Конструкция установок полунепрерывного действия

Существуют различные конструкции установок полунепрерывно­го действия. Однако общим для них является наличие ряда основных узлов: камера загрузки, плавильная камера, камера разливки, ваку­умная система, источник питания, приборы контроля и управления. Конструкция вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Конструкция вакуумной индукционной печи полунепрерывного действия: 1 –индуктор, 2 – вакуумная система, 3 – камера загрузки, 4 – дозатор для введения присадок, 5 – пульт управления, 6 – плавильная камера, 7 – футерованный тигель, 8 – тележка с изложницами

Плавильная камера.

Основным узлом, обеспечивающим плавле­ние, дегазацию и слив металла является плавильная камера.

Корпус плавильной камеры - металлический водоохлаждаемый. Во избежание попадания жидкого металла на металлическую по­верхность под тигель устанавливается под­дон, который футеруют огнеупорным материалом.

В зависимости от конструкции установки возможно наличие спе­циальных вакуумных затворов, через которые плавильная камера сообщается с камерами загрузки и разливки. Через специальные за­творы камера сообщается с вакуумной системой.

Установленная в камере индукционная печь мало чем отличается от обычной, но к ней предъявляются повышенные требования: более строгие требования к изоляции индуктора и футеровки тигля, а так как индуктор располагается в непосредственной близости от массив­ного корпуса, представляющего собой замкнутый контур, то и к эк­ранированию индуктора.

При взаимном расположении индуктора и корпуса печи исходят из следующих соображений: в индукционной тигельной печи создается электромагнитное поле. При этом в любом месте пространства возни­кает магнитное поле, характеризующееся определенной величиной линейной индукции. В свою очередь, изменяющееся магнитное поле пронизывает как нагреваемый в тигле металл, так и металлические конструкции вне индуктора. Под действием электрического поля в металле согласно закону Ома возникают вихревые токи проводимости.

Конструкция индуктора - преимущественно трубки круглого се­чения, поскольку на профилированных трубах под слоем изоляции может оставаться воздух.

Камеры загрузки.

Камеры загрузки служат для загрузки в печь твердой шихты. Они закрываются специальной крышкой с вакуум­ным уплотнителем.

Камеры разливки (камеры изложниц).

В зависимости от вме­стимости печи разливка стали может осуществляться в несколько излож­ниц. Возможен вариант установки, оборудованной туннельной ка­мерой для изложниц длиной до 17,5 м. Один из туннелей - тупико­вый, куда перемещают тележки с металлом. В камеру изложниц можно поместить состав длиной до 14 м. Корме того, изложницы мо­гут устанавливаться и на поворотном столе.

Одной из наиболее современных установок является установка фирмы «Циклон стил». Печь рассчитана на работу на твердой завал­ке на 30 т. На этой установке предусмотрена разливка металла в из­ложницы из разливочного ковша.

Вакуумная система.

Плавки в вакуумных индукционных печах производятся при давлении 1...10^-1 Па (10^-2... 10^-3 мм рт. ст.).

Такие давления обеспечивают как полноту раскисления металла углеродом, так и удаление водорода, азота и большей части летучих примесей. Вакуумные системы печей состоят из механических, паро­струйных, масляных диффузионных и других насосов.

Зависимость скорости откачки вакуумных индукционных печей пароструйными масляными насосами от их вместимости представле­на на рисунке 3.

Рисунке 3 - Зависимость скорости откачки вакуумных индукционных печей от их вместимости

Установки могут оснащаться группой насосов. Так 27-т печь фир­мы «Лабрадор стил» имеет вакуумную систему, состоящую из двух групп насосов: пароводяного эжекторного, снижающего давление в печи примерно до 20 Па (0,2 мм рт. ст.), и 20 паромасляных насосов, работающих со скоростью откачки 4000 л/с, которые создают при плавке давление примерно 1 Па (0,01 мм рт. ст.). Снижение давления от 20 до 5 Па (0,2...0,05 мм рт. ст.) производят за 50 мин. Скорость откачки печи при давлении примерно 1 Па (0,01 мм рт. ст.) З100 м³/мин. Общая мощность нагревателей насосов составляет 850 кВт, т.е. 35 % от мощности печи. Паромасляные насосы поддер­живаются двумя механическими форвакуумными насосами со скоро­стью откачки по 13,5 м³/мин при примерно 50 Па (0,5 мм рт. ст.). Применение такого большого количества небольших насосов позво­ляет легко устранять неполадки, менять насосы в отдельности, так как каждый из них присоединен через индивидуальный шибер к об­щему трубопроводу.

Источник питания.

Небольшие лабораторные вакуумные ин­дукционные печи вместимостью до З...5кг могут обслуживаться ламповыми высокочастотными генераторами с частотой тока от 250 кГц и более. В этих печах с кварцевыми корпусами индуктор вынесен за пределы плавильного пространства. В настоящее время все более широкое применение находят высокочастотные преобразо­ватели, выполненные на полупроводниковых элементах.

Полупромышленные и промышленные установки обслуживаются высокочастотными машинными генераторами или работают от транс­форматорных преобразователей. Супермощные вакуумные индукцион­ные печи питаются током промышленной частоты. 30-т печь фирмы' «Циклон стил» имеет индуктор с пятью витками высотой 1650... 1780мм и внутренним диаметром 1900мм. Печь работает на; частоте 60 Гц и обслуживается трансформатором мощностью 6650 кВт.

При выборе источника питания для вакуумных индукционных пе­чей необходимо учитывать два обстоятельства. Первое связано с возможностью возникновения электрического пробоя между нахо­дящимся в вакууме частями установки с разностью электрического потенциала. Второе относится к перемешиванию металла, которое крайне необходимо для выравнивания состава ванны при плавке сложнолегированного сплава.

Электрический пробой может привести к повреждению индукто­ра. Пробой или тлеющий разряд возникают при остаточном давлении 250...2,5 Па (2...0,02 мм рт. ст.) и при напряжении на индукторе более 400 В. Следовательно, при работе на более высоком напряжении, которое необходимо для передачи на индуктор нужной мощности, приходится применять изоляцию.

В качестве примера приведем следующий метод экранирования. На индуктор был нанесен слой силиконовой резины толщиной 1,4...1,6 мм, а затем слой графита и снова слой силиконовой резины. Графит заземляли. При напряжении 1500 В и давлении примерно 0,25 Па (0,002 мм рт. ст.) тлеющие разряды в диапазоне 10⁵...0,025 Па (760...0,002 мм рт. ст.) не возникали.

При выборе мощности генераторов целесообразно учитывать практический опыт, который иллюстрирует рисунок 4, где показана зависимость мощности печи от ее вместимости.

Рисунок 4 - Зависимость мощности печи от ее вместимости