9. Исследование режима работы индукционной тигельной печи емкостью 1 тонна при плавке алюминия

Плавка алюминия сравнительно хорошо освоена на современных предприятиях. Основные усилия технологов сосредоточены на уменьшении потерь металла при плавке, экономии электроэнергии, увеличении коэффициента использования плавильного оборудования, оптимизации и автоматизации процессов плавки.

Процесс плавки цветных металлов и сплавов происходит при сравнительно высоких температурах. При этом неизбежно происходит утечка тепловой энергии в окружающую среду. Кроме тепловых потерь, в электроплавильной установке происходят довольно значительные электрические потери, которые состоят из энергии, рассеиваемой в токопроводах, преобразователях частоты, приводах вспомогательных механизмов и т.п. [9].

Таким образом, общее количество подводимой к плавильной установке электрической энергии состоит из полезной энергии и энергии, идущей на покрытие тепловых и электрическихпотерь. Под полезной энергией понимается теоретически необходимая энергия, используемая в ходе плавки по технологическому назначению: на нагрев металла и шлаков до температуры плавления, на расплавление и на технологически обоснованный перегрев металла перед разливкой. Учитывая изложенное, можно сказать, что основной характеристикой экономической эффективности плавильной установки будет КПД установки, определяемый по следующей формуле:

(9.1)

где - электрический КПД; (9.2)

- тепловой КПД; (9.3)

–теоретически необходимая энергия;

–полезная энергия, идущая на покрытие тепловых потерь;

–полезная энергия, идущая на покрытие электрических потерь.

Рассматривая величины, входящие в формулу (9.1), можно сказать, что теоретически необходимое количество энергии при плавке различных цветных металлов и сплавов зависит исключительно от физических свойств этих металлов и совершенно не зависит от вида энергоносителя (газ, нефть, электричество), метода и продолжительности нагрева.

Количественное значение тепловых потерь в значительной степени зависит от времени расплавления садки, емкости печи, теплоизоляции, температуры металла и многих других менее значительных факторов.

Рассмотрение этих величин значительно упрощается, если рассматривать не полные, а удельные мощности, т.е. мощности, отнесенные к единице объема, поверхности или емкости.

При рассмотрении энергетических характеристик плавильных электропечей наибольший интерес представляют удельный расход электроэнергии [6].

Как отмечено выше, тепловые потери при прочих равных условиях растут пропорционально росту продолжительности процесса плавки и тем самым увеличивают удельный расход электроэнергии.

В печах для плавки меди используется футеровочная масса, состоящая из кварцита (динаса) и связующих материалов, обеспечивающих спекание сухой футеровочной массы при нагреве (бура, борная кислота и др.), или материалов, цементирующих увлажненную футеровочную массу (жидкое стекло, глина и др.).

Тигли изготавливают обычно методом набивки в печи, технология которой тщательно отработана и значительно реже – формовкой вне печи.

Стенка тигля спекается при плавках не на всю толщину, а имеет три зоны: плотную спеченную с ошлакованной внутренней поверхностью, менее плотную переходную и наружную буферную зону, сохранившую рыхлость. Буферная зона служит теплоизоляцией, компенсирует тепловое расширение футеровки и амортизирует толчки и удары при загрузке и осаживании шихты, а также вибрацию, передающуюся от индуктора [5].

В данном разделе рассматривается возможность плавки в ИЛТ-1 не только меди, но и алюминия. В программе Mathcad 14 произведен расчет энергетических параметров ИЛТ-1 при плавке алюминия. Результаты расчета приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1.

Основные характеристики ИТП

№ п/п	Характеристика, единица измерения	Расплавляемый металл	Расплавляемый металл
		медь	алюминий
1	Емкость индукционной тигельной печи, т	1	0,238
2	Частота, Гц	500	500
3	Электрический КПД индуктора, д.е.	0,626	0,662
4	Объем печи, м³	0,119	0,119
5	Диаметр тигля по средней линии, м	0,447	0,447
6	Высота металла в тигле, м	0,759	0,759
			Продолжение табл. 9.1.
7	Высота тигля, м	0,987	0,987
8	Внутренний диаметр индуктора, м	0,621	0,621
9	Глубина проникновения поля в расплавленный металл, м	0,01	0,012
10	Глубина проникновения поля в проводник индуктора, м	0,003	0,003
11	Коэффициент мощности индуктора, д.е.	0,064	0,07
12	Мощность индуктора, кВт	421,791	170,044
13	Потери мощности в индукторе, кВт	157,8	57,5
14	Число витков индуктора, шт	14	14
15	Ток индуктора, А	6908	4259
16	Напряжение индуктора, В	950	956
17	Суммарные тепловые потери печи, кВт	19,58	10,5
18	Тепловой КПД печи, д.е.	0,926	0,907
19	Количество конденсаторов (ЭЭВК-1-0,5-У3,Е3), шт	26	25
20	Потери в шинопроводе, кВт	7,955	5,115
21	Полезная мощность индуктора печи,	244,4	102
22	Мощность, потребляемая из сети, кВт	466,7	189,9
23	КПД установки, д.е.	0,524	0,537
24	Удельный расход электроэнергии, кВт*ч/т	349,996	503,185
25	Длительность плавки, ч	0,75	0,75
26	Удельная мощность печи, кВт/т	450,71	683,5
27	Производительность печи по расплавлению и перегреву, т/ч	1,111	0,314
28	Суммарные тепловые потери установки, кВт	222,2	87,83
29	Суммарный расход технической воды, м^3/ч	35,965	28,132

По результатам расчетов выяснилось, что основные характеристики ИТП при плавке алюминия незначительно отличаются от характеристик печи при плавке меди. При плавке алюминия увеличивается удельный расход электроэнергии, но уменьшаются суммарные тепловые потери установки и увеличивается КПД.

Исходя из полученных данных, можно сделать заключение, что данную печь, предназначенную для плавки медных сплавов, при необходимости можно использовать для выплавки алюминия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрена индукционная тигельная печь емкостью 1 тонна для плавки медных сплавов. Довольно подробно приведена конструкция печи. Произведен расчет ^{основных параметров ИТП при помощи формуляра расчета в пакете программы} Mathcad14^{, чертежи начерчены в программе KOMPAS-3D V11.}

^{В работе произведен расчет: мощности установки, охлаждения токоведущих частей, геометрических размеров печи, тепловой расчет, расчет компенсирующего устройства, произведен экономический расчет. Рассмотрены меры безопасности при эксплуатации печи на производстве и энергосберегающие аспекты установки.}

В результате проведенных расчетов было выяснено, что данная технологическая установка – индукционная тигельная печь для плавки медных сплавов, соответствует всем параметрам задания; рассчитанные параметры установки являются приемлемыми при данных условиях работы.

В результате проведенной работы, можно сделать вывод, что индукционный способ является одним из совершенных и экономичных. Индукционные плавильные печи отвечают требованиям металлургии и литейного производства, чем и объясняется их доминирующая роль на современном уровне производства металлов. Обладая большим числом преимуществ, по отношению с другими печами, индукционную плавку с каждым годом применяют все шире и шире.

Приложение 1

РАСЧЕТ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ЕМКОСТЬЮ 1 ТОННА ДЛЯ ПЛАВКИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ В ПРОГРАММЕ MATHCAD14

Приложение 2

РАСЧЕТ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ЕМКОСТЬЮ 1 ТОННА ДЛЯ ПЛАВКИ АЛЮМИНИЯ В ПРОГРАММЕ MATHCAD14

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для вузов /А.Е.Слухоцкий, В.С.Немков, Н.А.Павлов, А.В.Бамунэр; Под. ред. А.Е.Слухоцкого. Л.: «Энергоиздат», Ленинградское отд-ние, 1981. 328 с.

2. Индукционные тигельные печи: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. /Л.И.Иванова, Л.С.Гробова, Б.А.Сокунов, С.Ф.Сарапулов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2002. 87 с.

3. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. С.А.Фарбман, И.Ф. Колобнев Изд-во «Металлургия», М., 1968, 5-е изд., дополненное и переработанное, 496 с.

4. http: //www.ya.ru/

5. Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи. Учебное посо­бие для вузов. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: «Энергия», 1967. 416 с., с ил.

6. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. т.1. Теория и конструкции металлургических печей. Кривандин В.А., Филимонов Ю.П. М., «Металлургия», 1978. – 360 с.

7. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л., «Энергия», 1974. 264 с., с ил.

8. Сасса В.С. Футеровка индукционных плавильных печей и миксеров. – М.: Энергоатомиздат, 1983.-120 с., ил.- (Б-ка электротермиста; Вып. 72)

9. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах. – М., «Металлургия», 1974. 248 с., с ил.

10. ГОСТ 18322-78 «Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения».

11. ГОСТ 25866-83 «Эксплуатация техники. Термины и определения».

12. ГОСТ 16504-81 «Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения».

13. Электрические печи и установки индукционного нагрева. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. М., «Металлургия», 1979. 247 с.

14. Футеровка индукционных электропечей. Сасса В.С. – М.: Металлургия, 1989. 232 с.

15. Еднерал Ф.П. Металлургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1977. 488 с.

16. Егоров А.В., Моржин А.Ф. Электрические печи (для производства сталей). М.: Металлургия, 1975. 352 с.

17. Гитгарц Д.А., Иоффе Ю.С. Новые источники питания и автоматика индукционных установок для нагрева и плавки. М., «Энергия», 1972. 104 с., с ил.

18. Миронов Ю. М., Миронова А.Н. Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок: Учеб. пособие для вузов.– М.: «Энергоатомиздат», 1991. 376 с., с ил.

19. Электроснабжение и автоматизация электротермических установок: Учебник для техникумов/ А.Д.Свенчанский, З.Л.Трейзор, Л.А.Мнухин. – М., «Энергия», 1980. 320 с., с ил.

20. Экономика предприятия. Хрипач В.Я., Суша Г.З., Оноприенко Г.К.; под ред. Хрипача В.Я. – 2-е изд. Стереотипное. – Мн.: «Экономпресс», 2001. 464 с.

21. Экономика предприятия: Учебник для вузов/ под. ред. проф. Горфинкеля В.Я., проф. Швандара В.А. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: «ЮНИТИ-ДАНА», 2004. 670 с. (Серия «Золотой фонд российских учебников»).

22. Приказ Минздравсоцразвития РФ от 18.12.2006 №857 «Об утверждении классификации видов экономической деятельности по классам профессионального риска».

23. Федеральный закон от 22.12.2005 №179-ФЗ (с изм. от 21.07.2007) «О страховых тарифах на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний».

24. ГОСТ 19605-74 «Организация труда. Основные понятия. Термины и определения».

25. ГОСТ 12.4.011-89 «Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация».

26. ГОСТ 21139-87 «Генераторы и установки высокочастотные промышленные для индукционного и диэлектрического нагрева. Общие технические условия».

27. ГОСТ 27209.0-89 «Оборудование электротермическое. Общие методы испытаний».

28. ГОСТ Р 50014.3-92 «Безопасность электротермического оборудования. Часть 3. Частные требования к электротермическим устройствам индукционного и прямого нагрева сопротивлением и индукционным электропечам».

29. ГОСТ 12.2.007.9-93 «Безопасность электротермического оборудования. Часть 1. Общие требования».

30. Природоохранные мероприятия в металлургии: Учебное пособие / В.Л. Советкин, Ю.Г. Ярошенко, С.В. Карелов, В.Г. Коберниченко, И.Ю. Ходоровская; под ред. Ю.Г. Ярошенко. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 241 с.

31. ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочего зоны».

32. СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

33. Борьба с шумом на производстве: Справочник/ под ред. Е.Я. Юдина. М.: «Машиностроение», 1985. 400 с.

34. ГОСТ 12.1.003-89 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».

35. ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования».

36. «Правила устройства электротехнических установок» .2006 г.

37. ГОСТ 12.1.002-84 «ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах».

38. ГОСТ 12.1.030-81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление».

39. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность: Справочник/ А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов, А.Я. Корольченко и др. М.: «Химия», 1987. 272 с.

40. ГОСТ 12.1.004-95 «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования».

41. ГОСТ 12.1.010-76 «ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования».

42. ГОСТ 12.1.033-81 «ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения».

43. НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности».

44. ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

45. ГОСТ 12.2.046.0-2004 «ССБТ. Оборудование технологическое для литейного производства. Требования безопасности».

46. ГОСТ 12.2.007.9-93 «Безопасность электротермического оборудования».

47. ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

48. Михно Е.П. Ликвидация последствий аварий и стихийных бедствий. М.: «Атомиздат», 1979. 287 с.