Вакуумные индукционные печи (ВИП) по режиму работы разделяют на печи периодического и полунепрерывного действия.
Печи периодического действия имеют лишь одну камеру – плавильно-заливочную. После каждой плавки и заливки форм указанную камеру разгерметизируют; вынимают из неё залитую форму; чистят и заправляют тигель; вновь загружают в него шихту; устанавливают в камеру пустую форму; закрывают камеру; откачивают из неё воздух и производят новую плавку.
Вакуумные печи полунепрерывного действия имеют, кроме плавильно-заливочной, дополнительные камеры – не менее одной вертикальной и одну или две горизонтальных. Каждая из дополнительных камер одним торцом присоединена к плавильно-заливочной камере (ПЗК), а второй торец свободен. Дополнительные камеры изолированы от плавильно-заливочной (в местах присоединения) вакуумными затворами. Аналогичные затворы открывают или закрывают свободные торцы камер. В ВИП полунепрерывного действия загрузка шихты в тигель и её плавка, подшихтовка и все виды доводки ЖМ, подача порожних форм (или изложниц), их заливка, затвердевание ЖМ, извлечение заполненных форм – все эти технологические операции выполняются без нарушения вакуума в ПЗК.
По способу слива ЖМ из тигля в форму или изложницу различают ВИП :
а) с наклоном всей ПЗК вместе с тиглем и заливаемой изложницей, подвешенной на шарнирах к кожуху этой камеры;
б) с наклоном только тигля внутри ПЗК, а заливаемая форма установлена неподвижно на какой-нибудь опоре внутри камеры.
К вакуумным печам полунепрерывного действия относятся печи ВИАМ – 100, ВИАМ – 24, ИСВ – 0,6, УЛВАК, КОНСАРК и др.
У печи ВИАМ – 100 ПЗК имеет цилиндрическую форму и расположена горизонтальною. Примерно в центре камеры находится тигель (с индуктором), который при сливе ЖМ наклоняется вдоль оси ПЗК. Ниже тигля имеется рольганг (с дисковыми роликами), на котором располагаются литейные формы при заливке. На верхней части кожуха ПЗК установлена вертикальная цилиндрическая камера, через которую загружают в тигель шихту без разгерметизации плавильного рабочего пространства печи. Ось шихтовой вертикальной камеры совпадает с осью симметрии тигля.
Перед началом очередного цикла работы печи
ВИАМ – 100 необходимо: тигель осмотреть, очистить и отремонтировать (если нужно); ПЗК со всех сторон закрыть вакуумными затворами (т.е. изолировать от всех остальных камер) и откачать из неё воздух до остаточного давления – мм рт. ст.; разгерметизировать верхние и боковые камеры, т.е. открыть их наружные вакуумные затворы. Строго говоря, перечисленные операции выполняют перед началом первой плавки. Если печь работает в неперерывном режиме (например в течение двух смен), то ПЗК, естественно, не разгерметизируют и загрузку шихты в тигель осуществляют сразу после слива предыдущей дозы ЖМ.
Далее для возобновления нового цикла плавки необходимо: набрать дозу компонентов шихты в специальную загрузочную корзину, поместить её в шихтовую камеру и закрыть камеру наружным вакуумным затвором; откачать воздух из шихтовой камеры до остаточного давления, равного давлению в ПЗК; открыть внутренний вакуумный затвор между этими камерами, выгрузить шихту из корзины в тигель; поднять пустую корзину в шихтовую камеру и закрыть внутренний вакуумный затвор; подать воздух (при атмосферном давлении) в шихтовую камеру; открыть наружный вакуумный затвор; набрать дозу компонентов шихты в загрузочную корзину и т.д.; начать плавку шихты в тигле.
Печь ВИАМ – 100 имеет также две горизонтальные дополнительные камеры цилиндрической формы. Эти камеры расположены по бокам (слева и справа) центральной ПЗК и присоединены к ней своими рабочими торцами. Как указывалось выше, каждая боковая камера с обоих торцов (рабочего и свободного) закрывается или открывается вакуумными затворами. В нижней части камер имеются рольганги с дисковыми роликами, расположенными на одном уровне с роликами в ПЗК. Через одну из боковых камер (например правую) подаются пустые формы в плавильную камеру для заливки. Назовём правую камеру загрузочной. Через другую (левую) удаляются после их заливки. Левую камеру назовём выгрузочной. Последовательность подачи пустых форм после окончания плавки: установить заливаемые формы на вспомогательный рольганг (перед правой камерой) таким образом, чтобы заливочные чаши разных форм располагались в одной горизонтальной плоскости, наиболее удобной для заливки из тигля; протолкнуть формы на рольганг внутри правой камеры и закрыть её наружным вакуумным затвором; откачать воздух из загрузочной (правой) камеры до остаточного давления, равного давлению в ПЗК; открыть вакуумный затвор между этими камерами, подать (по очереди) первую, вторую и другие формы под заливку, располагая каждую из них так, чтобы заливочная чаша находилась под носком тигля, и залить формы (количество форм зависит от их металлоёмкости и габаритных размеров); закрыть вакуумный затвор между плавильно-заливочной и загрузочной камерами; подать воздух в загрузочную камеру (при атмосферном давлении), открыть наружный вакуумный затвор и готовиться к очередному поступлению форм.
Левую боковую камеру используют следующим образом: закрыть свободный торец наружным вакуумным затвором (рабочий торец был закрыт вакуумным затвором ранее перед началом плавки): откачать воздух из выгрузочной (левой) камеры до остаточного давления, равного давлению в ПЗК; открыть вакуумный затвор между этими камерами, передвинуть залитые формы из плавильной в левую камеру и закрыть вакуумный затвор, сохранив при этом «вакуум» в ПЗК; подать воздух (при атмосферном давлении) в выгрузочную камеру, открыть наружный вакуумный затвор и выкатить залитые формы на вспомогательный рольганг, расположенный после левой камеры. Очерёдность и время работы всех камер должны быть согласованны так, чтобы время простоя печи было наименьшим. Если используются оболочковые керамические формы, полученные литьём по выплавляемым моделям, то время между извлечением этих форм из прокалочной печи и заливкой должно быть не более 15 мин.
Печь ВИАМ – 100 может работать с одной боковой камерой например правой, используя её и для загрузки пустых форм, и для выгрузки залитых. Последовательность закрывания и открывания вакуумных затворов, откачки или подачи воздуха в боковую камеру и т. п. зависит от того, для какой цели она используется на данном этапе работы печи.
Вакуумная печь ВИАМ – 24 состоит из трёх основных камер: плавильно-заливочной, шихтовой и для подачи – выдачи литейных форм.
ПЗК имеет цилиндрическую форму, расположена горизонтально и с торцов закрыта сферическими днищами, из которых переднее открывается подобно двери, а заднее отодвигается вдоль оси камеры. В центре камеры находится тигель (с индуктором), прикреплённый к заднему днищу, поэтому если отодвинуть днище, то тигель извлекается из ПЗК и с помощью например цехового мостового крана можно отремонтировать или заменить тигель или индуктор. При сливе ЖМ тигель наклоняется в плоскости, перпендикулярной оси своей камеры. Под тиглем имеется рольганг с дисковыми роликами для установки форм при заливке.
Шихтовая камера сделана в виде цилиндра, располагается вертикально на кожухе ПЗК соосно с тиглем и изолирована от плавильного пространства вакуумным затвором. Загрузка шихты через эту камеру проводится аналогично печи ВИАМ – 100.
Единственная боковая камера имеет цилиндрическую форму, располагается горизонтально и рабочим торцом соединяется с ПЗК через вакуумный затвор. Подобный затвор закрывает и открывает свободный торец боковой камеры. Внутри камеры имеется рольганг с дисковыми роликами. Последовательность подачи из этой камеры пустых форм под заливку и приёмки залитых форм такая же, как у аналогичных камер печи ВИАМ – 100. Перед камерой также установлен вспомогательный рольганг для пустых и залитых форм.
На рис. 1.5 показано устройство вакуумной ИТП типа ИСВ – 0,6 полунепрерывного действия для литья слитков из жаропрочных сплавов и специальных сталей .
Печь ИСВ – 0,6 обслуживается следующим образом : ПЗК 1 печи закрывается сверху крышкой 7, расположенной на самоходной тележке 8 мостового типа с электроприводом. Тележка с крышкой по рельсам отъезжает вправо (по рис. 1.5), ПЗК открывается, в результате чего освобождается доступ для чистки, ремонта и замены тигля 3.
Рис. 1.5. Вакуумная ИТП типа ИСВ – 0,6
полунепрерывного действия:
1 – плавильно-заливочная камера; 2 – плавильный тигель; 3 – камера для загрузки шихты в тигель; 4 – поворотная колонна; 5 – устройство для взятия проб ЖМ и замера его температуры; 6 – дозатор; 7 – крышка плавильно-заливочной камеры; 8 – четырёхколёсная самоходная тележка; 9 – вакуумный затвор; 10 – камера для загрузки и выгрузки изложниц (т.е. литейных форм);
11 – тележка для подачи изложниц (форм) в загрузочную и плавильно-заливочную камеры и извлечения из них залитых форм; 12 – кожух шихтовой камеры; 13 – корзина для шихты;
14 – лебёдка для опускания и поднимания корзины для шихты
Загрузка шихты в тигель производится с помощью шихтовой камеры 3, которая представляет собой цилиндрический кожух 12, внутри которого на тросе подвешена корзина 13 для шихты. Корзину с загруженной в неё шихтой опускают с помощью лебёдки 14 в тигель, после чего дно корзины открывается и шихта высыпается в тигель. Шихтовая камера 3 смонтирована на поворотной колонне 4, что позволяет отводить камеру 3 в сторону для удобства загрузки в неё корзины 13 с новой порцией шихты. Камера 3 отделена от ПЗК вакуумным технологическим затвором и соединена с вакуумной системой. Это позволяет производить загрузку шихты в тигель без нарушения вакуума в ПЗК.
Дозатор 6 предназначен для ввода в тигель различных твёрдых присадок во время плавки. Камера дозатора имеет несколько секций, в которые загружаются требуемые присадочные материалы. Из дозатора в тигель они переносятся специальным поворотным ковшом с откидным днищем. Так же, как шихтовая камера 3, дозатор 6 отделяется от ПЗК вакуумным затвором.
С ПЗК соединена камера 10 изложниц. От цеха и ПЗК она отделена технологическими вакуумными затворами 9 и соединена с вакуумной системой. Подача изложниц в камеру изложниц, а затем в ПЗК осуществляется на тележке 11. Следовательно, камера изложниц с вакуумными затворами выполняет роль шлюзовой камеры, обеспечивая сохранение вакуума в ПЗК при замене в ней изложниц. Заливка ЖМ в формы производится наклоном тигля с помощью электропривода. Остаточное давление в печи составляет 0,6 – 0,7 Па. Питание печи производится от тиристорного источника.
Выплавка в вакуумной индукционной печи позволяет решить несколько проблем производства сложнолегированных сплавов. Во-первых, при плавке в вакууме с помощью раскисления углеродом и повышением температуры удается разрушить окисную плену на поверхности ванны и производить плавку и разливку сплавов с чистым зеркалом. Во-вторых, обеспечивается стабильность химического состава сплавов от плавки к плавке и, следовательно, постоянный уровень механических свойств. Так, например, содержание алюминия и титана можно контролировать с точностью до ±0,12%, в то время, как в открытой плавке - с точностью до 1 %.
В-третьих, после плавки в вакууме значительно повышается степень чистоты сплавов. Так, например, в жаропрочном никелевом сплаве R235 (0,15% С; 15,5% Cr; 5,3% Mo; 10% Fe; 2,0% Ti; 3,0% Al) на никелевой основе по сравнению с плавкой, на воздухе содержание кислорода уменьшилось с 0,017 до 0,0025%, азота с 0,004 до 0,002%, водорода с 0,0006 до 0,00005% . В сплаве Уэспаллой (0,07% С; 0,4% Si; 0,7% Mn; 19% Cr; 14% Со; 4,3% Mo; 3,0% Ti; 1,3% Al; Ni - ост.) содержание кислорода после плавки в вакууме понизилось до 0,0012%; азота до 0,012%, водорода до 0,00025% .
На рис. 113 показано влияние азота на свойства жаропрочного сплава ЖС6К- Как видно из рис. ИЗ, для этого сплава необходимо получать некоторое оптимальное содержание азота. Азот, очевидно, оказывает модифицирующее влияние на структуру сплава. Кислород в жаропрочных сплавах оказывает отрицательное влияние на жаропрочные свойства, что хорошо видно из рис. 114, на котором представлена зависимость времени разрушения сплава Удимет-500 под нагрузкой от концентрации кислорода.
На свойства сплавов Х20Н80 и Х15Н60, выплавленных в ВИП, большое влияние оказывает присадка РЗМ. В вакууме количество РЗМ может быть значительно сокращено. Наиболее высокие результаты получали при легировании сплава церием на 0,10- 0,15% и кремнием на 1,4% или церием на 0,05-0,08% и лантаном на 0,05-0,08%. Благодаря повышению чистоты металла содержание азота составило 0,007%; кислорода 0,001%.
После ВИП живучесть сплава Х20Н80 повысилась с 40 до 70 ч, а за счет дополнительного легирования РЗМ в вакууме с 70 до 150-250 ч (96% всех плавок). Живучесть сплава Х15Н60 менее легированного, чем Х20Н80, превысила 100 ч. Повысились и электротехнические свойства. Так, для сплава Х20Н80 удельное электросопротивление в среднем повысилось с 1,1 до 1,18 Ом мм2/м. При нагреве в вакуумном материале изменение электросопротивления на 3-8% происходит за 200-400 ч, в то время, как в обычном сплаве за 40-60 ч .
По мнению авторов этой работы, положительное влияние применения церия при ВИП заключается в его воздействии на образование сульфидов. Церий способствует удалению сульфидов путем образования прочных тугоплавких сульфидов, всплывающих до кристаллизации или на ее ранней стадии.. В присутствии церия снижается вероятность образования сульфидов других элементов, например титана, если последний содержится в металле. Подобное же воздействие на серу оказывает и магний.
При вакуумной выплавке в индукционной печи жаропрочных сплавов происходит значительное испарение примесей цветных металлов. Этот способ обеспечивает один из наиболее низких уровней содержаний этих примесей по сравнению с другими методами. Так, для высокопрочной стали, по данным Чуприна , содержание примесей цветных металлов в зависимости от способа выплавки характеризуется данными, приведенными в табл. 37.
Таблица 37 СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТАЛИ
|
плавка на воздухе |
|||||
С увеличением длительности выдержки жидкого металла в вакууме содержание примесей цветных металлов уменьшается, а механические свойства сплавов возрастают, что видно на рис. 115.
Но простое рафинирование металла от примесей не всегда способствует повышению его свойств.
Так, по данным К. Я. Шпунт, для жаропрочных сплавов, кроме рафинирования в вакууме, большое значение имеет остаточное содержание модифицирующих элементов магния и церия.
В результате выплавки в вакууме значительно повышаются механические свойства жаропрочных сплавов. В качестве примера можно привести улучшение свойств жаропрочного сплава, выплавленного в вакуумной индукционной печи.
Плавка в вакуумной индукционной печи повышает ковкость кобальтовых сплавов, позволяет обрабатывать обычно недефор-мируемые сплавы. Повышаются свойства литых сплавов, прецизионных отливок, таких как лопатки, клапаны, роторные диски турбин, направляющие и других деталей реактивных двигателей.
Плавка в вакууме позволяет повысить механические свойства жаропрочных сплавов благодаря усложнению состава, т. е. введению новых легирующих компонентов, повышением содержания упрочняющих компонентов. При обычной плавке на воздухе увеличение содержания титана, алюминия, молибдена или усложнение состава приводит к снижению жаропрочных свойств.
Вакуумные агрегаты являются незаменимым оборудованием на производствах, где требуется осуществлять выплавку металлов и сплавов, обеспечивая им высокую степень очистки. Герметичная вакуумная камера предотвращает проникновение загрязнений, посторонних газов. Это позволяет получать продукцию без примесей, окислений. Если вам нужно купить вакуумную индукционную печь в Москве, ее можно заказать в нашей компании.
Принцип работы вакуумной индукционной печи
Вакуумная печь индукционного типа оснащается тиглем, в котором осуществляется плавка металла. Данные изделия по принципу работы делятся на полунепрерывные и периодические. Полунепрерывная вакуумная установка позволяет выполнять несколько плавок, не открывая корпус. У оборудования периодического типа происходит разгерметизация камеры после каждой выплавки.
Вакуумная камера , в которой происходит процесс плавки, является герметичной, что и дает возможность получать абсолютно чистую продукцию. Металл при обработке не окисляется, благодаря отсутствию кислорода, в него не попадают посторонние частицы. Поддерживает нужное давление, откачивает воздух вакуумный насос , которым оснащено устройство.
У инфракрасных печей есть ряд отличий от агрегатов других типов:
- допускается использование любого материала: лома, кусков, брикетов;
- жидкий металл может находиться в условиях вакуума долгое время;
- в процессе выплавки есть возможность контролировать, изменять химический состав и температуру сплава;
- можно использовать разные способы рафинирования и раскисления во время плавки.
Эта вакуумная установка может применяться для выплавки жаропрочных, прецизионных жаростойких сплавов, нержавеющей стали.
Преимущества Дана Инжиниринг
Покупка готовых вакуумных индукционных печей или заказ их изготовления по эксклюзивному проекту в компании Дана Инжиниринг в Москве обеспечивает несколько преимуществ:
- безупречное качество и долговечность оборудования;
- оперативное выполнение заказа;
- умеренная стоимость продукции.
В нашей компании работают опытные высококвалифицированные специалисты. Им принадлежит ряд инноваций, позволивших повысить эффективность и экономичность установок. За время работы мы наладили надежные связи с лучшими производителями комплектующих. Конструкторское бюро находится на территории предприятия, что позволяет быстро разрабатывать и реализовывать проекты.
Продажа и стоимость вакуумных индукционных печей
Для желающих заблаговременно определиться с будущими расходами, которых потребует вакуумная индукционная печь, цена стандартных конструкций указана в прайс-листе. Стоимость оборудования, которое производится по эксклюзивным проектам заказчика, рассчитывается индивидуально. Она складывается из нескольких факторов: тип печи, ее размеры, материал изготовления камеры и тигля, дополнительные устройства.
Разработанные более века назад, индукционные печи прочно входят в наш быт. Это стало возможно благодаря развитию электроники. Взрывной рост мощности контроллеров, выполненных на основе кремниевых полупроводников и появление в широкой продаже транзисторов, способных обеспечивать большие мощности (в несколько киловатт) в последние годы приобрёл характер лавины. Всё это подарило человечеству невероятно большие перспективы в развитии миниатюрных установок, сопоставимых по мощности с промышленными устройствами ближайшего прошлого.
Использование и строение устройства
Применение индукционных печей в домашнем хозяйстве позволяет избежать появления в помещении очагов открытого пламени и является довольно эффективным способом плавления и контролированного нагрева металлов и сплавов. Это происходит благодаря тому, что металл нагревается, раскаляется и расплавляется не под воздействием высокотемпературных горелок, а с помощью пропускания через себя токов большой частоты, стимулирующих активное движение частиц в структуре материала.
Стало возможным появление в быту:
Кроме того, всё большее распространение получают электроиндукционные печки, которые работают не только с токопроводящим материалом. Их устройство немного отличается от обычных индукционных печей, так как в его основе лежит нагрев электрической индукцией материала, который не проводит ток (их ещё называют диэлектриками) между обкладками конденсатора
, то есть, его выводами разной полярности. Достигаемые температуры при этом не очень большие (порядка 80−150 градусов Цельсия), поэтому такие установки применяются для плавления пластика или его термической обработки.
Особенности конструкции и принцип работы
Индукционная печь работает на основе образования в ней вихревых электрических токов. Для этого используют состоящую из витков толстого провода катушку индуктивности, к которой подводится источник переменного тока. Именно переменный ток образует постоянно меняющееся в зависимости от текущей частоты магнитное поле. Оно и провоцирует передачу этих токов помещаемому внутрь катушки веществу вместе с большим количеством тепла. Генератором при этом может выступать даже самый обычный сварочный инвертор.
Разделяют два вида индукционных печей:
- С магнитопроводом, особенностью которой является расположение индуктора внутри объёма металла, поддающегося плавке.
- Без магнитопровода - когда индуктор находится снаружи.
Конструкция с наличием магнитопровода используется, например, в канальных печах. В них используется неразомкнутый металлический (чаще всего - стальной) магнитопровод, внутри которого находятся тигель для плавки и индуктор, образовывающие первичную цепь обмотки. В качестве материала для тигля можно использовать графит, жаропрочную глину или любой другой непроводящий ток материал, обладающий подходящей термостойкостью. В нём размещают металл, который требуется расплавить. Это, как правило, всяческие сплавы цветных металлов, дюралюминий и чугун.
Генератор такой печи должен обеспечивать частоту переменного тока в пределах 400 герц. Возможны и варианты использования вместо генератора обычную электрическую сеть и питать печь с помощью тока с частотой в 50 герц, но в этом случае температура разогрева будет ниже и для более тугоплавких сплавов такая установка не подойдёт.
Тигельные же печи, не имеющие в своей конструкции магнитопровода, получили значительно большее распространение среди энтузиастов. Они используют токи значительно большей частоты для достижения большей плотности поля. Это связано как раз с отсутствием магнитопровода - слишком большой процент энергии поля рассеивается в пространстве. Для противодействия этому необходимо очень тонко настроить печь:
- Обеспечить равную частоту контура индукционной установки и напряжения от генератора (при использовании инвертора это сделать легче всего).
- Подобрать диаметр плавильного тигля таким образом, чтобы он был близок с длиной волны полученного излучения магнитного поля.
Таким образом можно минимизировать потери вплоть до 25% от всей мощности. Для достижения же наилучшего результата рекомендуется выставлять дважды, а то и трижды большую частоту источника переменного тока, чем резонансную. В этом случае диффузия металлов, входящих в состав сплава будет максимальной, а его качество - значительно лучше. Если повышать частоту и дальше, можно добиться эффекта выталкивания высокочастотного поля к поверхности изделия и так провести его закалку.
Вакуумные плавильные печи
Такой вид установок сложно назвать бытовыми, но рассмотреть их стоит из-за того, что вакуумная плавка имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с другими видами. По своей конструкции она напоминает тигельную, с тем отличием, что сама печь находится в вакуумной камере. Это позволяет добиваться большей чистоты процесса расплавления металла, понизить его окисляемость в процессе обработки и ускорить процесс, добиваясь значительной экономии электроэнергии.
Кроме того, ограниченность и замкнутость пространства способствует избежать выделения в окружающее пространство вредных испарений плавящихся металлов и сохранять чистоту процесса их обработки. Возможность контролировать состав и процесс обработки также является одним из преимуществ печей этого вида.
Канальные индукционные установки
Ещё один вид промышленных печей, имеющих более широкое применение, чем другие. Их можно использовать не только в качестве плавилен, но и как раздатчики подготовленного материала и смесители нескольких видов сырья. Типовые конструкции таких устройств включают:
Малейшее размыкание контура, который образуется жидким металлом, магнитопроводом и катушкой приводит к повышению его собственного сопротивления и мгновенному выбросу всей массы сырья из канала. Для противодействия такому явлению внутри канала оставляют «болото» - небольшую массу металла, которая поддерживается в жидком виде.
Преимущества индуктивных печей канального типа:
- Невысокая цена установок.
- Экономичность - для поддержания температуры внутри ванны, которая плохо рассеивает тепло, нужно малое количество электроэнергии.
- Коэффициент полезного действия индуктора при работе очень высок.
Недостатки:
Основные элементы схемы печи
Для того чтобы собрать установку и выполнять работы на ней, необходимо найти подходящую схему индукционной печи и детали для неё. Для поиска последних очень пригодится наличие одного или нескольких ненужных блоков питания от компьютера, так как большинство деталей можно найти в них. Типовая схема простейшей печи с самодельным инвертором будет включать такие элементы, как:
Инвертор для установки собирается по схеме, предложенной С. В. Кухтецким для лабораторных испытаний. Её легко можно найти в интернете. Мощность инвертора, который питается от напряжения в диапазоне 12−35 вольт будет составлять 6 киловатт, а его рабочая частота - 40−80 килогерц, этого будет более чем достаточно для домашних проектов.
Техника безопасности при работе
Так как работа с индукционной печью подразумевает тесный контакт с расплавленным металлом и токами высокой частоты и силы, стоит озаботиться о качественном заземлении установки и надёжных средствах защиты. При этом одежда должна строго соответствовать всем требованиям:
Не стоит забывать и о хорошей вентилируемости помещения, в котором будут работать. Расплавленный металл выбрасывает в воздух химические соединения, которые совсем неполезны для ваших лёгких.
1 Вакуумные печи................................................................4
1.1 Общая характеристика............................................................ 4
1.2 Особенности тепловой работы …………………………………..5
2 Индукционные печи …………………………………………….….6
2.1 Индукционные плавильные печи ………………………………..6
2.2 Печи без железного сердечника ………………………….……..6
2.3 Печи с железным сердечником………………………….…….. 10
3 Установки для плавки во взвешенном состояния ……….……..17
3.1 Общая характеристика …………………………………………..17
3.2 Особенности тепловой работы ………………………………….17
Заключение ……………………………………………………………19
Список использованных источников ………………………………20
1 Вакуумные печи
1.1 Общая характеристика
Компактность электромагнитной системы «индуктор–металл», характерная для индукционных тигельных печей, обусловила развитие на их основе разнообразных конструкций индукционных вакуумных плавильных (рисунок 1) и нагревательных печей, различающихся расположением индуктора вне (рисунок 1,а) или внутри (рисунок 1, б-г) вакуумной камеры. Слив металла из тигля плавильных печей может быть через донное отверстие, путем наклона корпуса печи малых размеров (рисунок 1, б) или тигля внутри вакуумной камеры больших габаритов (рисунок 1, в и г) в изложницы или литейные формы. Нагревательные печи периодического действия в зависимости от способа загрузки изделий могут быть камерные, шахтные, элеваторные; возможно создание печей непрерывного действия. Плавильные печи, работающие без нарушения вакуума в течение всей кампании тигля, называют печами полунепрерывного действия. Такие печи - наиболее сложные агрегаты (рисунок 1, г), имеющие помимо основной (плавильной) вакуумной камеры с индукционной печью ряд вспомогательных шлюзовых камер для загрузки шихты, разливки, подачи изложниц или литейных форм, дозаторы для присадок, устройство для отбора проб и измерения температуры жидкого металла по ходу плавки и другое технологическое оборудование.
Кожух вакуумной камеры изготовляют из немагнитной стали. По требованиям вакуумной гигиены внутреннюю поверхность кожуха хорошо обрабатывают (в некоторых случаях – полируют). При расположении индуктора вне вакуумной камеры кожух представляет собой кварцевую трубу (рисунок 1,а).
Индукционные вакуумные печи работают в условиях среднего вакуума с остаточным давлением 0,01-0,1 Па при нагреве и 0,1 – 1 Па при плавке.
Индукционные вакуумные печи применяют для плавки черных и цветных металлов и их сплавов из чистых твердых шихтовых материалов на частоте 1 – 2,5 кГц (вместимость до 10-15 т), рафинирования полупродукта на промышленной частоте (вместимость до 60 т), переплава чистых металлов для фасонного литья (вместимостью до 450 кг). Химически активные и особо чистые материалы получают в индукционных вакуумных печах с так называемым холодным тиглем, представляющим собой медный водоохлаждаемый тигель с продольными разрезами, через которые электромагнитные волны проходят к расплавляемому материалу, не поглощаясь в электропроводном тигле.
1.2 Особенности тепловой работы
В вакуумных индукционных печах основные принципы теплогенерации, рассмотренные для индукционных тигельных печей, сохраняются. Однако конструктивные особенности электромагнитной системы «индуктор-металл», связанные с возможным расположением индуктора вне вакуумной камеры (рисунок 1,а), наличием металлического кожуха вокруг индуктора (рисунок 1, б-г) и другие, снижают коэффициент использования электрической энергии из-за увеличения магнитного потока рассеяния и реактивной мощности, не участвующей в теплогенерации.
2 Индукционные печи
2.1 Индукционные плавильные печи
Плавка черных металлов в индукционных печах имеет ряд преимуществ перед плавкой в дуговых печах, поскольку исключается такой источник загрязнения, как электроды. В индукционных печах тепло выделяется внутри металла, а расплав интенсивно перемешивается за счет возникающих в нем электродинамических усилий. Поэтому во всей массе расплава поддерживается требуемая температура при наименьшем угаре по сравнению со всеми другими типами электрических плавильных печей. Индукционные плавильные печи легче выполнить в вакуумном варианте, чем дуговые.
Однако важнейшее достоинство индукционных печей, обусловленное генерацией тепла внутри расплавленного металла, становится недостатком при использовании их для рафинирующей плавки. Шлаки, имеющие очень малую электропроводность, нагреваются в индукционных печах от металла и получаются со сравнительно низкой температурой, что затрудняет проведение процессов рафинирования металла. Это обусловливает использование индукционных плавильных печей преимущественно в литейных цехах. Кроме того, высокая стоимость высокочастотных питающих преобразователей сдерживает применение высокочастотных плавильных печей.
Конструкция и схема питания индукционной печи существенно зависят от наличия или отсутствия железного сердечника. Поэтому индукционные печи рассматриваются далее в соответствии с этим признаком.
2.2 Печи без железного сердечника
В индукционной плавильной печи без железного сердечника (рисунок 2) главной частью является индуктор, выполняемый обычно из медной трубки и охлаждаемый протекающей по ней водой. Витки индуктора располагают в один ряд. Медная трубка может быть круглого, овального или прямоугольного сечения. Зазор между витками составляет 2-4 мм. Число витков индуктора зависит от напряжения, частоты тока и емкости печи. Витки закрепляют на изоляционных стойках, с помощью которых индуктор устанавливают в каркасе печи. Каркас печи должен обеспечивать достаточную жесткость конструкции; чтобы не нагревались вались его металлические части, они не должны образовывать электрически замкнутого контура вокруг индуктора.
Для выпуска металла из печи предусматривается возможность наклона печи, что осуществляется с помощью тельфера на малых печах или при помощи гидравлических цилиндров на крупных.
Футеровка (тигель) индукционной печи работает в очень тяжелых условиях, так как интенсивное движение металла и большие скорости изменения температуры вызывают ее размывание и разрушение, поэтому, чем толще стенки тигля, тем больше срок его службы. Стенки тигля должны быть, возможно, более тонкими, чтобы обеспечить хорошую электромагнитную связь между индуктором и металлом.
Тигель изготовляют обычно набивным с применением металлического шаблона. После набивки тигель подвергают обжигу и спеканию непосредственно в печи, шаблон при этом расплавляется. Возможно изготовление футеровки вне печи формовкой под давлением в специальных разборных пресс-формах с последующей установкой тигля на место. Иногда на крупных печах футеровку тигля выкладывают из готовых фасонных огнеупоров. В крупных печах тигель опирается на подовую подстилку, выложенную из огнеупорных кирпичей на толстом стальном листе, образующем днище каркаса вместе с необходимыми поперечными балками.
Футеровку выполняют кислой или основной. Основой набивочной массы для кислой футеровки служит кварцит с высоким (не менее 95 %) содержанием кремнезема. В качестве связующей добавки используют сульфитно-целлюлозный экстракт и борную кислоту (1,0-2,0%). Набивочная масса для основной футеровки состоит из молотого обожженного или плавленого магнезита со связующей добавкой (патока или водный раствор стекла и огнеупорная глина) в количестве 3%. Стойкость кислой футеровки составляет 100-150 плавок для стали и 200-250 для чугуна, а основной футеровки 30-80 плавок для стали и 150 плавок для чугуна.
Поскольку чрезмерный износ футеровки может привести к «проеданию» стенок или днища тигля расплавленным металлом, что является очень серьезной аварией, то на индукционных печах обязательно предусматривается установка датчиков (для замера активного сопротивления футеровки), сигнализирующих о появлении в ней опасных трещин в начале просачивания жидкого металла.
На средних и крупных индукционных плавильных печах тигель закрывается крышкой (сводом), выполняемой обычно набивной из того же огнеупорного материала, что и тигель. Для подъема и отвода крышки в сторону применяют простые рычажные механизмы или гидравлические цилиндры.
ВНИИЭТО разработаны индукционные печи без сердечника серии ИСТ для плавки стали, работающие на токе повышенной частоты. Емкость печей, работающих на токе частотой 2400 Гц (обеспечиваемой машинными генераторами), составляет 60, 160, 250 и 400 кг при потребляемой мощности соответственно 50, 100, 250 и 237 кВт. Печь емкостью 1 т, питаемая током частотой 1000 Гц, потребляет мощность 470 кВт. Крупные печи емкостью 2,5; 6 и 10 т потребляют мощность соответственно 1500, 1977 и 2730 кВт и питаются током частотой 500 Гц либо от машинных генераторов, либо от полупроводниковых (тиристорных) преобразователей. Продолжительность плавки в печах серии ИСТ., колеблется от 50 мин (печь емкостью 60 кг) до 2 ч (печь емкостью 10 т).
Таким образом, диапазон производительностей всей этой серии печей весьма широк: от 70 кг/ч до 5 т/ч. Удельный расход электроэнергии на расплавление твердой завалки составляет в среднем 3600 кДж/кг (1,00 кВт-ч/кг) для малых печей и снижается до 2300 кДж/кг (0,64 кВт-ч/кг) для крупных печей.
Для плавки чугуна специально разработаны крупные индукционные печи без сердечника серии ИЧТ, работающие на токе промышленной частоты (50 Гц). Печь ИЧТ-2,5 имеет емкость 2,5 т при потребляемой мощности 718 кВт и производительности 11 т/ч; печь ИЧТ-6 имеет емкость 6 т при потребляемой мощности 1238 кВт и производительности 2,1 т/ч. Удельный расход электроэнергии составляет в обеих печах 2160 кДж/кг (0,6 кВт-ч/кг).
В схемы питания всех этих печей включены конденсаторные батареи с целью повышения cos φ. Отсутствие дорогостоящих преобразователей значительно снижает стоимость печей, работающих на токе промышленной частоты.