Разработка конструкции электрической индукционной печи

         Q_вл = 4,19[ 44,8· 1· (100-20) + 44,8·549] = 118070,848 кДж. 
 
 

  3. Потери тепла на рафинирование:

                      Q_р = G_р ·С_р ·t_пер  ,      кДж,

где         G_р- количество рафинирующих флюсов, кг;

               С_р – удельная теплоёмкость рафинирующего флюса, Дж/кг· °С;

               t_пер- температура перегрева сплава, °С.

      Q_р =  16471,36· 0,015· 900· 860 = 191232,49 кДж.

  4. Потери тепла теплопроводностью через кладку печи:

                     Q_кл = 4,19 ∑ КF (t₁-t₂) T₁        ,   кДж,

              Q_кл = 4,19·9,6·27,4·(40-20)·0,4 = 8817,1008 кДж.

  где    К- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки печи в окружающую атмосферу, ккал/м²· ч· град;

           F – площадь наружной поверхности соответствующей части печи, м²

           t₁- температура наружной поверхности соответствующей стенки печи, °С;

           t₂ – соответствующая температура окружающей среды, °С;

          T₁ – время плавки, ч.

  Для определения  площади наружной поверхности печи необходимо предварительно определить объём ванны и толщину её стенок.

Расчёт ведётся  в следующем порядке:

а) полезный объём  ванны тигельной печи определяется по весу садки:

                             V_т = G_с/ρ_ж      , м³  ,

где       G_с – вес садки, кг;

              ρ_ж – плотность жидкого сплава, кг/м³ .

                   V_т = 16471,36/3000 = 5,49 м³ .

  Для выбора формы тигля необходимо задаться отношением:

                       d_o/h = A ,

где       d_o – средний внутренний диаметр тигля,  м ;

             h – высота металла в тигле.

  Величина  А у современных тигельных  печей колеблется в широких пределах: 0,74…1,0 – для печей ёмкостью свыше 3т. Примем     А = 0,9;

  Средний внутренний диаметр тигля определяем из выражения:

        

              ,     м .                       , м,

  Теперь  находим h = d_o/A = 1,85/0,9 = 2,05 м.

  Толщина S₁ стенки тигля, м: (0,1…0,15)d₀-  более 3 т.

                        S₁ = 0,13d₀ = 0,13·1,85 = 0,24 м.

  Толщина S₂ изоляционного слоя из асбеста между тиглем и индуктором (или обмазки индуктора), м: 0,01…0,015 – более 15 т.

                        S₂ = 0,013 м.

 

 

  

  Наружный  диаметр тигля (внутренний диаметр индуктора), м:

                              D_т =  d₀ + 2(S₁ + S₂);  

             D_т = 1,85 +2(0,24 + 0,013) = 2,36 м.

  Высота  тигля должна быть больше высоты металла  в тигле:

                             H_т = (1,1 – 1,3)h     , м;

                         H_т = 1,2·2,05 = 2,46 м.  

  5. Потери тепла лучеиспусканием через открытые окна и отверстия, кДж:

                  Q_л = 4,19· С·F·[(T₁/100)⁴ – (T₂/100)⁴]·τ   ,

где     С – коэффициент лучеиспускания, равный 4,5 ккал/м²· ч· град:

           Т₁ и Т₂ – абсолютные температуры газов на уровне садочного окна и окружающего воздуха; 

            F – площадь загрузочного окна,  м²;

            τ – время выдержки окна в открытом состояния, ч.

        Q_л = 4,19· 4,5·2,72·[(1133/100)⁴ – (293/100)⁴]·0,4 =  336533,52 кДж.

  6. Потери тепла вследствие охлаждения индуктора обычно оставляют 10…30% от количества тепла, расходуемого на нагрев, расплавление и перегрев садки, кДж:

                                 Q_u = (0,1 – 0,3)· Q_c  ,

                    Q_u = 0,1· 18815854,9736 = 1881585,49736  кДж.

  7. Неучтённые потери. Их обычно принимают равным 10…15% от суммы всех потерь тепла:

                          Q_неучт = (0,1…0,15)· Q_расх      ,

            Q_неучт = 0,1· 21352094,4297 = 2135209,44297  кДж.

  8. Расчёт приходных статей теплового баланса:

а) тепло термохимических  реакций в процессе плавки:

                               Q_хим = ∑Q_i· G_i     ,  кДж.

где       Q_i – тепловой эффект окисления каждого элемента металла и сгорания раскислителей и органических веществ, кДж/кг;

            G_i – количество каждого окисленного элемента и сгоревшего компонента, кг;

     Q_хим = 27000· 1,28  + 7200· 0,16 + 6000· 151,36  + 8200·21,6 + 19,2 · 12100 =

= 34560 + 1152 + 908160 + 177120 + 232320 = 1353312 кДж.     

б) тепло, получаемое за счёт трансформации электрической энергии Q_эл , определяется разностью суммарного тепла расходной части и суммарного тепла известных приходных статей баланса.

                                   Q_эл = ∑Q_расх – ∑Q_прих      , кДж.

           Q_эл = 23487303,8726 – 1353312 = 22133991,8726 кДж.

 
 
 
 
 
 

    

    

                                                                                                      Таблица 2

                                               Тепловой баланс 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Электрический расчет индукционной тигельной печи

1. Активная мощность тигельной печи Р_а определяется так же, как и для канальной печи.

                         Р_а = (G_п·I_o)/864·T₁· η_т,    кВт.

где   G_п – полезная ёмкость тигля,  кг;

         I_o – энтальпия сплава при температуре разливки  ккал/кг;

         η_т – термический к.п.д. печи;

         T₁ – продолжительность плавки,  ч.

                   Р_а =  16000· 0,24· 860/ 864· 2,8· 0,95 = 1436,93   кВт.   

2. Мощность преобразователя частоты:

                 Р_пр = (1,25…1,35) Р_а,        кВт.

        Р_пр = 1,3· 1436,93 = 1868   кВт.

3. Выбор частоты печи f  и напряжения на индукторе U_и.

             Минимальная частота питающего  тока:

                f_мин = 25· 10⁶· ρ/ d_o²· μ ,     Гц,

где  ρ- удельное электрическое сопротивление садки, Ом·м;

       d_o- средний внутренний диаметр тигля,  м;

       μ- относительная магнитная проницаемость садки (μ=1,0).

               f_мин = 25· 10⁶· 0,0266· 10^-3/ (1,85)²· 1,0 = 194,3 Гц.

Выбираем  частоту печи f= 200 Гц и напряжение на индукторе U_и = 3000 В.

4. Внутренний диаметр индуктора принимаем равным наружному диаметру тигля ( с учётом изоляционного слоя между тиглем и индуктором):

                   d_u = D_т = 2,36 м.

5. Высота индуктора:

                         h_u = (0,7…1,3)h     ,м,

где  h- высота металла в тигле, м.

                         h_u = 1· 2,05 = 2,05  м.

6. Глубина проникновения тока в садку:

                                  ε=503 , м.

                             ε=503 м.

ρ - удельное электрическое сопротивление садки, Ом·м;

        μ -относительная магнитная проницаемость садки; 

     7.  Напряженность магнитного поля в индукторе:

             H= , A/м, 

K = 0,85...0,95 - коэффициент, учитывающий самоиндукцию и

взаимоиндукцию  между индуктором и садкой;

A - поправочный коэффициент активной мощности, учитывающий 
кривизну металла в тигле и зависящий от отношения диаметра 
садки к глубине проникновения тока в нее, т.е. d /ε=10,28, следовательно A_м=0,9; R_м=1.

   H= A/м. 

   8. Реактивная мощность садки:

         P =6,2·10 ·H d ·h· R K , кВт,

 где  R - поправочный коэффициент реактивной мощности.

  P кВт.

     9. Реактивная мощность в зазоре между садкой и индуктором:

                  P , кВт.

    P кВт.

    10. Толщина стенки индуктора:

                                S , мм,

где ε - глубина проникновения тока в материал индуктора, мм; величина ε для меди при частоте 50 Гц составляет 10 мм, при 500 Гц - 3,2 мм, при 2500 Гц – 1,4 мм,  при 10000 Гц - 0.7 мм.

S мм.

    11.  Потери активной мощности в индукторе:

Р , кВт,

       P кВт.

где ρ - удельное электрическое сопротивление материала индуктора, Ом·м;   

μ - относительная магнитная проницаемость материала индуктора (μ =1);

A - поправочный коэффициент активной мощности, учитывающий кривизну индуктора; его определяют по сплошным линиям для разных d

К = 0,7...0,9 - коэффициент заполнения индуктора.