ФГАОУ ВПО  «Уральский Федеральный Университет

 имени  первого Президента России Б.Н.  Ельцина» 
 

 

 КУРСОВАЯ  РАБОТА

ИДУКЦИОНАЯ  КАНАЛЬНАЯ ПЕЧЬ 
ДЛЯ ПЛАВКИ АЛЮМИНИЯ

Руководитель                              Идиятулин А.А.

 
 

Студент гр. ЭЗ-48044КУку                        Яковлев А.С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011

 

СОДЕРЖАНИЕ 

СОДЕРЖАНИЕ……………………………………………….…………………..2

ВВЕДЕНИЕ...……………………………………………………………………...3

1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И

ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПЕЧИ………………………………………………..6

    1.1 Принцип действия индукционной  канальной печи……………………6

    1.2 Конструкция индукционных канальных  печей………………………..8

2. НАЗНАЧЕНИЕ  ИНДУКЦИОННЫХ

КАНАЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ………………………………………………………….12

3. ДОСТОИНСТВА  И НЕДОСТАТКИ

ИНДУКЦИОННЫХ  КАНАЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ……………………………….….13

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ

ПЕЧИ ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ  ДЛЯ ПЛАВКИ АЛЮНИЯ………………...…14

    4.1 Определение полной мощности  и количества индукционных…...….14

    единиц  индукционной канальной печи для  плавки алюминия

    4.2 Определение емкости печи…………………………………………….15

    4.3 Расчет сечения магнитопровода  печного трансформатора……….…16

    4.4 Расчет геометрических размеров  и числа витков

    индуктора. Расчет геометрических размеров

    магнитопровода  печного трансформатора………………………………..17

    4.5 Расчет геометрических размеров  канальной части

    индукционной  единицы……………………………………………...…….20

    4.6 Расчет электрических параметров

    индукционной  канальной печи…………………………………………….21

    4.7 Основные технические характеристики

    индукционной  канальной печи………………………….……..…………..23

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.………………………………………….………………..…..25

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.………………………………………….………………..…..26

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………..28

 

       ВВЕДЕНИЕ 

    Установки, в которых происходит превращение  электрической энергии в другие виды с одновременным осуществлением технологических процессов, в результате которых происходит изменение вещества, называют электротехнологическими.

    Следует отметить то, что в электротехнологических процессах используются свойства самих обрабатываемых веществ и материалов: электропроводность, магнитная проницаемость, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность, теплоемкость.

    С веществом, находящимся в каждом из агрегатных состояний (твердое, жидкое, газообразное, плазменное), посредством  постоянных и переменных (различной  частоты) токов, постоянных и переменных электрических и магнитных полей (с широким диапазоном напряженностей) можно совершать бесчисленное множество операций, а именно: изменение температуры, формы, структуры, состава, изменение свойств в разных направлениях и т.д.

    Электротехнологические  установки условно делятся на следующие группы:

• электротермические – установки, основанные на тепловом действии тока;
• электрохимические – установки, основанные на электрическом действии тока;
• электрофизические (электромеханические установки, в которых импульсный ток вызывает возникновение электромеханических усилий в обрабатываемом материале; электрокинетические, в которых происходит преобразование энергии электрического поля в энергию движущихся частиц)
• специальные установки, представляющие совокупность различного рода воздействий, в частности, перенос энергии за счет электромагнитного поля, например, устройства для электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле, предназначенные для извлечения ломов и отходов неферромагнитных металлов из твердых отходов, а также для сортировки ломов цветных металлов; устройства для электромагнитного транспорта и электромагнитного перемешивания жидких металлов.

    Среди перечисленных, групп группа электротермических установок является одной из наиболее распространенных.

    Электротермическое  оборудование предназначено для  технологического процесса тепловой обработки  с использованием электроэнергии в  качестве основного энергоносителя.

    Электротермическое  оборудование классифицируется следующим  образом:

    1. Электрические печи (электропечи) – оборудование, предназначенное для преобразования электрической энергии в тепловую и имеющее нагревательную камеру, в которую помещается нагреваемое тело. Понятие «электропечь» может охватывать как собственно печь, так и в некоторых случаях печь со специальным оборудованием, входящим в комплект поставки (трансформаторами, щитами управления и пр.). Под «нагревательной камерой» понимается конструкция, образующая замкнутое пространство и обеспечивающая в нем заданный тепловой режим.

    2. Электротермические устройства – оборудование, предназначенное для преобразования электрической энергии в тепловую, без нагревательной камеры.

    3. Электротермические агрегаты – совокупность конструктивно связанных электропечей, устройств и другого технологического оборудования (трансформирующего, охлаждающего, моечного и др.), обеспечивающих его нормальное функционирование.

    Электротермическое  оборудование разнообразно по назначению, конструктивному исполнению, размерам и характерным признакам.

    Наиболее  существенные особенности электротермического  оборудования выявляются при классификации по методу нагрева, т.е. по способу преобразования электрической энергии в тепловую и подвода ее к нагреваемому телу.

    По  методу нагрева электротермическое оборудование (ЭТО) подразделяется следующим образом:

    - ЭТО сопротивления – с выделением теплоты в твердых или жидких телах, включенных непосредственно в электрическую цепь, при протекании по ним электрического тока;

    - дуговое ЭТО – с выделением теплоты в электрической дуге. Материал нагревается за счет теплоты, поступающей в него из опорных пятен дуги, а также вследствие теплообмена с дугой и электродами;

    - индукционное ЭТО – с передачей электроэнергии нагреваемому телу, помещенному в переменное электрическое поле, и превращением ее в тепловую энергию при протекании индуцированных токов;

    - диэлектрическое ЭТО – с выделением теплоты в диэлектриках и полупроводниках, помещенных в переменное электрическое поле, за счет перемещения электрических зарядов при электрической поляризации;

    - электронно-лучевое ЭТО – с выделением теплоты при бомбардировке нагреваемого тела в вакууме потоком электронов, эмитируемых катодом;

    - ионное ЭТО - с выделением теплоты в нагреваемом теле потоком ионов, образованным электрическим разрядом в вакууме;

    - лазерное ЭТО - с выделением теплоты в нагреваемом теле при воздействии на него лазерных лучей, т.е. высококонцентрированных потоков световой энергии, полученных в лазерах - оптических квантовых генераторах;

    - плазменное ЭТО - с выделением теплоты, основанном на нагреве газа за счет пропускания его через дуговой разряд или высокочастотное электромагнитное или электрическое поле;

    - сварочное ЭТО - с выделением теплоты в нагреваемых телах в целях осуществления неразъемного соединения с обеспечением непосредственной сплошности в месте сварки.

    Сварочные ЭТО делятся по виду сварки:

    - контактная,

    - дуговая,

    - индукционная,

    - лазерная,

    - электрошлаковая,

    - плазменная.

    Среди электротермического оборудования важное место занимает группа индукционного ЭТО.

    Индукционными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева или плавки тех или иных материалов. Под индукционной установкой понимают весь комплекс устройств, обеспечивающих осуществление электротермического процесса (включая источники питания, устройства автоматики и управления, комплектующее оборудование, токоподводы, некоторые вспомогательные устройства и т.п.).

    Индукционной  плавильной установкой называют индукционную установку, в которой нагреваемый металл или сплав доводится до плавления, т.е. меняет свое агрегатное состояние в процессе нагрева.

    В индукционной нагревательной установке  конечная температура нагрева всегда ниже температуры плавления материала. 
 

 

       1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПЕЧИ

     1.1 Принцип действия индукционной  канальной печи

 

      Принцип действия индукционной канальной печи подобен принципу действия силового трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания. Однако электрические параметры канальной электропечи и обычного трансформатора заметно отличаются. Это вызвано различием их конструкций. Конструктивно печь состоит (рис. 1.1) из футерованной ванны 2, в которой помещается почти вся масса расплавляемого металла 3, и находящейся под ванной индукционной единицы.

      Ванна сообщается с плавильным каналом 5, также заполненным расплавом. Расплав в канале и прилегающем участке ванны образует замкнутое проводящее кольцо.

      Система индуктор-магнитопровод называется печным трансформатором. Футеровка, образующая плавильный канал, называется подовым камнем 6. Подовый камень представляет собой огнеупорный массив с цилиндрическим проемом 7, в который вставляется индуктор 4, навитый на стержень замкнутого магнитопровода 1.

      Индукционная  единица объединяет печной трансформатор  и подовый камень с каналом.

       Индуктор является первичной обмоткой трансформатора, а роль вторичного витка выполняет расплавленный металл, заполняющий канал и находящийся в нижней части ванны.

      Ток, протекающий во вторичной цепи, вызывает нагрев расплава, при этом почти  вся энергия выделяется в канале, имеющем малое сечение (в канале поглощается 90 – 95% подведенной к печи электрической энергии). Металл нагревается за счет тепло- и массообмена между каналом и ванной.

      Перемещение металла обусловлено главным  образом электродинамическими усилиями, возникающими в канале, и в меньшей степени конвекцией, связанной перегревом металла в канале по отношению к ванне. Перегрев ограничивается некоторой допустимой величиной, лимитирующей допускаемую мощность в канале.

        Рисунок 1.2 Принципиальная схема  индукционной канальной печи 

      Принцип действия канальной печи требует  постоянно замкнутой вторичной цепи. Поэтому допускается лишь частичный слив расплавленного металла и дозагрузка соответствующего количества новой шихты. Все канальные печи работают с остаточной емкостью, составляющей обычно 25 – 30% полной емкости печи и обеспечивающей постоянное заполнение канала жидким металлом. Замораживание металла в канале не допускается, во время межплавочного простоя металл в канале должен поддерживаться в расплавленном состоянии.