Индукционные тигельные плавильные печи
Развитие концепции создания металлургических заводов малой производительности по выплавке стали (от 50 до 400 тысяч т/год), значительно повысило спрос на индукционные тигельные плавильные печи (ИТП). Особенно эффективно стало их применение в странах, где образуется достаточно большое количество лома и отходов чёрных металлов. Кроме того, плавка цветных металлов и сплавов с помощью ИТП в литейных цехах, существующая уже длительное время, стала применяться ещё шире, для производства отливок и заготовок.
Это связано с тем, что процессы легирования металла в печах ИТП, за счёт оптимизированной технологии циркуляции расплава, осуществляются наиболее эффективно и с низкими потерями.
Что же собой представляет этот агрегат?
Индукционная тигельная печь является тепловым генератором, в котором выделение тепла для расплавления металла и циркуляция расплава осуществляются за счёт индукционного потока, создаваемого магнитным полем от внешнего индуктора. Циркуляция расплава в печи напоминает вращение двух, расположенных на разной высоте тигля, потоков в виде тороидов. Скорость их вращения может достигать 2 м/сек, а интенсивность этих потоков зависит от мощности печи и частоты тока, который проходит по катушке индуктора. Чем ниже частота тока, тем больше интенсивность движения расплава и, таким образом, при заданной частоте тока подвод тепла в расплав и скорость циркуляции всегда находятся в соответствии друг с другом, а это значит, что при заданной мощности индукционной печи можно регулировать интенсивность циркуляции расплава методом изменения частоты питающего тока.
Циркуляция расплава является важным компонентом эксплуатации ИТП, обеспечивая интенсивное перемешивание расплава, что даёт выравнивание температуры расплава и его оптимальную гомогенность, для получения однородного по химическому составу металла и оптимальную равномерную температуру расплава по всему объёму тигля.
Эксплуатация
Разработанные в настоящее время технологии эксплуатации ИТП, позволяют регулировать и выбирать необходимую концентрацию мощности в той секции индуктора (вверху, в середине, внизу), а значит и в расплаве, где это необходимо, для обеспечения оптимального перемешивания расплава и плавно менять рабочую частоту питающего тока по ходу плавки, для эффективного изменения скорости движения расплава в тигле печи.
По частоте питающего тока ИТП с частотным преобразователем, по ГОСТ 16323-79, делятся на печи низкой частоты (50..60Гц), средней частоты (150..450Гц) и высокой частоты (1000…2500Гц).
Констркция индукционной тигельной печи
Конструктивно ИТП включает в себя следующие основные блоки:
- корпус печи, в котором, на поворотной раме, установлен плавильный тигель с индуктором;
- крышку тигля, откидную или с механизмом подъёма и поворота;
- систему электроснабжения, включающую трансформатор, преобразователь частоты и блок конденсаторов;
- систему контроля и управления процессом плавки;
- систему охлаждения;
- систему загрузки шихты и систему пылеулавливания.
Поворотная рама с тиглем, для слива расплава, поворачивается вокруг осей, закреплённых на корпусе печи. Водоохлаждаемый индуктор представляет собой спираль, изготовленную из трубы прямоугольного сечения, выполненную из электролитной меди. Внутренняя поверхность индуктора через слой изоляции, прилегает к наружной поверхности тигля, а сам тигель может быть выполнен сплошным литым в виде цилиндрической чаши, или набранным из нескольких слоёв огнеупорного материала. Привод поворота рамы с тиглем может быть гидравлическим или электромеханическим.
Преимущества
Длительная эксплуатация индукционных тигельных печей показала их несомненные преимущества, по сравнению с электродуговыми печами (ЭДП) :
- ИТП позволяют быстро достигать температур перегрева, что связано с выделением тепла непосредственно в расплаве.
- Из-за отсутствия контакта между расплавом и топливом или электродами, как в ЭДП, достигается более строгий химический состав металла.
- В ИТП достигается эффективное перемешивание расплава, за счёт электродинамических сил магнитного поля.
- Расплав в ИТП слабо окисляется, что связано с «холодным шлаком».
- В ИТП возможно гибкое ведение процесса плавки.
- Футеровка ИТП находится в хороших температурных условиях, что способствует её сохранению.
Участки плавления на ИТП характеризуются низкими капитальными вложениями, меньшей площадью рабочей зоны, простотой эксплуатации и обслуживания.
В печах ИТП наблюдается минимальный угар металла в процессе, высокая эффективность процесса легирования, меньшее, по сравнению с ЭДП выделение пыли и дыма, низкий уровень шума, меньшее излучение тепла в окружающую среду.
Недостатки
Вместе с тем, ИТП обладают и недостатками:
- Низкая температура шлаков в ИТП затрудняет ведение металлургического процесса и затрудняет их удаление с поверхности расплава.
- Вспучивание поверхности металла, в процессе расплавления, под действием электродинамических сил, что ограничивает подвод мощности и интенсивность процесса в ИТП с низкой частотой питающего тока.
Применение на одном участке нескольких ИТП обеспечивает большую степень избыточности оборудования и снижение нагрузки на электросеть.
Как следует из производственной практики, индукционная технология получения расплава, ориентирована на печи ёмкостью не более 50 тонн по расплаву. В промышленности, в основном, используются ИТП ёмкостью от 25 до30 тонн.
Для получения необходимой производительности участка ИТП, для максимальной загрузки оборудования, рекомендуется установка в нём двух, трёх или четырёх ИТП с одним или двумя преобразователями частоты, т.о., чтобы отбор мощности от преобразователя частоты можно было одновременно применять для двух печей, или питать три или четыре ИТП по очереди, от двух преобразователей частоты.
Оптимальные значения плотности мощности, с точки зрения срока службы футеровки, находятся в районе 700КВт/т, а рабочая частота питающей сети должна иметь значение 250 Гц или500 Гц.
Плавильные комплексы
Типичный плавильный комплекс может содержать:
Четыре ИТП ёмкостью по 25 т, работающие по очереди от двух преобразователей частоты по 15МВт. При потреблении электроэнергии 540кВт.ч/т, участок может выплавить до 1000 тонн металла за сутки, что даёт годовой объём свыше 300тысяч тонн.
Индукционные тигельные печи, которые первоначально использовались в литейном производстве и для получения заготовок из цветных металлов, сегодня начинают интенсивно применяться в качестве плавильных печей на мини заводах по производству стали и в некоторых других технологических процессах.
Одними из наиболее известных в мире компаний по изготовлению ИТП являются: компания Otto Junker, китайско –российская фирма Поликаст, фирма EGES, которые поставляют свою продукцию во многие страны мира.
