К основным недостаткам индукционных канальных печей относятся:

      1. Тяжелые условия работы футеровки канала - подового камня. Стойкость этой футеровки снижается при повышении температуры расплава, при плавке сплавов, содержащих химически активные компоненты (например, бронзы, имеющие в своем составе олово и свинец). Затруднена плавка в этих печах также низкосортной, загрязненной шихты – вследствие зарастания каналов.

      2. Необходимость постоянно (даже при длительных перерывах в работе) держать в печи сравнительно большое количество расплавленного металла. Полный слив металла ведет к резкому охлаждению футеровки каналов и к ее растрескиванию. По этой причине невозможен также быстрый переход с одной марки выплавляемого сплава на другую. В этом случае приходится проводить ряд балластных переходных плавок. Постепенной загрузкой новой шихты меняют состав сплава от исходного до требуемого.

      3. Шлак на поверхности ванны  имеет низкую температуру. Это  затрудняет проведение нужных металлургических операции между металлом и шлаком. По этой же причине, а также ввиду малой циркуляции расплава вблизи поверхности затруднено расплавление стружки и легкого скрапа.

 

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ  ПЕЧИ ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ПЛАВКИ  АЛЮМИНИЯ 

      4.1 Определение полной мощности  и количества индукционных единиц  индукционной канальной печи  для плавки алюминия 

      Исходные  данные:

      Рассчитываем  печь ИАК – 0,75 предназначенную для плавки алюминия

      Алюминий  – серебристо белый легкий металл. Он легко вытягивается в проволоку  и прокатывается в тонкие листы.

      Основное  применение алюминия – производство сплавов на его основе. Легирующие добавки (например, медь, кремний, магний, цинк, марганец) вводят в алюминий главным  образом для повышения его  прочности. Широкое распространение имеют дуралюмины, содержащие медь и магний, силумины, в которых основной добавкой служит кремний, магналий (сплав алюминия с 9,5 % – 11,5 % магния). Основные достоинства всех сплавов алюминия – это их малая плотность (2,5 – 2,8 г/см³), высокая прочность ( в расчете на единицу массы) удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработки. Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды и во многих других отраслях промышленности. По широте алюминиевые сплавы занимают второе место после стали и чугуна. 

      Основные  характеристики алюминия 

 
 

 

       4.2 Определение емкости печи 

      Выбор ванны печи:

      Для плавки алюминия (100 % по заданию) выбираем вертикальную печь шахтного типа, т.к. емкость печи лежит в пределах от 0,2 до 40 тонн.

      Остаточная  емкость печи: 

                             (4.1) 

      где к_б = 0,3 – коэффициент болота.

      Полная  емкость печи: 

                               (4.2) 

      Объем ванны печи: 

                               (4.3) 

где g_аж = 2,4 т/м³ – плотность алюминия в жидком состоянии.

      Определение количества тепла необходимого для  нагрева алюминия массой G_п = 735 кг при теплоемкости С₁ = 0,297 ккал/кг·град от начальной температуры t_н = 20^оС до температуры плавления t_п = 658 ^оС. 

                 (4.4) 

      Определение количества тепла, необходимого для  перевода алюминия массой G_п = 735 кг при температуре плавления t_п =658 °С в расплавленное состояние при скрытой теплоте плавления λ = 92,4 ккал/кг. 

                              (4.5) 

      Определение количества тепла, необходимого для  доведения алюминия массой G_п =735 кг при теплоемкости С₂ =0,300 ккал/кг·град от температуры плавления t_п = 658^оС до температуры разливки t_р = 700 °С. 

                             (4.6) 

      Определение количества тепла, теоретически необходимого для расплавления и доведения до температуры разливки алюминия массой G_п = 735 кг.  

                             (4.7) 

      Определение подводимой к печи активной мощности 

                              (4.8) 

где η = 0,7 коэффициент полезного действия печи (табл. 3.2 /3/);

      τ₁ = 1,8 ч длительность плавки и подогрева жидкого металла.

      Определение полной мощности, кВА (значение cos(j) = 0,4, берем из табл. 3.5 /3/). 

                              (4.9)

      Определение числа индукционных единиц. Число  индукционных единиц выбираем исходя из мощности печи с учетом условий их размещения при принятой конструкции ванны печи. Для данного случая выберем однофазную индукционную единицу (n = 1).

 

                              (4.10) 

                              (4.11) 

      Проверим  удельный расход электроэнергии. Для  алюминия W' = 400 – 500 кВт·ч/т (табл. 3.7 /3/). 

                             (4.12) 

      Для питания печи по мощности выбираем электропечной трансформатор типа ЭОМП-1600 /4/:

      Однофазный, мощность 630 кВА;

      Число ступеней НН: 11.

      Ток НН, А: 895.

      Напряжение: ВН 6 или 10 кВ; НН 510 -79 В.

      Коэффициент мощности: естественный  0,3; после  компенсации  ~ 1,0.

      Основные  характеристики трансформаторов серии  ЭОМП приведены в приложении 2. 

      4.3 Расчет сечения магнитопровода  печного трансформатора 

    Для расчета принимаем: печной однофазный трансформатор стержневого типа, максимальное значение индукции – В_m= 1,2 Тл, коэффициент мощности – cosφ = 0.4 , охлаждение индуктора водяное, плотность тока в индукторе – j_m = 12×10⁶ А/м², значение коэффициентов ψ = 28, С = 0,27.

      Поперечное  сечение стали магнитопровода без  учета коэффициента заполнения стержня сталью. 

               (4.13) 

где f₁ = 50 – частота питающей сети.

          Определение поперечного  сечения магнитопровода печного  трансформатора с учетом межлистовой изоляции.

    Для расчета принимаем коэффициент  заполнения сталью к_з = 0,93. 

                               (4.14) 

     Между стержнем и индуктором помещается изолирующая  бумажно-бакелитовая гильза квадратной формы толщиной – d_г = 6 мм.

      Рисунок 4.1 Сечение  магнитопровода печного трансформатора 

     4.4 Расчет геометрических размеров  и числа витков индуктора. Расчет  геометрических размеров магнитопровода  печного трансформатора 

     Размеры гильзы с учётом ширины деревянных клиньев: 

                              (4.15) 

                               (4.16) 

где а_кл = 0,030 м – ширина деревянных клиньев.

      Внутренние  размеры индуктора: 

                              (4.17) 

                              (4.18) 

     Число витков индуктора. Напряжение на индукторе принимаем равным 400 В. 

                             (4.19) 

Принимаем число витков индуктора N_инд = 36.

Ток индуктора. 

                              (4.20) 

    Площадь поперечного сечения провода (меди) без учета изоляции: 

                                   (4.21) 

    Глубина проникновения тока в материал индуктора: 

                                  (4.22) 

где r₁ = 2×10^-8 Ом×м – удельное сопротивление материала индуктора (меди)

      Оценка  величины радиального размера d₁ провода индуктора по условию d₁ ≥ 1,57 Δ₁ 

                              (4.23) 

      В качестве провода индуктора принимаем  медную трубку прямоугольного сечения с размерами: радиальный d₁ = 16 мм, осевой – а₁ = 15 мм и толщиной стенки Δ_ст = 2 мм. 

                           (4.24) 

     Внешние размеры  индуктора 

                             (4.25) 

                             (4.26) 

где δ_из = 1 мм – толщина межвитковой изоляции.

      Размеры средней линии индуктора: 

                              (4.27) 

                              (4.28) 

      Длина одного витка по средней линии  индуктора: 

                              (4.29) 

      Определим полную длину магнитопровода (м) через  ранее найденное значение коэффициента С = 0,28 

                              (4.30)