Индукционные печи

Индукционные печи.

Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промышленности для плавки черных и цветных металлов. Эти плавильные устройства обладают большими достоинствами, а именно:

  • возможность получения весьма чистых металлов и сплавов точно заданного состава;

  • стабильность свойств получаемого металла, благодаря хорошему перемешиванию расплава;

  • малый угар металла и легирующих элементов;

  • высокая производительность, за счет высокой скорости плавления;

  • возможность полной автоматизации;

  • хорошие условия труда;

  • малая степень загрязнения окружающей среды.

Принцип работы индукционных печей.

Принцип работы индукционной плавильной печи основан на явлении магнитной индукции. Одной из важнейших составляющих индукционной печи является индуктор. Индуктор по сути — это катушка, только проводниками в нем, исходя из конструкционных требований плавильных печей, служат не обычные провода, а медные трубки. Ток, проходящий в индукторе, порождает магнитное поле, воздействующий на тигель, в который помещен металл. В данном случае металл исполняет роль вторичной обмотки трансформатора, то есть, в нем наводится ток, при прохождении которого металл нагревается и, дойдя до определенной температуры, начинает плавиться.

Устройство индукционной печи.

Индукционная тигельная печь состоит из основных элементов (индуктора, футеровки, каркаса, механизма наклона) и может быть оборудована дополнительными устройствами (крышкой с механизмом подъема и поворота, магнитопроводом или магнитным экраном, рабочей площадкой и др.)

Индуктор предназначен для создания переменного магнитного поля необходимой напряженности. Помимо основного назначения, индуктор выполняет также роль крепления тигля, которое удерживает его от смещения при наклоне печи.

Футеровка.

Печи, в которых производится нагревание металлов при различных металлургических процессах, устраиваются из материалов, обеспечивающих их прочность и устойчивость — кирпича, чугуна и железа. Но все эти материалы не в состоянии противостоять действию высокой температуры, при которой совершаются эти процессы, неизбежным колебаниям температуры и влиянию химических реакций, их сопровождающих. Ввиду этого, все рабочие пространства печей, приходящие в соприкосновение с металлом или газами высокой температуры, одеваются изнутри слоем огнеупорных и устойчивых к химическим влиянием материалов, которые и защищают от разрушения остальной массив печи. Эта внутренняя огнеупорная одежда печей называется их футеровкой.

Кислую футеровку обычно применяют в печах любой емкости для плавки чугуна, углеродистых, кремнистых и других сталей с перегревом металла до температуры 1450-1550ºС. Однако кислая футеровка не может быть использована при выплавке многих марок качественных сталей и сплавов, в которых строго лимитируется содержание углерода, кремния, фосфора, серы, неметаллических включений. Выгорание этих примесей значительно быстрее происходит в основной футеровке. Оксид кальция (известь), добавляемый для рафинирования стали от кремния, серы и фосфора, взаимодействует с кислой футеровкой и, не успевая соединиться с серой и фосфором металла, уходит в шлак. Кремний же частично переходит из материала кислой футеровки в сталь. Жаропрочные и тугоплавкие сплавы опасно плавить в печах с кислой футеровкой еще и потому, что температура плавления и перегрева этих металлов близка к температуре плавления кварцитов. Основную футеровку изготавливают из магнезитовых, доломитовых и известковых огнеупоров, которые имеют химически основной характер. Эти материалы отличаются высокой огнеупорностью, как правило, выше 2000ºС. Химически чистые разновидности оксида магния имеют температуру плавления 2800ºС, а оксид кальция 2500ºС.

Каркас является основой для крепления всех элементов печи. Каркас чаще всего изготовляют из стальных изолированных друг от друга частей. Иногда целесообразно снизить вблизи каркаса напряженность магнитного поля. Это может быть достигнута установкой между индуктором и каркасом магнитопроводов или магнитных экранов.

Механизм наклона. Для печей малой емкости используют механизмы, состоящие из лебедки с ручным или электромеханическим приводом и троса, перекинутого через блок. Более крупные печи наклоняют при помощи тельфера, сцепляя его крюк с серьгой, укрепленной на каркасе. Крупные печи оборудуют гидравлическим приводом наклона, в принципе аналогичным гидравлическому приводу наклона дуговых печей.

Технология плавки сплавов в индукционных печах.

Успешное проведение плавки в индукционных печах по установленной технологии зависит не только от стойкости футеровки плавильного тигля, но и от качества металлошихты, шлакообразующих, ферросплавов и раскислителей. Процесс ведут переплавом легированных отходов или сплавлением компонентов шихты с ферросплавами.
Подбор шихты по габаритности и плотная укладка составляющих в плавильный тигель обеспечивают ускоренное расплавление материалов и низкий расход электроэнергии.

На дно тигля для смягчения даров крупных кусков укладывают мелкую шихту и с целью предохранения металла от окисления заваливают немного шлака, ферромарганца и ферросилиция. На дно следует присаживать также тугоплавкие ферросплавы, температура плавления которых выше достигаемых в тигле температур. При таком расположении они начнут растворяться сразу после появления первых порций жидкого металла. Наиболее крупные куски укладывают у стенок тигля на 2/3 высоты индуктора так, чтобы магнитные силовые линии пересекали максимальную площадь сечения куска. Остальную часть шихты загружают до 2/3 высоты по оси тигля с максимальной плотностью укладки, а выше — менее плотно.

Загрузку малых печей осуществляют вручную, большегрузных — с помощью загрузочных бадей. По мере плавления и оседания шихты в тигель загружают ее оставшуюся часть. При плавлении в верхней части тигля куски шихты могут заклиниваться и свариваться, образуя «мосты». Зависание шихты крайне нежелательно, так как оно может привести к сильному неконтролируемому перегреву жидкого металла и разрушению футеровки. Даже временное зависание шихты увеличивает продолжительность плавления и расход электроэнергии. Для устранения зависания шихту в процессе плавления необходимо периодически осаживать при помощи ломика с резиновой изоляцией ручки.
По мере оседания шихты постепенно погружают оставшуюся часть ее, следя за тем, чтобы холодные куски не попадали в жидкий металл, так как это может вызвать вскипание металла и сваливание холодной шихты в верхней части тигля с образованием трудноустранимых мостов. Нельзя допускать также оголения металла, поскольку это ведет к окислению и насыщению его газами. По мере плавления шихты в тигель присаживают шлакообразующие материалы, уменьшая таким образом контакт жидкого металла с атмосферой.

После расплавления шихты шлак скачивают, заводят новый, состоящий из 70 % кварцита, 20 % извести и 10 % шамота для кислых тиглей и 60...65 % извести, 5...15 % магнезита и 20...30 % плавикового шпата для основных, и приступают к раскислению и доводке металла до требуемого химического состава.
В качестве шихтовых материалов для выплавки используют отходы различных сталей и сплавов в виде кусков, стружки, обрези и др. (заводские и от потребителей металла), паспортную шихтовую болванку, выплавленную с целью улучшения качества и усреднения химического состава металла, углеродистую шихтовую болванку и мягкое железо различных марок, ферросплавы и лигатуры, металлические легирующие материалы и раскислители и спецдобавки. Шихтовые материалы используют сухими, очищенными от посторонних загрязнений, и требуемой габаритности. Материалы, не обеспечивающие плотную загрузку шихты (стружка «вьюн»), не применяют.
Все ферросплавы и шихтовые материалы должны иметь паспортные данные и храниться раздельно. Обезличенные и смешанные отходы подвергают переплаву на паспортную шихтовую заготовку.
Для предохранения жидкого металла от окисления в процессе плавления шихты в основные индукционные печи задают порошкообразную шлаковую смесь из свежеобожженной извести (65 %), магнезитового порошка (20 %) и плавикового шпата (15 %). Составляющие шлаковой смеси тщательно перемешивают и сушат при 600°С не менее 6 ч. Хранят шлаковую смесь в специальной печи при температуре 300°С. Максимальный запас шлаковой смесь не превышает двухсуточной потребности в ней.
Для раскисления металла через шлак применяют порошкообразные ферросилиций, силикокальций и боркальк (~ 33 % СаО и 67 % А1). Технология раскисления металла в индукционной печи мало отличается от технологии раскисления в дуговых электропечах. Однако интенсивное электродинамическое движение металла значительно ускоряет процессы раскисления, распределения присадок и рафинирования металла от продуктов раскисления. Поэтому в индукционных печах раскисление и рафинирование металла требуют меньшего времени.
При необходимости в индукционных печах можно проводить и десульфурацию металла. Для этого необходимо несколько раз скачивать и наводить высокоосновной восстановительный шлак, применять подогрев шлака, увеличивать расход плавикового шпата. Это вызывает увеличение продолжительности плавки, снижает стойкость футеровки печи, усложняет работу. Поэтому в большинстве случаев стремятся так подбирать шихту и так вести процесс, чтобы необходимость специального проведения десульфурации была исключена.

 

копирование материалов статьи запрещено без ссылки на источник (на эту страницу)