Общее сведения об индукционных печах

В основе индукционного нагрева лежит принцип работы тран­сформатора: под действием магнитного поля, создаваемого индуктором (первичной обмоткой), в нагреваемом металле, который является вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой, в которой индуцируется ЭДС. Под действием наводимой в металле ЭДС Е₂ в металле циркулирует ток J₂:

, А,

, Ом.

3а счет джоулева тепла, выделяющегося в металле при прохождении тока J₂, металл разогревается и плавится. Из теории трансформатора известно, что наводимая во вторичной обмотке ЭДС пропорциональна магнитному потоку (Ф), пе­ресекаемому плоскость витков обмотки, частоте изменений магнитного потока (f) и числу витков вторичной обмотки (n₂) т.е.

E=a∙Ф∙f∙ n₂∙10^-8 В,

где а = 4,44 – коэффициент пропорциональности, зависящий от харак­тера изменения магнитного потока во времени, при питании первичной обмотки синусоидальным током.

Плотно уложенная шихта, а также расплавленный металл как вторичная обмотка индукционной печи представляют собой единый контур, поэтому n = 1 и E = 4,44∙Ф∙f∙n₂∙10^-8 В.

Следовательно, увеличить наводимую в металле ЭДС можно, увеличивая либо магнитный поток, либо частоту питающего тока. Создаваемый индуктором магнитный поток не весь проходит через сечение металла. Часть магнитных силовых линий замыкается вокруг витков индуктора, образуя поток рассеивания. Уменьшить долю этого потока и увеличить полезный магнитный поток можно, если по аналогии с трансформатором внутрь индуктора вставить магнитопровод.

Первые индукционные печи работали на промышленной частоте и были очень похожи на трансформатор, отличаясь тем, что и первичная (индуктор) и вторичная (кольцо расплавленного металла) обмотки были расположены вокруг одного ярма сердечника (рисунок 29).

Более совершенными являются печи с вертикальным закрытым каналом (рисунок 30) , что позволило их питать трехфазным током промышленной частоты. Эти печи могут потреблять более высокую удельную мощность и имеют высокий КПД, очень низкий угар, интенсивное перемешивание обеспечивает однородность металла по температуре и химическому составу. Недостатком этих печей является низкая стойкость футеровки канала, работающей в очень тяжелых условиях.

После создания достаточно мощных генераторов высокой частоты стали появляться индукционные тигельные печи (рисунки 31,32). Преимущества тигельных печей по сравнению с канальными заключаются в отсутствии канала.

Но сравнительно большое расстояние между индуктором и металлом в тигле вызывает появление значительный индуктивной мощности, снижающей общий cosφ. Для компенсации индуктивной мощности тигельные печи снабжают конденсаторными батареями (рисунок 33). Индукционные тигельные печи при небольших габаритах имеют высокую производительность, процесс плавления в них легко поддается регулированию.

Основным технологическим недостатком ИТП всех типов является малая активность шлака, т.к. они имеют высокое омическое сопротивление, поэтому они холоднее металла, обладают высокой вязкостью и низкой рафинирующей способностью.

Номинальная емкость ИТП, предназначенных для выплавки стали, характеризуется следующим рядом: 0,06; 0,16; 0,40; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4; 10; 16; 25; 40; и 60 т.