периодического действия, обслуживание их требует более квалифицированного персонала.

Перемешивание расплава, являющееся важным технологическим фактором во всех ИТП, имеет особое значение для ИВП при выплавке сложных многокомпонентных сплавов. В современных технологических процессах плавки в открытых ИТП, а также в крупных ИБП, работающих на низких частотах (50-1в0 Гц), обычно ограничиваются естественной циркуляцией расплава под действием магнитного поля плавильного индуктора печи, которая при этих частотах достаточно интенсивна. При плавке в ИВП на повышенной частоте обычно создают искусственную управляемую циркуляцию расплава с помощью специальных устройств электромагнитного перемешивания ((УЗМП). В большинстве случаев оказывается достаточным периодическое (1-3 раза за плавку) кратковременное (по 1-3 мин) включение УЭМП после подачи некоторых добавок и перед сливом. В этом случае используют наиболее простые УЭМП, включаемые при отключенном источнике нагрева садки. Б некоторых процессах используют длительное перемешивание с помощью более сложного УЭМП, допускающего включение одновременно с нагревом расплава. Интенсивное движение расплава (со скоростями 0,5-1,0 м/с) существенно активизирует массообмениые и теплообменные процессы, что значительно сокращает длительность процессов легирования и рафинирования сплава, повышает качество металла и стабильность его свойств [Л. 10, 11].

Б. Технические данные и особенности современных индукционных тигельных печей

Максимальная емкость открытых (не вакуумных) ИТП с твердой загрузкой, находящихся в промышленной эксплуатации, составляет: для плавки чугуна 60, для стали 13,5, для медных сплавов 25 и для алюминиевых сплавов 40 т. При жидкой загрузке максимальная емкость эксплуатирующихся печей составляет 54 т (вакуумная тигельная печь) ,{Л. 9, П].

Для питания ИТП используют обычно промышленную, утроенную и повышенную частоту. Общей закономерностью является снижение частоты f с увеличением еЦкости печи G, что уравнивает гидродинамические условия протекания поцеесов в расплаве у печей различной емкости. В частности, одинаковая скорость движения 14

расплава при равном настиле тока в пёчах разной емкости имеет место при соблюдении условия f=JilG/, где yfe - постоянная [Л. 13]. Во всех случаях для обеспечения реальной передачи энергии расплаьу выдерживается соотношение 1>кЛ1у\ где d - диаметр, тигля; - удельная электрическая проводимость, а А=5. Для.получения хорошего электрического к. п. д. желательны значительно более высокие значения частоты (Л25). В практике при выборе частоты учитывается также ряд других технико-экономических факторов, в том числе стоимость преобразователей энергии, трансформаторов и конденсаторов. При частой остановке печи или замене марки сплава частота принимается более высокой для эффективного плавления кусковой шихты заданного размера [Л.- 1]. При отсутствии таких ограничений промышленная частота (50 или 60 Гц) применяется при емкости печи не менее 1 т для чугуна, 1,2 т - для медных сплавов и 0,4 т для алюминиевых сплавов, а утроенная промышленная частота (150 и 180 Гц)-при емкостях тиглей соответственно не менее 0,75; 0,8 и 0,3 т. Повышенная частота (для печей емкостью более 25 кг) принимается обычно в пределах 500-3000 Гц (большие цифры относятся к печам меньшей емкости). Для мелких печей (1-26 кг) используют частоты до 10 000 Гц.

Печи одного и того же типоразмера обычно выпускаются в нескольких исполнениях, различающихся по номинальной мощности. Исполнения с наибольшей мощностью используются при твердой л:адке, малой цлительности выдержки металла, высоком коэффициенте использования печи по времени, низком тарифе на электроэнергию. Исполнения с наименьшей мощное стью применяют при работе печи в качестве копильника для жидкого металла. Удельная мощность, определяемая как отношение номинальной активной мощно-

кВт/кг

Рис. 1. Зависимость -удёльКой мощности печи р от емкости тигля G для наиболее мощных исполнений индукционных тигельных печей повышенной частоты.

/ - серия ITM фирмы Броун Бове-ри; 2 -серия HF-SNH фирмы То-снба; 3 -серия фирмы АСЕА.

сти печи Р (иа зажимав пеЧи) к ег-иоМйНаЛьной емкйСТИ G {p=P/G), достигает у крупиК1х печей промышленной частоты (60 Гц) 0,3 кВт/кг. У пёчей повышенной частоты емкостью 100-кг (ЗОЗООО Гц) в исполнениях с наибольшей мощностьюначения р обычно достигают 1,0 кВт/кг, поднимаясь в отдельных сериях до 1,6кВт/кг. У печей меньшей емкости ,(2000-10000 Гц) значения р доходят в некоторых случаях до 2,0-3,0 кВт/кг, а у печей емкостью 2-8 т (500-1000 Гц) не превышают 0,5- 0,7 кВт/кг. Значения р для наиболее мощных печей некоторых серий приведены на рис. 1.

кВтч/г

Рнс. 2. Зависимости удельного расхода энергии иа расплавление и перегрев w от емкости G дли индукционных тигельных печен повышенной (а) н промышленной (б) частоты для плавки чугуна и стали.

/ - серия HF-SNH фирмы Тоснба, плавка стали; 2 -серия ITM фирмы Броун Бовери, И50°С; 3 - серия фирмы Броуи Бовери, 1500 °С; 4 - серия LFN-SP фирмы Тоснба, 1450 °С; 5 -серия LFD фирмы АСЕА. 1500 С; Q -серия ИЧТ ВНИИЗТО.

Номинальный удельный расход электроэнергии на расплавление и перегрев садки w при полной мощности печи представлен на рис. 2 (по значениям на зажимах печи). Номинальный расход энергии соответствует расплавлению и перегреву садки при подаче полной мощности в печь (закрыта крышкой и не остыла после предыдущей плавки). При этом расход энергии на выдержку и другие технологические операции не учитывается. Как видно из рис. 2, удельный расход энергии резко снижается с увеличением емкости печи до некоторого предела (примерно 6-12 т при плавке чугуна на промышленной частоте и 2-4 т при плавке стали на повышенной частоте), после чего дальнейшее его снижение практически прекращается.

16 .

Расход энергии прйплабкё меТаЛла в прбМыШлбййУХ печах при реальных производственных условиях превышает указанные номЦальные значения на 25- 100 кВт ч/т в зависимости от технологического процесса и местных условий проведения плавки [Л. 14].

Для плавки малых количеств металла (0,1-25 кг) используют также ИТП высокой частоты, питаемые от ламповых генераторов. Отечественная промышленность выпускает плавильные установки с ламповыми генераторами на максимальную емкость (по стали) от 0,25 (440 кГц) до 25 кг (66 кГц). Колебательная мощность генераторов этих установок составляет 10 и 25 кВт, а полная мощность, потребляемая от сети, 19 и 43 кВ-А соответственно.

По общей конструктивной схеме современнаи ИТП (рис 3) подобна аналогичным печам прошлого десятилетия. Однако в свнзи )с увеличением емкости и удельной мощности оказалось необходимым повысить жесткость я снизить вибрации каркаса и индуктора, влияющие на стойкость футеровки. Это привело к разработке весьма рмощных конструкций. Для защиты каркаса от нагрева магнитным ) полем вслед за вакуумными печами в конструкцию открытых печей звйдены магнитопроводы. Плавильный узел, состоящий нз индуктора магнитошроводамн, тигля и несущего каркаса, в риде случаев стали выполнять транспортабельным дли удалении старой и набивкн новой футеровки вие печи, что прн наличии запасного узла сокращает ремонтные простои оборудовании.

Улучшаетси оснащенность печей вспомогательным эксплуатационным оборудованием. Так, крупные нечн снабжаются устройствами дли измерении массы печи совместно с садкой, работающими при любом положении печи (вертикальном или наклонном), - так называемыми прессдукторамн . Применение прессдуктора позволяет регулировать ход подачи шихты и слива .расплава по массе загружаемого или сливаемого металла, что повышает точность поддержания режима и значительно упрощает работу обслуживающего персонала. -

Большое внимание уделяется механизации печи: обеспечению плавного регулируемого наклона, механизации подачн шнхты, а также открывания я закрывания крышки печи, съема шлака и пр.

Во многих случаях современные плавильные установки комплектуются устройствами для подготовки твердых шихтовых материалов: удаления остатков масел иа используемых отходах, производства, (в том числе .химическая очистка) н сушки шихты. В последнне годы Широко примеинетси газовый подогрев шнхты до 600-700 С перед подачей ее в печь. Такой подогрев исключает предварительную сушку шнхты, а главное обеспечивает значительное повышение производительности печи и улучшение ее технико-экономических показателей.

Большое внимание уделяется совершенствованию футеровки ИТП. Для печей малой и средней емкости применяется набивная футеровка, для крупных печей - яабивнан, блочиан, а также комбинированная, состонщан из блочного-н набивИоЛГтаяяяНЕия олавки чугуна

264 ; .ШВГТД.-, 17

обычно применяют кварцитовые, а в рушгых печах также глиноземистые футеровки (в некоторых случаях пр-именяются муллитовые и силлиманитовые футсрово-игые материалы [Л. 3]), для плавки стали в открытых печах - кларцнтовые или магнезитовые и в вакуумных печах - футеровки нз плавленого магнезита, корунда или шпинелемагнезита. Стойкость кварнитовой футеровки при плавке чугуна может доппгап. 25()-3(К1 плавок, повынпясь в некоторых

Рис. 3. Индукционная тигельная печь емкостью 6 т для плавки алюминия типа ИАТ-6.

/ - крышка с механизмом поворота; 2-индуктор; 3 - футеровка; < -плунжер; 5 - магнитопровод; 6 - каркас; 7 - рабочая площадка.

случаях до 500 плавок н более {Л. 3]. Расход материалов прн этом обычно колеблется от 1,5-2,5 кг/т (прн плавке серого чугуна) до 3-5 кг/т (прн плавке легироваиных н ковкнх чугунов). Прн плавке стали в открытых печах стойкость кварцнтовой футеровки составляет 20-100 плавок [Л. 15], а прн плавке в вакуумных печах она доходит до 85 плавок (корундовая футеровка на печн емкостью 27 т) {Л. 11]. Прн плавке алюминиевых сплавов применяются футеровки из жароупорного бетона, стойкость которых составляет 3000-4000 плавок. 18

Для контроля состояния футеровки широко применяются специальные схемы с11Г11ал[1зацп1[, число вариантов которы.х весьмл велико.

Г. Вакуумные 1ии)ук1{1И1нныс печи

Обычно 1113II р;б()тп1<)т исгко.ibKo бо.Юг isijicoKoii ч.чстетч, 4Lm огк])ьт.1с llTIl roii >ki емкости. Это iii>Liii;i-lu) как р.чз.тичнем шп.хты, так и стремлением предельно KdBi.iciiTb удсл1ЛП)1с .мощности (дли сокрапипня 1!ремечн контакта распла1!а с ттнлсм, у.худтающего качество lui-1чу\ы11ог() мета.мла) без н.ч.штпего но)!ын[ення нитспспв-110С1ii цирку.чяцнп.

lljjOMbiiiiarnni.ii ИВП пмеюг ип1м<тор, иа.ходялипкя внутри Bans \ мной каморы и [ieiiociL.T,cTueiiuo охватьияионин ! тщель. Для .1аГ)1)рато)ПЬх печей пиогда применяется ко.мпоповка с индуктором, г.ыпесснпым из вакуу.много объема. В атом случае часть вакуумной каморы, находящаяся между тиглем и индуктором, должна быть прозрачной для магнитного ноля. Обычно она представляет собой газонепроницаемую трубу из кварца нлн п.тавленого элсктроко-1уида. Коэффипиент шолезпого действия таких neHcii, как правило, уе ел!1К из-за большого промежутка между индуктором и садкой, необходимого для шолучсиня прнсмлем111Х тепловых условий для Knai)nOBoii или электрокорупдоной трубы. Эта к(И1струкцпя имеет а досгоипстпа. Это - уменьшение обкома н иоисрхностей накуумной 1чамеры, что уменьшает иатекиипе воч.чухп и у.депгевляет вакуумн\ю откачную систему, умешапеипс массы п стониости печи и существенное облегченно требоваипп к изоляции нндуктнруюп1ой системы. В носледине годы фирмо11 Юнкер (ФРГ) ирсдложеиа нромыи1леиная ИВП, вынолценная по описанному принципу. Особенностью этой печн является наличие охлаждающей системы, облогчнв1пой условия , цаботы трубчато!) части тигля, что позволило скомпоновать печь с удовлетворительной магнитной свиз1)10. Печь расочнтана иа невысокие требования к вакууму и разливку металла на воздухе.

Современные ИВП периодического действия выпускаются в двух нснолиеннях: с тиглем, наклоняющимся внутри неподвижной ила-вильноП камеры (аналогично тиглю нечи на рнс. 4), и в двухкамерном исполнении - с плавильной камерой, поворачивающейся совместно с тиглем и соединенной с неподвижной разливочной камерой с помощью поворотного уплотнения (Л. 16]. В первом случае разливка производится непосредственно в изложницу или форму (обычно через приемную воронку), во втором .металл, поступает к изложнице или форме, находящейся в камере разливки, по футерованному желобу, проходящему сквозь -иоворотное уплотнение. Печи, рассчитанные на заливку нескольких изложниц или форм, снабжаются устройством, обеспечивающим поочередную подачу их под заливку.

Индукционные ваку-мные нечи полунепрерывного действия могут быть выполнены аналогично последней из описанных конструк-nnii, с тем отличием, что после разливки металла желоб убирается в одну из камер и атмосфера камер разобщается с помощью вакуумного затвора. Однако чаще нечи полунепрерывного действия

2* 19