировка и схемы) и вопросы эксплуатации печей изложены в указанной выше книге более лаконично и кратко.
Достоинство настоящей книги заключается в том, что все расчетные формулы во втором издании выражены в международной системе единиц СИ. Исключение составляют только тепловые единицы, которые приводятся во внесистемных единицах-килокалориях и часах. Однако подобное изложение материала является обоснованным, поскольку все тепловые параметры материалов справочники дают в настоящее время во внесистемных единицах-килокалориях и часах.
Книга [6] состоит из следующих разделов: часть 1. Основы механики печных газов; часть 2. Основы теплопередачи; часть 3. Нагрев металла; часть 4. Топливо и его сжигание; часть 5. Материалы и строительные элементы печей; часть 6. Устройства для утилизации тепла отходящих дымовых газов; часть 7. Топливные печи и конвекторы, применяемые в черной металлургии; часть 8. Электрические печи, применяемые в черной металлургии; часть 9. Пуск, эксплуатация и ремонт печей.
В книге изложены основные теоретические положения металлургической теплотехники: механики газов, теории подобия, теплопередачи. Также приведены необходимые сведения о металлургическом топливе и процессах его горения, об огнеупорных материалах. Помимо этого в книге приводятся примеры всех необходимых расчетов для печей различных типов.
Книга [7] состоит из следующих частей: глава 1. Физические основы метода индуктивного нагрева; глава 2. Тепловой расчет режима нагрева; глава 3. Общие основы расчета индукторов для нагрева ферромагнитных объектов; глава 4. Общие основы расчета индукторов для нагрева частично ферромагнитных объектов; глава 5. Расчет индуктора для поверхностного нагрева цилиндрических деталей; глава 6. Конструирование индукторов для поверхностного нагрева; глава 7. Расчет индукторов для закалки плоских и внутренних цилиндрических поверхностей; глава 8. Типовые конструкции индукторов для поверхностного нагрева внешних и внутренних цилиндрических поверхностей и плоских поверхностей; глава 9. Выбор частоты при поверхностной закалке и индукторы для закалки тел сложной формы; глава 10. Индукторы специальных типов; глава 11. Основы расчета индукторов для сквозного нагрева сплошных цилиндрических заготовок; глава 12. Основы расчета индукторов для нагрева заготовок прямоугольного сечения; глава 13. Расчет индукторов для нагревателей периодического действия; глава 14. Расчет индукторов с постоянным шагом витков для нагревателей методического действия; глава 15. Приближенный расчет индукторов с переменным шагом витков для нагревателей методического действия (ускоренный нагрев); глава 16. Расчет индукторов для нагрева полых цилиндров; глава 17. Индукторы для нагрева заготовок и проката.
В книге излагаются физические основы индукционного нагрева и методы расчета индукторов для поверхностного и сквозного нагрева. Расчет индукторов иллюстрирован конкретными примерами. Приводятся также принципы конструирования индукторов и описание наиболее характерных конструкций.
В книге [8] приведены классификация и основные свойства огнеупоров, огнеупорных бетонов и набивных масс, применяемых для футеровки индукционных плавильных (канальных и индукционных) печей и миксеров. Изложены основные принципы выбора огнеупорных материалов, описана технология футеровки индукционных печей пластичными набивными массами, огнеупорными бетонами, сухими спекаемыми массами, штучными огнеупорами. Рассмотрены вопросы техники безопасности и производственной санитарии при выполнении футеровочных работ.
Книга [9] состоит из следующих частей: глава 1. Принцип работы, электрические схемы и конструкции индукционных плавильных печей; глава 2. Огнеупорные материалы и способы изготовления футеровки индукционных печей; глава 3. Плавка алюминиевых сплавов в индукционных печах; глава 4. Плавка меди и медных сплавов в индукционных печах; глава 5. Плавка никеля и его сплавов в индукционных печах; глава 6. Плавка магниевых сплавов в индукционных печах промышленной частоты; глава 7. Плавка цинковых сплавов в индукционных печах; глава 8. Экономика электроплавки цветных металлов и выбор конструкции индукционных печей.
Автором исследовано применение индукционных печей различных конструкций на типичных примерах плавки цветных металлов, приведены технико-экономические показатели плавки в канальных, а также тигельных индукционных печах промышленной и повышенной частоты.
Первая глава книги посвящена принципам работы, а также конструктивным особенностям современных индукционных печей. Принцип работы индукционных тигельных печей изложен на основе современной теории поглощения электромагнитных волн металлом. Подробно рассмотрены электрические схемы различных типов индукционных печей.
Во второй главе описано основное плавильное оборудование и технология изготовления футеровки различных индукционных печей из новых огнеупорных материалов типа жаростойких бетонов, набивных масс фосфатными связками.
Главы с третьей по седьмую посвящены технологии плавки медных, никелевых, цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов в индукционных печах, применяемой на отечественных заводах. Рассмотрены металлургические особенности плавки в каждой группе сплавов в индукционных печах открытого типа и в вакуумных.
В главе восьмой приведена экономическая эффективность работы различных типов оборудования для плавки цветных металлов и сплавов для заготовительного и фасонного литья исходя из определения суммы затрат на производство одной тонны жидкого металла.
В книге [13] изложены основы физики и теории индукционного нагрева, а также методы расчета и конструирования индукционных электропечей и установок. Рассмотрены электромагнитные явления и физические законы, лежащие в основе индукционного метода нагрева. Описаны конструкции и методы расчета индукционных канальных и тигельных плавильных печей, установок для сквозного нагрева и поверхностной закалки. Приводятся сведения о новых областях применения индукционного нагрева и плавки.
В книге [14] приведены классификация, состав и основные свойства огнеупоров, огнеупорных бетонов и набивных масс, применяемых для футеровки индукционных плавильных печей, миксеров и нагревательных установок. Изложены основные принципы выбора огнеупорных материалов, технологии футеровки в зависимости от вида выплавляемого металла и ведения плавки. Рассмотрены физико-химические процессы взаимодействия футеровки с жидким металлом и ее износ при эксплуатации индукционных печей. Даны рекомендации по увеличению срока службы футеровки.
Книга [17] посвящена принципам построения и расчета систем питания и автоматического регулирования электрического режима индукционных установок для нагрева и плавки. Помимо этого в ней описаны созданные в последние годы автоматические регуляторы и новые источники питания на тиристорах. Книга состоит из следующих частей: глава 1. Свойства индукционных установок как нагрузки и объекта регулирования; глава 2. Автоматические регуляторы электрического режима индукционных установок, питающихся от электромашинных генераторов; глава 3. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева; глава 4. Автоматическое регулирование индукционных установок с тиристорными преобразователями частоты.
Для лучшего уяснения материала работы вначале изложены свойства индукционных установок как эквивалентной нагрузки и объекта регулирования. Особое внимание уделено тиристорным преобразователям частоты, внедрение которых в технику индукционного нагрева началось недавно и сулит значительные технико-экономические выгоды, благодаря лучшим по сравнению с электромашинными генераторами, показателям в отношении надежности и удобства эксплуатации.
Учебное пособие [18] состоит из четырех глав: глава 1. Основы электроснабжения промышленных предприятий с электротермическими, плазменными и лучевыми установками; глава 2. Особенности электротермических, плазменных и лучевых установок как потребители электроэнергии; глава 3. Электрооборудование систем электроснабжения с ЭТУ или ПЛУ; глава 4. Схемы электроснабжения и компоновка оборудования индукционных установок и печей сопротивления.
В первой главе рассмотрены общие вопросы, связанные с особенностями промышленных предприятий как потребителей электроэнергии, а также эффективные способы компенсации реактивной мощности потребителей.
Отдельно исследованы особенности электротермических, плазменных и лучевых установок, как наиболее энергоемких электроприемников. Им посвящена вторая глава учебного пособия.
Третья глава дает подробный анализ используемых в современной энергетике элементов электрооборудования различных систем электроснабжения, а также принципов из действия.
В четвертой главе схемы электроснабжения и компоновка ЭТУ и ПЛУ анализируются авторами с точки зрения рационального планирования размещения спецоборудования, которое используется в металлургии, и их экономного использования.
Учебник [19] состоит из двух частей: часть 1. Электроснабжение электротермических установок; часть 2. Автоматизация электротермических установок.
В данном учебнике изложены основы электроснабжения и автоматизации электротермических установок. Рассмотрены электрические аппараты на напряжение до 1000 и свыше 1000 В. Приведены общие сведения по энергоснабжению промышленных предприятий. Отдельно проводятся элементы теории автоматического регулирования и принципы построения электрических схем управления. Также даны рекомендации по автоматизации режимов печей сопротивления, дуговых, рудотермических и индукционных печей и установок.
Книга [20] состоит из следующих разделов: часть 1. Экономические основы функционирования предприятий в условиях рынка; часть 2. Развитие предприятия и повышение качества продукции; часть 3. Современные формы и методы производства и хозяйственного руководства на предприятии; часть 4. Содержание, виды планирования; часть 5. Организация, планирование и мотивация труда; часть 6. Оценка финансовых результатов деятельности предприятий.
В книге даны рекомендации по разработке бизнес-плана предприятия, планированию деятельности фирмы в условиях рынка, организации труда и производства, мотивации труда, планированию и анализу финансового положения предприятия, технико-экономического обоснованию инвестиций.
Учебник [21] состоит из следующих частей: раздел 1. Предприятие в условиях рыночной экономики; раздел 2. Производственные ресурсы предприятия; раздел 3. Организация производства на предприятии; раздел 4. Экономический механизм управления предприятием; раздел 5. Инновационная и инвестиционная деятельность предприятия; раздел 6. Финансовые ресурсы предприятия.
Коллектив авторов в четвертое издание учебника включили более широкий круг вопросов. В нем содержатся новые материалы по среде функционирования предприятием, по трудовым ресурсам, производственной инфраструктуре предприятия, организации производственного процесса, механизму управления предприятием, экстенсивным и интенсивным факторам его развития.
Помимо этого более подробно рассмотрена инновационная и инвестиционная деятельность предприятия, показаны собственные и заемные средства, расходы и доходы предприятия.
Книга [30] состоит из следующих разделов: часть 1. Управление качеством окружающей среды; часть 2. Защита окружающей среды.
В учебном пособии рассмотрены основные проблемы экологизации металлургического производства. Подробно освещены вопросы управления качеством окружающей среды, защиты элементов биосферы от техногенных воздействий. Приведены примеры ресурсосберегающих, малоотходных, экологически чистых технологий в металлургии, а также систем очистки выбросов, сбросов и обращения с отходами различных переделов.