5. Выбор плавильной печи и огнеупорной футеровки

5.1. Обоснование выбора плавильного агрегата

Широкое применение при плавке чугуна находят индукционные тигельные печи. Они более экологичны по сравнению с вагранками. Угар элементов при плавке в ИЧТ меньше, чем в других чугуноплавильных печах.

Достоинства тигельных плавильных печей:

1. Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов.

2. Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу.

3. Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении.

4. Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности особенно на средних частотах.

5. Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую.

6. Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса.

7. Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздуха.

К недостаткам тигельных печей относятся относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Шлак в ИТП разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже, а также сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких температурах расплава и наличие теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла). Однако преимущества ИТП перед другими плавильными агрегатами значительны, и они нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности.

Исходя из вышеперечисленных преимуществ, в качестве плавильного агрегата выбираем ИЧТ. Такие печи обладают возможностью получения весьма чистых металлов и сплавов точно заданного состава с высокой стабильностью свойств получаемого металла малым угаром. Индукционные тигельные печи, благодаря простоте конструкции и вызванной этим повышенной стойкости футеровки, признаны в настоящее время основным плавильным агрегатом для высотемпературных сплавов (сталь, сплавы на никелевой основе, чугун).

Так как металлоемкость формы составляет 200 кг, а необходимо произвести не менее 6-7 заливок, выбираем ИЧТ 2.

5.2. Принцип действия печи

Индукционная печь работает по принципу трансформаторной передачи энергии индукцией от первичной цепи к вторичной. Подводимая к первичной цепи энергия переменного тока превращается в электромагнитную, а затем во вторичной цепи вновь превращается в электрическую, а затем и в тепловую. Индукционные тигельные печи также называют печами без сердечников. Печи представляют собой плавильный тигель, выполненный из огнеупорного материала, как правило, цилиндрической формы, помещенный внутрь катушки индуктора, подключенного к переменному току. Металлическая шихта загружается в тигель и подвергается нагреву, за счет своего внутреннего электросопротивления. Таким образом, первичной обмоткой трансформатора служит индуктор, а вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой - расплавленный металл. Магнитный поток от индуктора в той или иной степени проходит по шихте, поэтому для работы печи важное значение имеют магнитные свойства расплавляемого металла, а также размеры и формы кусков шихты. Когда в тигель загружают ферромагнитные материалы до момента достижения температуры точки Кюри (700-720°С) их магнитная проницаемость остается неизменной, а затем резко начинает падать. Другими словами, в первый период плавки металлическая шихта выступает в роли незамкнутого сердечника, а ее нагрев осуществляется не только за счет прохождения вихревых токов, но и за счет потерь перемагничивания. Мощность, а, следовательно, и тепло, выделяемое вихревыми токами, зависят от частоты электромагнитного поля. При промышленной частоте концентрация тепловой энергии не превышает несколько Вт/см², поэтому чаще всего применяются печи повышенной, высокой и сверхвысокой частоты, которые достигаются установкой специальных генераторов частоты. На выбор частоты печи существенно влияют два фактора: 1) емкость тигля; 2) размеры кусков шихты.