1.2 Принцип действия печи /3/

1.2.1 Работа ИКП основана на использовании явления электромагнитной индукции и аналогична работе силового трансформатора. Но электрические параметры ИКП и трансформатора отличаются, что вызвано различием их конструкций. Печь имеет стальной расслоённый магнитопровод М, первичную обмотку – индуктор w₁, и вторичную обмотку в виде замкнутого канала, заполненного жидким металлом, w₂ (см. рисунок 1, а). Для уменьшения потока рассеяния Ф_s на одном стержне располагают и первичную, и вторичную обмотки (канал) – рисунок 1, б, в. Магнитопроводы могут быть выполнены как стержневыми, так и броневыми. Кольцевой канал выкладывается в огнеупорной футеровке так, чтобы он охватывал магнитопровод с первичной обмоткой.

а – схема печи с сердечником; б – схема печи со стержневым магнитопроводом;

в – схема печи с броневым магнитопроводом.

Рисунок 1 – Схемы однофазных ИКП с открытым горизонтальным каналом

1.2.2 В магнитопроводе наводится переменный магнитный поток Ф₁. Этот поток по закону электромагнитной индукции наводит во вторичной обмотке переменную ЭДС U₂. Её действующее значение, В, равно:

, (1)

где f – частота тока, Гц.

1.2.3 Т.к. канал с расплавленным металлом представляет собой короткозамкнутый виток, в нём возникает ток I₂. При прохождении тока по металлу выделяется тепловая энергия, Дж, которая и разогревает металл:

, (2)

где R₂ – активное электрическое сопротивление металла в канале, Ом;

t – время прохождения тока, с.

1.2.4 На рисунке 2 представлены схема замещения и векторная диаграмма ИКП. Векторная диаграмма печи подобна диаграмме трансформатора, находящегося в режиме короткого замыкания, когда вторичная обмотка является нагрузкой.

Рисунок 2 – Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) ИКП

1.2.5 Реактивная мощность ИКП в несколько раз больше её активной мощности из-за большого зазора между индуктором и каналом печи. Естественный коэффициент мощности печи составляет 0,3 – 0,7. Для повышения коэффициента мощности параллельно индуктору печи присоединяют батарею конденсаторов, реактивная мощность которой должна быть равна реактивной мощности печи.

1.2.6 Конструкции печи, изображённые на рисунке 1, являются несовершенными, т.к. обладают рядом недостатков, среди которых можно выделить: трудности ведения технологического процесса, увеличенное количество шлака из-за наличия центробежного эффекта, малый объём расплава и др. Поэтому в настоящее время используется тип печи с закрытым каналом (горизонтальным, вертикальным, наклонным).

1.2.7 На рисунке 3,а представлен эскиз ИКП с закрытым вертикальным каналом, расположенным под ванной, в которой помещается почти вся масса расплавляемого металла. Такая конструкция печи позволяет в полной мере использовать эффект перемешивания металла, возникающий в результате появления электродинамических сил, связанных с взаимодействием тока в жидком металле, и сильных магнитных полей, создаваемых током в индукторе и током в канале печи.

а – конструкция; б – схема перемешивания жидкого металла

Рисунок 3 – ИКП с вертикальным каналом

1.2.8 На движение металла (в меньшей степени) также влияют механические силы, возникающие от гидростатического давления и конвекции. В результате металл в канале и шахте печи находится в постоянном движении, указанном стрелками на рисунке 3, б.