Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

большое электрическое сопротивление для прохождения силовых

увеличивая число витков индуктора, либо применяя ток большой частоты. Возможности увеличения числа витков, а следовательно, и относительной высоты тигля с металлом ограничены. Поэтому основ­ ным направлением повышения э. д. с. индукции является увеличение частоты тока. При этом для каждой емкости печи и сопротивления шихты имеется своя оптимальная частота тока, обеспечивающая максимальный коэффициент полезного действия печи. '

Минимальное значение частоты тока может быть подсчитано по

где р — удельное сопротивление жидкого металла, Ом/см; d — внутренний диаметр тигля, см.

Наводимый в шихте ток имеет максимальное значение вблизи ее поверхности. Это так называемый поверхностный эффект. Поэтому тепло преимущественно выделяется только в поверхностном слое шихты, и ее плавление начинается также с поверхности.

С увеличением частоты тока и магнитной проницаемости металла глубина проникновения магнитного потока уменьшается, т. е. воз­ растает поверхностный эффект. В то же время с увеличением удель­ ного сопротивления металла глубина проникновения тока увеличи­ вается. Глубина проникновения в твердой стали при частоте тока 10 000 Гц составляет всего 0,015 см, а в жидкой стали при той же частоте тока 0,47 см. В связи с небольшой глубиной проникновения тока в твердом металле для ускорения плавления целесообразно шихту загружать в мелких кусках.

Из электротехники известно, что при наличии в цепи индукцион­ ной катушки (индуктивного сопротивления) наблюдается сдвиг фаз

где k — ^ 1 коэффициент, называемый коэффициентом мощности. Для синусоидальных токов, т. е. токов, характер изменения

которых протекает по синусоидальному закону и которые получили наибольшее распространение в промышленности, коэффициент мощ­ ности равен k = cos ср, где cp — угол сдвига фаз между током в цепи

94

и напряжением. С другой стороны, угол <р определяет соотношение между активным и полным сопротивлением цепи, т. е.

последовательном электрическом резонансе, т. е. при равенстве ин­ дуктивного и емкостного сопротивления.

Для того чтобы достичь на индукционной печи явления резонанса, в электрическую цепь включают батарею конденсаторов, емкость которых должна быть тем больше, чем меньше частота тока. Однако стоимость одной микрофарады при повышенной частоте тока будет больше, чем при низкой, так как с увеличением частоты тока воз­ растают реактивные токи, приводящие к интенсивному нагреву кон­ денсаторов, а следовательно, и к повышенным потерям в них.

В индукционной печи без железного сердечника индуктор и рас­ плавленный металл представляет собой два концентрически распо­ ложенных проводника. Ток по этим проводникам течет в разных направлениях, проводники при этом отталкиваются, что приводит к поднятию уровня металла в средней части тигля. Это так назы­ ваемый спин-эффект. При таком вздутии металла в центре ванны шлак стекает к стенкам тигля. Для покрытия металла шлаком не­ обходимо увеличивать его количество, что в свою очередь отрица­ тельно влияет на стойкость футеровки тигля.

Устройство индукционной печи. Электрическая схема индукцион­ ной печи без железного сердечника представлена на рис. 38. Пере­ менный ток высокой частоты подводится через выключатель к ин­ дуктору от генератора. В цепь включены две группы конденсаторов. Одна из них (5) подключена постоянно, другая (4) подключается периодически, позволяя подключать емкость, необходимую для со­ здания резонанса в каждый данный момент плавки. Обычно от одного генератора попеременно питаются две печи (индуктора).

В качестве источника тока высокой частоты на промышленных установках используют машинные генераторы. Верхний предел ча­ стот, обеспечиваемый машинным генератором, составляет 10 000 Гц. К. и. д. машинного генератора при частоте тока 500 Гц составляет около 85%, при частоте тока выше 500 Гц — около 80%.

Для лабораторных индукционных печей емкостью в несколько

95

сотен тысяч герц). В этом случае в качестве генератора высокой частоты применяют ламповый генератор с ртутным или с вра­ щающимся искровым разрядником. Подобные генераторы исполь­ зуют и в тех случаях, когда плавят металл с различной магнитной проводимостью и требуется менять частоту тока в больших пределах. Ламповый генератор при частотах выше 10 000 Гц имеет к. п. д. в пределах 70—80%, при искровом разряднике и при тех же частотах к. п. д. значительно меньше (30—40%).

На крупных промышленных печах емкостью в несколько сот килограмм ча­ стота тока составляет 100—150 Гц. По­ добная частота может быть получена удвоением или утроением нормальной ча-

if

стоты при помощи трансформаторов с разным числом витков, соеди­ ненных по специальной схеме. На крупных печах емкостью несколько тонн может быть применен ток и с нормальной частотой

(50 Гц).

В индукционных печах применяют электрические конденсаторы, которые собирают в секции и оборудуют масляным охлаждением. Индуктор выполняется из медной трубки, охлаждаемой водой (рис. 39). В крупных печах вода в индуктор поступает благодаря создаваемому в трубках разрежению, что делается для большей безопасности на случай прорыва металла через стенку тигля и рас­ плавления индуктора.

Для обеспечения равномерного охлаждения индуктор делится на 2—4 секции с самостоятельным подводом воды. Температура воды на выходе должна быть не выше 30—40° С. При более низкой тем­ пературе индуктор отпотевает и возможно его замыкание, а при более высокой температуре на поверхности индуктора из-за кипения воды может образоваться накипь.

96

Между витками индуктора прокладывают керамические изоляторы, а от тигля индуктор изолируется миканитом (технической слю­ дой) и асбестовыми листами. Индуктор перед изготовлением футе­ ровки может быть также изолирован алебастром (30%) и кварцевой мукой (70%), замешанными на воде до консистенции тестообразной массы, а также тальком (70%) на спиртовом бакелитовом лаке (30%) и т. д. К виткам индуктора приварены болты, крепящие индуктор к стойкам каркаса, выполненным из дерева, текстолита или асбо­ цемента. Внутри индуктора размещен тигель. Сверху индуктор огра­

Для изготовления каркаса^печи необходимо применять немагнит­ ный материал, так как в противном случае магнитным потоком рассеивания наводятся большие вихревые токи, приводящие к силь­ ному нагреву каркаса. Поэтому для больших печей делаются кар­ касы из немагнитной стали, а каркасы печей небольшой емкости выполняются из деревянных брусков, скрепленных латунными уголками.

В случае, если каркас электропечи изготовлен из углеродистой стали, он должен быть защищен от вихревых токов магнитным экра­ ном. Таким экраном может служить медный лист, покрывающий внут­ реннюю поверхность железного кожуха, или железный магнитопровод, собранный из пакетов' трансформаторной стали, которые рас­ полагают вокруг индуктора. Железный магнитопровод дешевле, чем медный экран. В магнитном экране вихревые токи создают магнитное поле, обратное по направлению основному полю,

К каркасу печи крепятся стойки с индуктором, нижняя и верх­ няя керамические плиты. Нижняя (подовая) плита выполнена из одного или нескольких шамотовых блоков, имеющих отверстия для латунных болтов и скоб, скрепляющих блоки с уголками каркаса или деревянной рамой основания. На подовой плите устанавливают индуктор и крепят стойки. В верхней плите имеется отверстие под индуктор. Для слива металла из тигля печь оборудуется механизмом наклона.

4. ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

Для создания вакуума в вакуумных печах применяют вакуумные насосы. По принципу работы их можно разделить на механические и пароструйные.

Механические насосы. В пластинчатых механических насосах внутри кожуха размещается эксцентрически расположенный ротор с пластинами (рис. 40, а). К поверхности кожуха пластины прижи­ маются пружинами. Захватываемый из всасывающего отверстия газ сжимается и выбрасывается в выхлопное отверстие. Имеются также плунжерные и роторные механические насосы, отличающиеся конструкцией ротора и механизмом захвата газа. Производительность механических насосов составляет сотни и тысячи литров в минуту.

(рис. 40, б ). Откачиваемый газ поступает в рабочую камеру через всасывающий патрубок. Газ захватывается струей пара. На стенках рабочей камеры пар конденсируется, и конденсат по сливному трубо­ проводу возвращается в кипятильник для получения пара; откачи­ ваемый газ выбрасывается в выхлопной патрубок.

В зависимости от характера истечения паровой струи пароструй­ ные насосы делятся на эжекторные, бустерные и высоковакуумные, снижающие давление соответственно до 1; 0,01 и 10“5 Н/м2 (10-2; 10"4 и 1СГ7 мм рт. ст.). В качестве рабочей жидкости для образова­ ния пара используется масло, а в высоковакуумных также ртуть.

Эжекторные насосы могут быть пароводяными. В пароводяных насосах пар из выхлопного патрубка выбрасывается в атмосферу.

В эжекторных насосах плотность струи пара высокая и в связи с его турбулентным истечением из сопла он увлекает газ из отсасы­ ваемого пространства. В высоковакуумных насосах плотность струи пара небольшая, и отсасываемый газ диффундирует из отсасывае­ мого пространства в пар и увлекается последним. Следовательно, в высоковакуумных насосах действует принцип диффузионного за­ хвата. В бустерных насосах для обеспечения диффузионного захвата плотность пара изменяется в зависимости от давления откачивае­ мого газа: при высоких давлениях струя должна быть плотной, при низких давлениях — разреженной.

98