Индукционная канальная печь с дополнительными катушками.

Цель работы: Исследование тепловых, электромагнитных, электрофизических и гидродинамических процессов в физической модели индукционной тигельной печи с управляемой циркуляцией расплава.

Оборудование и приборы

1. Физическая модель индукционной канальной печи с дополнительными катушками со встроенной системой измерения скорости вращения металла в каналах.

2. Информационно - измерительная система лаборатории МГД - процессов в металлургии «LabVIEW SignalExpress».

3. Инфракрасный пирометр.

Краткие теоретические сведения

Канальные печи или печи с электромагнитным железным сердечником, широко используются в литейном производстве в качестве миксеров, раздаточных печей для черных и цветных металлов и сплавов. В канальной индукционной печи (рис. 9.1) переменный магнитный поток, проходящий по магнитопроводу 3, пронизывает замкнутый контур канала 2, представляющий собой кольцо из жидкого металла и возбуждает в нем электрический ток, который проходит по жидкому металлу и разогревает его. Переменный магнитный поток создается первичной катушкой 4, подключаемой к сети переменного тока промышленной частоты (50 Гц).

Рисунок 9.1 – Устройство электромагнитного сердечника индукционной канальной печи: 1 – ванна печи; 2 – канал; 3 – магнитопровод; 4 – первичная катушка.

При плавке алюминия и его сплавов каналы в ИЕ быстро зарастают окислами, так как алюминий легко окисляется на поверхности ванны и в процессе плавки окисная пленка нарушается. Окислы опускаются на подину печи, попадают в каналы и оседают на стенках. Для поддержания установки в рабочем состоянии необходимо постоянно чистить каналы. Для обеспечения возможности чистки каналы выполняются цилиндрическими с прямолинейными участками. С целью снижения скорости зарастания каналов окислами целесообразно создать вращательное движение расплава в каналах посредством электромагнитного поля.

Для получения эффективного вращательного движения используется дополнительная катушка, выполненная в виде двух секций, расположенных поверх обмотки индуктора и соединенных встречно. Наложение магнитных потоков основной и дополнительных катушек, сдвинутых в пространстве и по фазе, образует в канале вращающееся магнитное поле, создающее электромагнитный момент. Вращательное движение расплава в канале увеличивает тепломассообмен между канальной частью и ванной печи, уменьшает зарастание каналов окислами. Применение МГД-вращателя позволяет регулировать направление вращения и его скорость в широком диапазоне.

Устройство и принцип работы модели.

Эскиз отъемной ИЕ (б) представлены на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2 Эскиз индукционной единицы

Устройство состоит из магнитопровода 1 с основной обмоткой 2, продольных каналов 3 с футеровкой 4 корпуса для футеровки 5 и дополнительной обмотки 6, выполненной из двух секций. По принципу действия ИЕ аналогична однофазному трансформатору, работающему в режиме короткого замыкания. Одновитковой вторичной обмоткой является канальная часть, заполненная жидким металлом и часть соединяющегося с ним металла ванны печи.

Для измерения скорости вращения металла в канале установлена измерительная система рисунок 9.3.

Рисунок 9.3 – Система для измерения скорости вращения расплава в канале индукционной единицы.

По оси канала натянута струна 4 и закреплена в нижней части опорным - 1 и натяжным – 3 болтами, в верхней части натяжным болтом 9 и стопорной гайкой 10. На струну одета медная трубка 5, на которой имеются лопасти. Изменяя питающее напряжение можно измерять скорость вращения жидкого металла при определенном токе в катушках. Скорость измеряется с помощью диска 7 с отверстием и фотодатчика 8. Фотодатчик фиксирует сигнал в зависимости от скорости вращения диска 7 и передает на тахометр-частотомер (Рисунок 9.4).

Рисунок 9.4 – Тахометр-частотомер

Рисунок 9.5 – Схема подключения основной и дополнительных катушек к автотрансформаторам с измерительными приборами

Автотрансформатор, питающий основную обмотку подключен к фазному напряжению «О – С», а автотрансформатор, питающий дополнительную обмотку подключен к линейному напряжению «А – Б». Такое подключение обеспечивает сдвиг фаз напряжения на основной и дополнительной катушках близкое к 90 градусов.

Применение. Использование в канальных печей для увеличения срока службы индукционных единиц, благодаря уменьшению зарастания каналов.