барабанна плавильна піч, що обертається, для переробки відходів кольорових металів. Для плавки різних металів Призначення барабанної печі


Теоретична сутність процесу

Сутність горнової плавки полягає в обробці суміші багатого сульфідного свинцевого концентрату з твердим паливом струменем стисненого повітря. При цьому відбувається частковий випал PbS з утворенням РbО та PbSO 4 та реакції взаємодії між PbS та продуктами його окислення - РbО та PbSO 4 . Випалювання та реакційна плавка проводяться одночасно; крім того, частина свинцю відновлюється вуглецем палива.

Реакція випалу PbS та її тепловий ефект наступний:

2PbS + ЗО 2 = 2РbO + 2SO 2 + 201360 кал(8450 кдж),(1)

наведена реакція є сумарною, так як процес окислення сульфіду свинцю протікає в кілька щаблів;

2РbО + 2SO 2 + О 2 = 2PbSO 4 + 183 400 кал(7680 кдж).(2)

Помітні кількості сульфату свинцю утворюються при окисленні сульфіду вже за 200-300°С, процес протікає вкрай повільно.

Після часткового випалу шихта містить у твердому стані такі хімічні сполуки свинцю: PbS, РЬО та PbSO 4 . При нагріванні цих речовин, взятих у певному співвідношенні, протікають наступні реакції:

PbS + 2РЬ0 = ЗРЬ + SO 2 - 52540 кал(2200 кдж), (3)

PbS + PbSO 4 = 2Pb + 2SO 2 - 97380 кал (4070 кдж). (4)

При певних температурі та тиску SO 2 настає хімічна рівновага: реакції протікають з однаковою швидкістю в обох напрямках. При підвищенні температури рівновага порушується, реакції йдуть зліва направо у бік освіти РЬ і SO 2 . Таким чином, підвищення температури корисно для реакційної плавки, так як при цьому зростає вихід металевого свинцю та прискорюється випал PbS. Але як для випалу (щоб уникнути комкування), так і для самої реакційної плавки шихту необхідно зберігати в твердому стані. Тому процес реакційної плавки здійснюється за температур не вище 800-850°С. При більш високих температурах РbО розплавляється, відбувається розшаровування по щільності, через що порушується контакт між сульфідом і окислом свинцю при витоплюванні свинцю припиняється.

Надлишковий окис свинцю відновлюється за рахунок С та СО за реакціями:

РbО + С = Рb + СО; (5)

РbО + СО = Рb + СО2. (6)

Для цих реакцій в шихту горнової плавки вводять деяку кількість вуглецевого палива. Зазвичай це коксова дрібниця у кількості 4-10% від ваги шихти. Чим інтенсивніший процес і чим більше в шихті міститься сульфідної сірки, тим менше потрібно палива для горнової плавки.

Оптимальна крупність коксу від 5 до 15мм. Більші частинки коксу сприяють сегрегації шихти, а дрібніші виносяться з пилом.

Короткобарабанна піч є сталевим клепанним кожухом, футерованим високоглиноземистою цеглою складу, %: 65-70 А1 2 Про 3 ; 20-25 SiO 2; 3TiO 2; 5Fe 2 O 3 ; 0,5СаО. Між кожухом печі та вогнетривкою футеровкою знаходиться утрамбований шар пластичної глини товщиною 50 мм на випадок розширення футерування при її нагріванні.


Плавка здійснюється перервно, кожна операція триває близько 4 год. Завантаживши кілька тонн шихти, короткобарабанну піч обертають зі швидкістю 0,5-1,0 об/міні енергійно підігрівають вугільним пилом, що спалюється до температури інтенсивного протікання реакції (1100°С). Пекти може обертатися у двох протилежних напрямках. Завдяки обертанню здійснюється хороший контакт між сульфідами та окислами свинцю, необхідний для успішної реакційної плавки. Топкові гази проходять котел-утилізатор і фільтруються в фільтрах мішечних.

До кінця плавки її продукти (свинець, шпейза, штейн, шлак) добре поділяються по щільності печі з глибокої ванною і випускаються окремо.

Цинк є важким легкоплавким металом; Тпл = 420 ° С, р = 7,13 кг/дм3. Низька температура кипіння цинку (*кіп = 907 °С) обмежує допустиму температуру металу при плавці всіх сплавів, до яких він входить. Ентальпія цинку при 500 °С (близько 300 кДж/кг) втричі нижча за ентальпію розплавленого алюмінію. Питома електрична опір розплаву цинку 0,35-10~6 Омм.

За низьких температур на повітрі цинк окислюється, утворюючи щільну захисну плівку з Zn03* 3Zn(OH)2. Однак у плавильних печах цинк окислюється за реакціями:
2Zn + 02 = 2ZnO, Zn + H20 = ZnO + H2, Zn + C02 = ZnO + CO.

Для захисту від окислення можна вести плавку в захисній або нейтральній атмосфері, наприклад серед азоту. Однак на практиці в більшості випадків виявляється достатнім не допускати перегріву металу вище за температуру 480 °С, при якій починається інтенсивне окислення і насичення газами цинку. При даній температурі цинк та його сплави не мають помітного впливу на вогнетривку футеровку печі та чавунний або сталевий тигель. Підвищення температури призводить до розчинення заліза тигля у розплаві цинку.

Печі для плавки цинкових сплавів

Враховуючи низьку температуру плавлення та кипіння цинку, плавку цинкових сплавів ведуть зазвичай у печах, що нагріваються шляхом спалювання палива або використання електричного опору та індукції. У дугових печах плавити цинкові сплави не слід, оскільки неминучий локальний перегрів металу поблизу горіння дуги призводить до інтенсивного випаровування та окислення цинку. Індукційні канальні печі застосовуються для плавки цинкових сплавів. На КамАЗі сплав ЦАМ10-5 для лиття під тиском виплавляли у трьох індукційних канальних печах ємністю по 2 т з нейтральним футеруванням. Однак перегрів металу в каналі призводить до нестійкості електричного режиму плавки (так званої цинкової пульсації) і змушує обмежувати потужність, що передається в піч.

Технологія плавки

Основну частину шихти зазвичай складають сплави цинкові ливарні в чушках, своє повернення і брухт цинкових сплавів. Як покривні флюси використовують суміш хлоридів кальцію, калію і натрію, хлористий амоній або кріоліт. Для підшихтування використовують первинний алюміній в чушках, катодну мідь і металевий магній. Усі компоненти шихти мають бути очищені від олій, вологи та інших включень. Плавку ведуть, не допускаючи перегрівання ванни вище 480 °С. За результатами експрес-аналізу проводять коригування хімічного складу.
Для введення магнію використовують сталевий дзвіночок. При отриманні заданого хімічного складу метал перегрівають до 440...450°З переливають у ківш, нагрітий до тієї ж температури. У ковші під витяжною парасолькою проводять рафінування розплаву таблетками комплексного дегазатора «Дегазер», у складі яких 87% гексахлоретану, 12,7% NaCl, 0,3% ультрамарину. Рафінування можна проводити також відстоюванням, продуванням інертними газами та фільтрацією.

2.1. Призначення індукційних канальних печей

Індукційні канальні печі в основному використовуються для плавки кольорових металів (мідь і сплави на мідній основі - латуні, бронзи, нейзильбери, мельхіори, куніалі; цинк; алюміній та їх сплави) і чавуну, а також як міксер для тих же металів. Використання індукційних канальних печей для плавки сталі обмежується через недостатню стійкість футерування.

Наявність в індукційних канальних печах електродинамічного та теплового руху розплавленого металу чи сплаву забезпечує однорідність хімічного складу та рівномірність температури розплавленого металу чи сплаву у ванні печі.

Індукційні канальні печі рекомендується використовувати в тих випадках, коли до металу, що виплавляється, і отриманим з нього виливкам пред'являються високі вимоги, зокрема, щодо мінімальних газонасиченості та неметалевих включень.

Індукційні канальні міксери призначені для перегріву рідкого металу, вирівнювання складу, створення постійних температурних умов лиття та в ряді випадків для дозування та регулювання швидкості лиття в кристалізатори ливарних машин або ливарні форми.

Шихта для індукційних канальних печей повинна готуватися відповідно до заданого складу марки металу або сплаву, що виплавляється, повинна бути сухою і складатися в основному з первинного чистого металу.

Застосування канальних печей не рекомендується при використанні забрудненої вторинної шихти, використанні стружки, особливо при виплавці алюмінієвих сплавів, а також при виплавці всіляких лігатур і сплавів на мідній основі, що містять свинець і олово, так як при цьому різко знижується термін служби футерування, печей стає скрутною.

Наведено наступну класифікацію індукційних канальних печей і міксерів.

Пекти ІЛК - шахтного та барабанного типів – призначена для плавки міді та сплавів на мідній основі.

Міксер ІЛКМ призначений для витримки, перегріву та розливання міді та сплавів на мідній основі.

Піч ІАК призначена для плавки алюмінію та його сплавів.

Міксер ІАКР призначений для перегріву, підтримки стабільної температури рідкого алюмінію та заливання його безпосередньо у ливарні форми.

Пекти ІЦК призначена для плавки катодного цинку.

Міксер ІЧКМ - шахтного та барабанного типів - призначений для витримки, перегріву, розливу рідкого чавуну, може працювати в комплекті з вагранками або індукційними печами тигельними, або дуговими печами (дуп- лекс-процесс)2 .

Міксер роздатковий ІЧКР призначений для перегріву, підтримки стабільної температури рідкого чавуну та заливання його безпосередньо в ливарні форми, працює в комплексі з ливарними машинами та ливарними конвеєрами.

Канальні печі можуть працювати самостійно з періодичним розливанням розплавленого металу або сплаву або у складі плавильнороздавальних агрегатів. Наприклад, агрегат ІЛКА-6 складається з печі ІЛК-6 (корисна ємність 6 т, споживана потужність 1264 кВт, напруга 475 В), переливного жолоба та міксера ІЛКМ-6 (корисна ємність 6 т, споживана потужність 500 кВт, напруга 350 В) . Цей агрегат призначений для плавки та напівбезперервного розливання міді та її сплавів у круглі та плоскі зливки. Агрегат ІЛКА-16М2 складається з двох печей ІЛК-16М2 (корисна ємність 16 т, споживана потужність 16 т, споживана потужність 16 т 0 ), призначений для безперервної плавки та розливання високоякісної безкисневої міді на катанку.

До основним перевагаміндукційних канальних печей можна віднести

1. Мінімальний чад (окислення) та випаровування металу, оскільки нагрівання відбувається знизу. До найбільш нагрітої частини розплаву, що знаходиться в каналах, немає доступу повітря, а поверхня металу у ванні має порівняно низьку температуру.

2. Мінімальна витрата енергії на розплавлення, перегрів та витримку металу. Канальна піч має високий електричний ККД завдяки використанню замкнутого магнітопроводу.

У той же час високий і тепловий ККД печі, так як основна маса розплаву знаходиться у ванні, що має товсту теплоізолюючу футеровку.

2 Застосування дуплекс-процесів для плавки у двох різних плавильних агрегатах доцільно при повному використанні переваг кожної печі, таких як енергетичні, теплотехнічні, експлуатаційні, економічні та ін. Наприклад, при плавці у вагранці ККД при розплавленні досягає 60%, а при перегріві лише 5%. В індукційній печі при плавці ККД низький, не більше 30%, а при перегріві високий - близько 60%, отже, з'єднання вагранки з індукційною піччю дає явну перевагу використання теплової енергії. Крім того, в індукційних печах можна отримати метал більш точного хімічного складу та більш стабільну температуру, ніж у вагранках та дугових електропечах.

3. Однорідність хімічного складу металу у ванні завдяки циркуляції розплаву, обумовленої електродинамічними та тепловими зусиллями. Циркуляція сприяє прискоренню процесу плавки.

До основним недолікаміндукційних канальних печей відносяться:

1. Важкі умови роботи футерування каналу - подового каменю. Стійкість цього футерування знижується при підвищенні температури розплаву, при плавці сплавів, що містять хімічно активні компоненти (наприклад, бронзи, що мають у своєму складі олово і свинець). Утруднена плавка у цих печах також низькосортної, забрудненої шихти – внаслідок заростання каналів.

2. Необхідність постійно (навіть при тривалих перервах у роботі) тримати в печі порівняно велику кількість розплавленого металу. Повний злив металу веде до різкого охолодження футерування каналів та її розтріскування. З цієї причини неможливий також швидкий перехід з однієї марки сплаву, що виплавляється на іншу. І тут доводиться проводити ряд баластних перехідних плавок. Поступовим завантаженням нової шихти змінюють склад металу від вихідного до необхідного.

3. Шлак на поверхні ванни має низьку температуру. Це ускладнює проведення необхідних металургійних операцій між металом та шлаком. З цієї ж причини, а також через малу циркуляцію розплаву поблизу поверхні утруднено розплавлення стружки і легкого скрапу.

2.2. Принцип дії індукційної канальної печі

Принцип дії індукційної канальної печі подібний до принципу дії силового трансформатора, що працює в режимі короткого замикання. Однак електричні параметри канальної електропечі та звичайного трансформатора помітно відрізняються. Це викликано різницею їх конструкцій. Конструктивно піч складається (рис. 2.1) з футерованої ванни 2, в якій міститься майже вся маса металу 3, що розплавляється, і що знаходиться під ванною індукційної одиниці.

Ванна повідомляється з плавильним каналом 5, також заповненим розплавом. Розплав у каналі і прилеглій ділянці ванни утворює замкнуте провідне кільце.

Система індуктор - магнітопровід називається пічним трансформато-

Мал. 2.1. Влаштування індукційної канальної печі шахтного типу

Індукційна одиниця поєднує пічний трансформатор та подовий камінь з каналом.

Індуктор є первинною обмоткою трансформатора, а роль вторинного витка виконує розплавлений метал, що заповнює канал і знаходиться в нижній частині ванни.

Струм, що протікає у вторинному ланцюзі, викликає нагрівання розплаву, при цьому майже вся енергія виділяється в каналі, що має малий переріз (в каналі поглинається 90 - 95% підведеної до печі електричної енергії). Метал нагрівається за рахунок тепло- та масообміну між каналом та ванною.

Переміщення металу зумовлене

головним чином електродинамічними зусиллями, що виникають у каналі, і меншою мірою конвекцією, пов'язаною перегріванням металу в каналі по відношенню до ванни. Перегрів обмежується деякою допустимою величиною, що лімітує допустиму потужність в каналі.

Принцип дії канальної печі вимагає постійно замкнутого вторинного ланцюга. Тому допускається лише частковий злив розплавленого металу та дозавантаження відповідної кількості нової шихти. Усі канальні печі працюють із залишковою ємністю, що становить зазвичай 20 – 50 % повної ємності печі та забезпечує постійне заповнення каналу рідким металом. Заморожування металу в каналі не допускається, під час міжплавного простою метал у каналі повинен підтримуватись у розплавленому стані.

Індукційна канальна піч має такі відмінності від силових трансформаторів:

1) вторинна обмотка поєднана з навантаженням і має лише один виток N 2 із відносно малою висотою порівняно з висотою первинної обмотки з числом витків N 1 (рис. 2.2);

2) вторинний виток - канал - знаходиться від індуктора на відносно великій відстані, тому що відокремлений від нього не тільки електричною, а й тепловою ізоляцією (повітряним зазором і футеруванням). У зв'язку з цим магнітні потоки розсіювання індуктора та каналу значно перевищують потоки розсіювання первинної та вторинної обмоток звичайного силового трансформатора тієї ж потужності, тому значення реактивних опорів розсіювання індукційної канальної печі вище, ніж у трансформатора. Це, у свою чергу, призводить до того, що енергетичні показники індукційної канальної печі – це електричний коефіцієнт корисної дії та коефіцієнт потужності – помітно нижчий, ніж у звичайного трансформатора.

R 2 ' , X 2 '

R 1 , X 1

Мал. 2.2. Принципова схема індукційної канальної печі

Основні рівняння (рівняння струмів та рівняння електричного стану) для індукційної канальної печі аналогічні рівнянням трансформатора, що працює в режимі короткого замикання (відсутня напруга

U 2 ):

I & 1 = I & 10 + (− I & 2′);

U & 1 = (− E & 1) + R 1I & 1 + jX 1I & 1;

E 2 ' = R 2 'I & 2 ' + jX 2 'I & 2 '.

Схема заміщення та векторна діаграма індукційної канальної печі наведено на рис. 2.3.

Мал. 2.3. Схема заміщення та векторна діаграма:

U 1 – напруга на індукторі; I 1 - Струм в індукторі; I 10 - Струм холостого ходу в індукторі; I 2 ' - наведений струм у каналі печі; E 1 - ЕРС самоіндукції (наведена основним потоком в обмотці індуктора); E 2 ′ - ЕРС взаємоіндукції (наведена основним потоком у каналі печі); - Параметри індуктора; - Параметри каналу

Інтенсивний рух розплавленого металу з каналів у ванну та у зворотному напрямку має найважливіше значення, оскільки майже все тепло виділяється у каналах. У виникненні циркуляції металу деяку роль грає конвекція, пов'язана з перегрівом металу в каналах, але основним факто-

ром є електродинамічна взаємодія струму в каналі з магнітним потоком розсіювання, що проходить між каналом та індуктором (рис. 2.4).

Мал. 2.4. Схема взаємодії струму каналу з магнітним полем

Електродинамічні сили F r спрямовані від індуктора і до металу в каналі При осьовому напрямку щільності струму в каналі δ z . Створене

ними тиск дорівнює нулю на внутрішній поверхні каналу та максимально на його зовнішній поверхні. Внаслідок цього метал витісняється у ванну з гирла каналу вздовж зовнішньої стінки і всмоктується в канал вздовж його внутрішньої стінки (рис. 2.5, б). Для посилення циркуляції устям каналом надають округлу форму, що забезпечує мінімальний гідравлічний опір.

ня (рис. 2.5, а; 2.6).

У тих випадках, коли необхідно послабити циркуляцію (наприклад, при плавці алюмінію), гирла роблять без розширення, з великим гідравлічним опором.

Наскрізний односпрямований рух металу через канал і ванну замість симетричної циркуляції дозволяє посилити тепло- і масообмін, зменшити перегрів металу в каналах і за рахунок цього збільшити стійкість каменю. Для забезпечення такого руху металу були запропоновані різні технічні рішення: гвинтовий канал з гирлами, що виходять у ванну на

різну висоту, що різко посилює конвекцію; канали змінного перерізу, в яких є не тільки радіальна (обтискаюча), а й осьова складова сил електродинамічної взаємодії струму в каналі з власним магнітним полем; додатковий електромагніт для створення електродинамічної сили, що переміщає метал вгору центральним каналом здвоєної індукційної одиниці.

Застосування гвинтових каналів та каналів змінного перерізу на одноканальних одиницях себе не виправдало. Використання додаткового електромагніту пов'язане з ускладненням та подорожчанням печі і тому знайшло лише обмежене застосування. Використання каналів із гирлами змінного перерізу на здвоєних індукційних одиницях дало позитивний результат. У здвоєній одиниці з різною формою центрального та бічних усть обумовлено односпрямований рух металу, особливо інтенсивний за відсутності фазового зсуву між магнітними потоками індукторів. Такі одиниці застосовуються на практиці і забезпечують подвоєння терміну служби футерування.

2.3. Конструкція індукційних канальних печей

При великій різноманітності типів індукційних канальних печей основні конструктивні вузли є спільними для них усіх: футерування, трансформатор печі, корпус, вентиляційна установка, механізм нахилу

(Рис. 2.7, 2.8).

Мал. 2.7. Індукційна канальна піч для плавки мідних сплавів із трифазною індукційною одиницею (шахтного типу):

1, 2 - футерування; 3 – 5 – трансформатор печі; 6 - 8 - корпус; 9 – кришка; 10 – 11 – вентиляційна установка; 12 – 13 – механізм нахилу

Мал. 2.8. Індукційна канальна піч (барабанного типу):

1- кожух; 2 – механізм повороту; 3 – футерування; 4 – індукційна одиниця; 5- повітряне охолодження футерування канальної частини; 6 – підведення струму та води до індукторів

Трансформатор печі

Схема трансформатора печі, елементами якого є магнітопровід, індуктор, канал, визначається конструкцією печі.

Основними елементами трансформатора є магнітопровід та ін-

Пекти з однією індукційною одиницею має однофазний трансформатор з броньовим магнітопроводом. Широко застосовуються також трансформатори зі стрижневими магнітопроводами. Напруга на первинну обмотку (індуктор) подається від живлення автотрансформатора з великим числом ступенів напруги, що дозволяє регулювати потужність печі. Автотрансформатор включається на лінійну напругу цехової мережі, зазвичай, без симетруючого пристрою, оскільки потужність однофазних печей відносно невелика.

Пекти зі здвоєною індукційною одиницею (рис. 2.9,) являє собою двофазне навантаження, так само, як піч з двома окремими однофазними індукційними одиницями. Індуктори у двофазній системі підключаються до трифазної мережі за схемою відкритого трикутника, якщо це не викликає неприпустимої несиметрії напруги, або за схемою Скотта, що забезпечує рівномірне завантаження трьох фаз. Конструктивно здвоєна одиниця складається із двох трансформаторів стрижневого типу.

Пекти з трифазною індукційною одиницею може мати трифазний трансформатор або три однофазні трансформатори. Останнє краще, незважаючи на велику масу магнітопроводу, оскільки забезпечує більш зручне складання та розбирання, які доводиться періодично проводити при зміні футерування.

Мал. 2.9. Типові уніфіковані відокремлені індукційні одиниці:

а – для печей ІЛК (потужність при плавці міді 300 кВт, при плавці латуні – 350 кВт, у здвоєної одиниці відповідно 600 та 700 кВт); б – для печей ІАК (потужність 400 кВт); в – для печей ІЧКМ (потужність 500 кВт – однофазна одиниця та 1000 кВт – здвоєна одиниця);

1 – кожух; 2 – футерування; 3 – канал; 4 – магнітопровід; 5 – індуктор

Трифазні індукційні одиниці або групи однофазних одиниць, число яких кратно трьом, дозволяють рівномірно завантажити мережу живлення. Живлення багатофазних печей здійснюється через регулювальні автотрансформатори.

Магнітопровід трансформатора печі виготовляється з листової електротехнічної сталі, ярмо виконується знімним через регулярне складання та розбирання.

Форма поперечного перерізу стрижня при невеликій потужності трансформатора – квадратна чи прямокутна, а за значної потужності – хрестоподібна чи ступінчаста.

Індуктор є виконаною з мідного дроту спіральною котушкою. Як правило, котушка індуктора має круглий поперечний переріз. Однак у печах, що мають прямокутний контур плавильного каналу, котушка індуктора може повторювати його форму. Отриманий з електричного розрахунку діаметр індуктора визначає розміри сердечника, що розташовується всередині нього.

Пічний трансформатор працює у важких температурних умовах. Він нагрівається не тільки за рахунок електричних втрат у міді та сталі, як звичайний трансформатор, але й за рахунок теплових втрат через футерування плавильного каналу. Тому завжди застосовується форсоване охолодження пічного трансформатора.

Індуктор канальної печі має примусове повітряне чи водяне охолодження. При повітряному охолодженні індуктор виготовлений із мідного обмотувального дроту прямокутного перерізу, середня щільність струму становить 2,5 - 4 А/мм2. При водяному охолодженні індуктор, виготовлений із профільованої мідної трубки, бажано нерівностінної, з товщиною робочої стінки (звернутої до каналу) 10 – 15 мм; середня щільність струму досягає 20 А/мм2. Індуктор, як правило, виконується одношаровим, у поодиноких випадках – двошаровим. Останній значно складніший конструктивно і має нижчий коефіцієнт потужності.

Номінальна напруга на індукторі не перевищує 1000 В і найчастіше відповідає стандартному напрузі мережі (220, 380 або 500 В). Виткова напруга при малій потужності індукційної одиниці становить 7 - 10 В, а при великій потужності вона зростає до 13 - 20 В. Форма витків індуктора зазвичай кругова, лише у печей для плавки алюмінію, канали яких складаються з прямолінійних відрізків, а сердечник завжди має прямокутне перетин, витки індуктора робляться прямокутними. Індуктор ізолюють кіперною, азбестовою стрічкою або стрічкою зі скловолокна. Між індуктором та сердечником розташований ізолюючий циліндр товщиною 5 – 10 мм із бакеліту або склотекстоліту. Циліндр фіксують на сердечнику за допомогою дерев'яних клинів, що забиваються.

Коли піч не живиться від спеціального силового трансформатора, що регулюється, від декількох крайніх витків індуктора робляться відпаювання. Подаючи напругу живлення на різні відпаювання, можна змінювати коефіцієнт трансформації пічного трансформатора і тим самим керувати величиною потужності, що виділяється в каналі.

Корпус печі

Зазвичай корпус печі складається з каркасу, кожуха ванни та кожуха індукційної одиниці. Кожух ванни у печей малої ємності, а у барабанних печей також і значної потужності, може бути виконаний досить міцним і

жорстким, що дозволяє відмовитись від каркасу. Конструкції та кріплення корпусу повинні бути розраховані на навантаження, що виникають при нахилі печі, щоб забезпечувати необхідну жорсткість у нахиленому положенні.

Каркас виготовляється із сталевих фасонних балок. Цапфи осі нахилу спираються на підшипники змонтовані на опорах, встановлених на фундаменті. Кожух ванни виготовляється з листової сталі завтовшки 6 - 15 мм і забезпечується ребрами жорсткості.

Кожух індукційної одиниці служить для з'єднання подового каменю та пічного трансформатора печі в єдиний конструктивний елемент. Двокамерні печі немає окремого кожуха індукційної одиниці, він становить вони одне ціле з кожухом ванни. Кожух індукційної одиниці охоплює індуктор, тому зменшення втрат на вихрові струми робиться складеним із двох половин з ізолюючою прокладкою з-поміж них. Стяжка проводиться болтами, забезпеченими ізолюючими втулками та шайбами. Так само кожух індукційної одиниці кріпиться до кожуха ванни.

Кожухи індукційних одиниць можуть бути литими чи звареними, часто мають ребра жорсткості. Як матеріал для кожухів краще використовувати немагнітні сплави. Двокамерні печі мають один загальний кожух ванни та індукційної одиниці.

Вентиляційна установка

У печах невеликої ємності, що не мають водяного охолодження, вентиляційна установка служить для відведення тепла від індуктора та поверхні отвору подового каменю, що нагрівається за рахунок теплопровідності від розплавленого металу поблизу каналів. Застосування водоохолоджуваного індуктора не звільняє від необхідності вентилювати проріз подового каменю, щоб уникнути перегріву його поверхні. Хоча сучасні знімні індукційні одиниці мають не тільки водоохолоджувані індуктори, а й водяне охолодження кожухів і отворів подового каменю (в отвір вставляється в

доохолоджуваний кесон),Вентиляційна установка є обов'язковим елементом обладнання канальної печі.

Вентилятори із приводними двигунами часто встановлюються на каркасі печі. При цьому вентилятор з'єднується з коробом, що розподіляє повітря по вентильованих прорізах, коротким жорстким повітроводом. Маса вентиляційної установки може бути значною, що призводить до суттєвого збільшення навантаження на механізм нахилу печі. Тому застосовується й інше компонування, при якому вентилятори встановлюються поруч із піччю та з'єднуються з нею гнучкими рукавами, що забезпечують можливість нахилу. Замість гнучких рукавів може використовуватися повітропровід, що складається з двох жорстких ділянок, що зчленовуються за допомогою поворотного стику на продовженні осі нахилу, що дозволяє здійснювати перекидання печі. При такому компонуванні зменшується навантаження на механізм нахилу, але ускладнюється конструкція повітроводів і захаращується простір навколо печі.

Печі зі знімними індукційними одиницями обладнуються індивідуальними вентиляторами для охолодження кожної одиниці. Вихід із ладу вентилятора може призвести до аварії печі. Тому вентиляційна установка повинна мати резервний вентилятор, готовий до негайного включення та відокремлений від повітропроводу засувкою. Винятком є ​​печі з індивідуальними вентиляторами на індукційних одиницях. Індивідуальні вентилятори мають невеликі габарити та масу і у разі виходу з ладу можуть бути дуже швидко замінені, тому встановлювати резервні вентилятори на піч не потрібно.

Печі зі знімними індукційними одиницями обладнуються індивідуальними вентиляторами для охолодження кожної одиниці.

Механізм нахилу

Канальні печі малої ємності (до 150-200 кг) зазвичай забезпечуються механізмом нахилу з ручним приводом, вісь нахилу проходить поблизу центру ваги печі.

Великі печі обладнуються механізмами нахилу із гідравлічним приводом. Вісь нахилу розташовується біля зливного шкарпетки.

Нахил барабанних печей здійснюється шляхом повороту навколо осі, паралельної поздовжньої осі ванни. При вертикальному положенні печі літковий отвір знаходиться вище за рівень рідкого металу, при повороті печі на катках воно виявляється під дзеркалом ванни. Положення льотки щодо ковша в процесі зливу металу не змінюється, оскільки льотка розташовується в центрі опорного диска на осі повороту.

Механізм нахилу будь-якого типу має забезпечувати злив всього металу з печі.

2.4. Футерування індукційних канальних печей

Футерування канальної печі є одним з основних та відповідальних елементів, від якого залежать багато техніко-економічних показників, продуктивність та надійність її роботи. До футерування ванни печі та індукційним одиницям (подовому каменю) висуваються різні вимоги. Футерування ванни повинно мати високу стійкість і тривалий термін служби, так як вартість футерувальних матеріалів висока, а час, необхідний для її заміни та сушіння, може становити кілька тижнів. Крім того, футерування ванни печі повинно мати хороші теплоізоляційні властивості, щоб підвищити тепловий ККД печі.

Матеріали, що застосовуються для футерування ванни, повинні мати постійність об'єму при випаленні і мати мінімальний температурний коефіцієнт.

ент розширення (т. к. р.) при нагріванні, щоб виключити можливість виникнення небезпечних термічних та механічних напруг.

Вогнетривкий шар футерування ванни повинен протистояти високим термічним, хімічним та механічним навантаженням. Вогнетривкі матеріали, що застосовуються для цієї мети, повинні мати високу щільність, вогнетривкість, шлакостійкість, термічну стійкість і мати високу механічну міцність.

При якісному виконанні футерувальних робіт відповідними вогнетривами стійкість ванни печі для гарячої витримки чавуну досягає двох років, а для плавки мідних сплавів – до трьох років.

Футерування канальної частини печі (подовий камінь) експлуатується ще в більш важких умовах, ніж футерування ванни, оскільки вона працює під великим гідростатичним тиском стовпа металу. Температура металу у каналі вища, ніж у ванні печі. Рух металу, що викликається магнітним потоком, призводить до швидкого механічного зношування вогнетривкого матеріалу в печах для чавуну та мідних сплавів. У каналах печей для плавки алюмінію магнітні поля призводять до нашарування оксидів алюмінію у певній зоні та сприяють заростанню каналів.

Товщина футерування канальної печі (подового каменю) повинна бути мінімально можливою, щоб не погіршувати енергетичних показників печі. Мала товщина іноді призводить до надмірного послаблення механічної міцності футерування і до високих перепадів температури по товщині футерування між зовнішньою та внутрішньою стінками каналу, що викликає утворення тріщин. Температура внутрішніх стінок каналу відповідає температурі перегрітого металу, а зовнішні стінки охолоджуються водоохолоджуваним циліндром або струменем холодного повітря.

Однією з основних причин виходу з ладу футерування є проникнення розплавленого металу з каналу подового каменю на індуктор і кожух по тріщинах у футеруванні. Додатковим фактором утворення тріщин є просочування стінок каналу окислами металу або шлаку, що викликає додаткову напругу. Для футерування подового каменю застосовують кращі вогнетривкі матеріали та найсучаснішу технологію.

Вогнетривкі матеріали, що застосовуються для футерування електричних плавильних печей, за своїм хімічним характером поділяються на кислі, основні.

та нейтральні.

До кислим вогнетривким матеріалам відносяться кремнеземисті набивні

маси з високим вмістом окису кремнію (97 – 99 % SiO2 ), динас, а також шамот, що містить не окис кремнію, що не пов'язаний з глиноземом (Al2 O3< 27 % ).

До основним матеріалам відносяться вогнетриви, які складаються головним чином з оксидів магнію або кальцію (магнезитові, магнезитохромітові, периклазошпінелідні, періклазові та доломітові вогнетриви).

До нейтральним вогнетривким матеріалам відносяться такі вогнетриви, для яких характерний переважний вміст амфотерних оксидів алюмінію, цирконію, а також окису хрому (корундові, мулітові, хромітові, цирконові та бакорові вогнетриви).

У футеровках індукційних канальних печей вогнетривкі матеріали перш за все повинні мати вогнетривкість, що перевищує температуру розплавленого металу, так як при температурах, що наближаються до температури вогнетривкості, ці матеріали починають розм'якшуватися і втрачати будівельну міцність. Якість вогнетривких матеріалів оцінюють також за здатністю протистояти навантаженню при високих температурах.

Вогнетривке футерування найчастіше руйнується в результаті хімічної взаємодії зі шлаками і металом, що розплавляються в печі. Ступінь руйнування її залежить від хімічного складу металу, що впливає на футерування, його температури, а також від хімічного складу футерування та її пористості.

При дії високих температур більша частина вогнетривів зменшується в обсязі через додаткове спікання та ущільнення. Деякі вогнетривкі матеріали (кварцит, динас тощо) збільшуються обсягом. Надмірна зміна в обсязі може викликати розтріскування, спучування і навіть руйнування футерування, тому вогнетривкі матеріали повинні мати постійність обсягу при робочих температурах.

Зміна температур при розігріванні і особливо при охолодженні печей викликає розтріскування вогнетривкого матеріалу через його недостатню термостійкість, яка є одним з найважливіших факторів, що визначають термін служби футерування індукційних печей.

У на практиці рідко зустрічається ізольований вплив лише одного з перерахованих руйнівних факторів.

У В даний час немає поки вогнетривких матеріалів, що поєднують у собі всі робочі властивості, необхідні для стійкої служби футерування в індукційних плавильних печах. Кожен вид вогнетривкого матеріалу характеризується властивими лише йому властивостями, виходячи з яких визначається область його раціонального застосування.

Для правильного вибору та ефективного використання вогнетривкого матеріалу в конкретних печах необхідно детально знати, з одного боку, всі найважливіші властивості матеріалу, а з іншого – умови служби футерування.

Згідно з класифікацією всі вогнетривкі вироби поділяються ще за такими ознаками:

1) за ступенем вогнетривкості - на вогнетривкі (від 1580 до 1770°С), високовогнетривкі (від 1770 до 2000°С) та вищої вогнетривкості (вище

2000 ° С);

2) за формою, розмірами – на нормальну цеглу «прямої» та «клинової», фасонні вироби прості, складні, особливо складні, великоблочні та монолітні вогнетривкі бетони, які одночасно є безвипаловими вогнетривами;

3) за способом виготовлення – на вироби, отримані пластичним формуванням (пресуванням), напівсухим пресуванням, трамбуванням із порошкоподібних непластичних сухих та напівсухих мас, литтям із шліку.

ра та розплаву, вібруванням з вогнетривких бетонів, випилюванням з плавлених блоків та гірських порід;

4) за характером термічної обробки – на безвипалювальні, обпалені та відлиті з розплаву;

5) за характером їх пористості (щільності) – особливо щільні, спеклі з

пористістю менше 3%, високощільні з пористістю 3-10%, щільні з пористістю 10-20%, звичайні з пористістю 20-30%, легковагі, теплоізоляційні з пористістю 45-85%.

2.5. Особливості канальних печей для плавки різних металів

Печі для плавки міді та її сплавів

Температура розливання міді 1230 o З , і щоб перегрів металу не призвів до істотного скорочення терміну служби подового каменю, питома потужність

ність у каналах не повинна перевищувати 50 10 6 Вт/м 3 .

Для латуні температура розливу становить приблизно 1050 o С, а питома потужність у каналах не перевищує (50 - 60) 106 Вт/м 3 . За більшої

питомої потужності виникає так звана цинкова пульсація, яка перебуває у перериванні струму в каналах. Цинк, чия температура плавлення менша за температуру плавлення латуні, при плавці латуні закипає в каналах. Його пари у вигляді бульбашок піднімаються до усть каналів, де, стикаючись з більш холодним металом, конденсуються. Наявність бульбашок призводить до звуження перерізу каналу, а отже, до зростання щільності струму в ньому та збільшення сил електродинамічного обтиснення металу в каналі магнітним полем власного струму. При питомій потужності вище зазначеної відбувається інтенсивне кипіння цинку, робочий переріз істотно скорочується, електродинамічний тиск перевершує гідростатичний тиск стовпа металу над каналом, внаслідок чого метал виявляється перетиснутим, і струм припиняється. Після розриву струму електродинамічні сили зникають, бульбашки спливають, після чого проходження струму відновлюється, розриви струму відбуваються 2 – 3 рази на секунду, порушуючи нормальну роботу печі.

При питомій потужності, меншій від зазначеної, цинкова пульсація починає-

ється при прогріванні всієї ванни до температури порядку 1000 o С і служить сигналом про готовність латуні до розливання.

Для плавки міді та її сплавів застосовуються шахтні, а при завантаженні понад 3 тонни – барабанні печі та міксери. Коефіцієнт потужності при плавці міді становить приблизно 0,5; при плавці бронз та латунів - 0,7; при плавці мідно-нікелевих сплавів - 0,8.

Печі для плавки алюмінію та його сплавів

Особливості канальних печей для плавки алюмінію та його сплавів (рис. 2.10, 2.11) пов'язані з легкою окислюваністю алюмінію та іншими сво-

ствами металу та його окису. Алюміній має температуру плавлення 658 o З ,

розливу близько 730 o С . Низька щільність рідкого алюмінію робить небажаною інтенсивну циркуляцію розплаву, оскільки неметалеві включення, захоплені на глибину ванни, спливають дуже повільно.

Мал. 2.10. Загальний вид індукційної канальної електропечі ІА-0,5 для плавки алюмінію та алюмінієвих сплавів

(Корисна ємність печі 500 кг, залишкова ємність 250 кг, потужність печі 125 кВт):

1 – кришка з механізмом підйому; 2 – верхній кожух; 3 – нижній кожух; 4 – магнітопровід; 5 – встановлення вентилятора; 6 – плунжер; 7 – підшипники; 8 – водопровід; 9 – індуктор; 10 - футерування

Розплавлений алюміній у печі покривається плівкою твердого окису, який завдяки поверхневому натягу алюмінію утримується на його поверхні, оберігаючи метал від подальшого окислення. Однак, якщо суцільна плівка зламана, то її уламки тонуть і опускаються на дно ванни, потрапляючи в канали. Окис алюмінію хімічно активний, і уламки плівки внаслідок хімічної взаємодії прикріплюються до стінок каналів, зменшуючи їх перетин. У процесі роботи канали «заростають» та їх доводиться періодично очищати.

Мал. 2.11. Змінні індукційні одиниці для плавлення алюмінію

з прямокутними каналами: а – з доступом до вертикальних та горизонтальних каналів;

б - з доступом до вертикальних каналів

Ці властивості алюмінію та його окису змушують працювати з низькою питомою потужністю в каналах. При цьому перегрів металу в каналах зменшується, а температура поверхні підтримується на мінімальному рівні, що послаблює окислення, швидкість якого зростає з підвищенням температури.

При малій питомій потужності зменшується циркуляція металу, що сприяє збереженню окисної плівки та зменшенню кількості неметалевих включень.

Забезпечити безпеку окисної плівки неможливо, оскільки вона руйнується при завантаженні шихти. У період розплавлення зламування плівки відбувається головним чином унаслідок циркуляції металу. Тому в печах для плавки алюмінію вживають заходів для її ослаблення, особливо у верхній частині ванни: зменшують питому потужність в каналах, часто застосовують горизонтальне розташування каналів, а при їх вертикальному розташуванні збільшують глибину ванни, перехід з каналу у ванну виконують під прямим кутом, що збільшує гідравлічний опір гирла каналу. Горизонтальне розташування каналів має й ту перевагу, що утруднено попадання уламків плівки в канали, але не виключає його повністю, тому що уламки можуть захоплюватися в канали циркуляцією металу.

Канали печей для плавки алюмінію складаються з прямолінійних ділянок, що дозволяє полегшити їхнє очищення.

Заростання каналу позначається на електричному режимі тоді, коли його розмір стає приблизно рівним глибині проникнення струму в метал, яка для розплавленого алюмінію при частоті 50 Гц дорівнює 3,5 см. Тому щоб очищення каналів проводити рідше, приймають радіальний розмір каналу 6 - 10 см Для горизонтальної ділянки, очищати яку особливо важко, приймають радіальний розмір каналу цієї ділянки приблизно (1,3 – 1,5) d 2 . Вертикальні ділянки очищають приблизно один раз на зміну, го-

ризонтальні – один раз на добу.

Поряд із застосуванням печей інших конструктивних типів застосовують двокамерні печі. Вона може бути однофазною з двома каналами, що з'єднують ванни, або трифазною з чотирма каналами. У стінках ванн по осях каналів роблять отвори для чищення каналів, що закриваються глиняними пробками. Чищення проводиться після зливу металу.

Коефіцієнт потужності через великий переріз каналів низький, він становить 0,3 - 0,4.

Печі для плавки цинку

У канальних печах переплавляється катодний цинк високої чистоти, що не потребує рафінування. Розплавлений цинк, володіючи високою рідиною, вступає в з'єднання з футерувальними матеріалами. Оскільки процес просочування футерування цинком прискорюється зі збільшенням гідростатичного тиску металу, печі для плавки цинку мають прямокутну ванну невеликої глибини та індукційні одиниці з горизонтальними каналами.

(Рис. 2.12) ..

Мал. 2.12. Індукційна канальна піч типу ІЦ-40 ємністю 40 т для плавки цинку:

1 – плавильна камера; 2 – роздавальна камера; 3 – індукційна одиниця; 4 - завантажувальний рольганг

Ванна поділяється на плавильну та розливну камери внутрішньою перегородкою, в нижній частині якої є вікно. Чистий метал перетікає через вікно в розливальну камеру, домішки та забруднення, що знаходяться на поверхні, залишаються в плавильній камері. Печі обладнуються завантажувальними та розливними пристроями та працюють у безперервному режимі: катодний цинк завантажується в плавильну камеру через отвір у склепінь, а переплавлений метал розливається у виливниці. Розлив може здійснюватися вичерпуванням металу ковшем, випуском його через клапан або викачуванням насосом. Завантажувальні та розвантажувальні пристрої мають конструкцію, що запобігає попаданню парів цинку в цех, і забезпечують потужну витяжну вентиляцію.

Печі із застосуванням знімних індукційних одиниць виконуються хитними, а з незнімними – стаціонарними. Нахил використовується для заміни індукційної одиниці без зливу металу.

Коефіцієнт потужності печей для цинку дорівнює 0,5 - 0,6.

Печі для плавки чавуну

Канальні печі використовуються для плавки чавуну як міксери в дуплекс-процесі з вагранками, дуговими та індукційними печами тигельними, дозволяючи підвищити температуру, здійснити легування і забезпечити однорідність чавуну перед розливом. Коефіцієнт потужності печей для плавки чавуну – 0,6 – 0,8.

Печі потужністю до 16 т – шахтні з однією або двома знімними одиницями, печі більшої ємності – шахтні та барабанні, з числом знімних одиниць від однієї до чотирьох.

Існують спеціальні канальні роздаткові міксери для обслуговування ливарних конвеєрів. Видача дозованої порції з такого міксера проводиться або за допомогою нахилу печі або витісненням металу шляхом подачі стиснутого газу в герметизовану піч.

Канальні міксери для чавуну мають сифонні системи заливки та вершки металу; заливний та випускний канали виходять у ванну біля її дна, нижче за дзеркало розплаву. Завдяки цьому метал не забруднюється шлаком. Заливка та злив металу можуть відбуватися одночасно.

2.6. Експлуатація індукційних канальних печей

Шихта канальних печей складається з чистих вихідних матеріалів, відходів виробництва та лігатур (проміжних сплавів). У піч завантажуються спочатку тугоплавкі компоненти шихти, потім складові основну масу сплаву і останніми легкоплавкі. У процесі розплавлення шихту

слід періодично осаджувати, щоб уникнути зварювання шматків та утворення моста над розплавленим металом.

При плавленні алюмінію та його сплавів шихтові матеріали повинні бути очищені від неметалевих забруднень, оскільки через малу щільність алюмінію вони видаляються з розплаву з великими труднощами. Так як прихована теплота плавлення алюмінію велика, то при завантаженні в піч великої кількості шихти метал може затвердіти каналах; тому шихту завантажують невеликими партіями. Напруга на індукторі на початку плавки має бути знижена; у міру накопичення рідкого металу напруга підвищують, стежачи за тим, щоб ванна залишалася спокійною та окисна плівка на її поверхні не зламувалась.

При тимчасових зупинках канальна піч переводиться в режим холостого ходу, коли в ній залишають таку кількість металу, яка забезпечує заповнення каналів і збереження в кожному з них замкнене кільце металу. Цей залишок металу підтримується у рідкому стані. Потужність у такому режимі становить 10 – 15 % номінальної потужності печі.

При тривалій зупинці печі весь метал з неї повинен бути злитий, тому що при застиганні та подальшому охолодженні відбувається розрив його в каналах внаслідок стиснення, після чого пуск печі стає неможливим. Для пуску випорожненої печі в неї заливають розплавлений метал, причому ванна і подовий камінь повинні бути попередньо розігріті до температури, близької до температури розплаву, щоб уникнути розтріскування футерування і застигання металу в каналах. Розігрів футерування є тривалим процесом, оскільки швидкість його не повинна перевищувати кілька градусів на годину.

Перехід до нового складу сплаву можливий лише за умови, що футерування за своїми температурними характеристиками та хімічними властивостями придатне для нового сплаву. Колишній метал повністю зливається з печі і в неї заливається новий. Якщо колишній сплав не містив компонентів, не допустимих нового сплаву, то придатний метал може бути отриманий при першій плавці. Якщо такі компоненти містилися, то доводиться провести кілька перехідних плавок, після кожної з яких вміст небажаних компонентів, що залишилися в каналах і на стінках ванни при зливі металу, знижується.

Для нормальної експлуатації канальної печі зі знімними індукційними одиницями необхідно мати в резерві повний набір розігрітих одиниць, готових до негайної заміни. Заміна проводиться на гарячій печі з тимчасовим відключенням охолодження одиниці, що замінюється. Тому всі операції із заміни повинні виконуватися швидко, щоб тривалість перерви в подачі охолоджувальної води та повітря не перевищила 10 – 15 хвилин, інакше електрична ізоляція буде зруйнована.

Стан футерування ванни в процесі експлуатації контролюється візуально. Контроль недоступних для огляду каналів здійснюється непрямим методом шляхом реєстрації активного та реактивного опорів кожного індуктора, які визначаються за показаннями кіловатметра та фазометра. Активний опір у першому наближенні назад пропорційно-

нально площі перерізу каналу, а реактивне - пропорційно відстані від каналу до індуктора. Тому при рівномірному розширенні (розмиві) каналу активний та реактивний опір знижуються, а при рівномірному заростанні каналу – збільшуються; при зсуві каналу у бік індуктора реактивний опір зменшується, а при зсуві у бік кожуха – збільшується. За даними вимірювань будуються діаграми та графіки зміни опорів, що дозволяють судити про знос футерування каналів. Про стан футерування канальної печі судять також за температурою кожуха, яку регулярно вимірюють у багатьох контрольних точках. Місцеве підвищення температури кожуха або підвищення температури води в будь-якій галузі системи охолодження свідчить про руйнування футеровки, що почалося.

Футерування індукційних канальних електропечей виконує одночасно функції електричної та теплової ізоляції. Однак при відвороженні (холодна піч) або насиченні електропровідними матеріалами (з розплаву або газового середовища) електричний опір футерування різко падає. Це створює небезпеку ураження струмом.

Внаслідок несправності може виникнути електричний контакт між струмопровідними частинами та іншими металевими частинами електропечі; в результаті такі складальні одиниці, як каркас, з якими в процесі експлуатації стикається персонал, можуть опинитися під напругою.

При експлуатації електропечей, пристроїв і установок електротехнічного обладнання (щитів управління, трансформаторів тощо), що входить до складу, для захисту від ураження струмом застосовують звичайні засоби: заземлення металевих частин (каркасів печей, майданчиків тощо), захисні ізоляційні засоби (рукавиці) , ручки, підставки, помости та інші), блокування, що запобігають відкриванню дверцят до відключення установки, та ін.

Джерелом вибухонебезпечності є водоохолоджувані вузли (кристалізатори, індуктори, кожухи та інші елементи електропечей). При несправності герметичність їх порушується і вода потрапляє у робочий простір печі; під дією високої температури вода інтенсивно випаровується і в герметично закритій печі внаслідок підвищення тиску може статися вибух; у деяких випадках вода розкладається і при попаданні повітря в піч може утворитися гримуча суміш. Такі аварії мають місце при проїданні футерування в індукційних плавильних печах.

До вибуху може призвести скупчення в печі речовин, що легко загоряють (натрій, магній та ін.), що утворилися в ході технологічного процесу, а також волога шихта. Джерелом вибуху може бути дефекти елементів електропечей.

У процесі експлуатації печі необхідно постійно вести спостереження за безперебійною подачею води і повітря, що охолоджує, і їх температурами на виході з систем охолодження. При зниженні тиску води або повітря спрацьовують відповідні реле, відключається енергоживлення несправної індукційної одиниці та подаються світлові та звукові сигнали. У разі зниження тиску у водопідводній магістралі піч переводять на резервне охолодження від пожежного водопроводу або аварійного бака, що забезпечує

самопливне харчування водою систем охолодження печі протягом 0,5 – 1 години. Припинення безперебійної подачі води і повітря, що охолоджує, призводить до аварійної ситуації: обмотка індуктора розплавляється.

Припинення подачі води у водоохолоджувані сорочки кристалізаторів призводить до того, що метал, що переливається з роздавальної коробки кристалізатор, застигає в кристалізаторі, що призводить до виходу з ладу кристалізатора і порушення технологічного процесу.

При припиненні живлення електроенергією метал у печі може застигнути, що є серйозною аварією. Тому в системах електропостачання канальних печей бажано передбачати резервування. Потужність резервного живлення повинна бути достатньою для підтримки металу в печі у розплавленому стані.

Порушення футерування печі (незафіксоване візуально або по приладах) призводить до того, що метал з ванни або канальної частини печі потрапляє на пічний трансформатор, що може призвести до виходу з ладу пічного трансформатора і вибухонебезпечної ситуації.

Вибухобезпечність забезпечують шляхом надійного контролю за перебігом процесу, сигналізацією про порушення режиму, негайним усуненням несправностей, інструктажем персоналу.

2.7. Розташування обладнання ливарної установки

Пічна установка включає в себе канальну піч з механізмом нахилу і ряд елементів обладнання, необхідних для забезпечення її нормальної експлуатації.

Печі порівняно невеликої потужності живляться від шин низької напруги цехової знижувальної підстанції. За наявності кількох печей їх розподіляють по фаз так, щоб по можливості рівномірно завантажити трифазну мережу. Автотрансформатор для регулювання напруги іноді може передбачатися один на кілька печей, у цьому випадку схема комутації повинна дозволяти швидко включити його до ланцюга будь-якої печі. Це можливо, наприклад, при плавці латуні та цинку в ливарних цехах з постійним ритмом роботи, коли зниження напруги може знадобитися при першому пуску будь-якої печі після заміни індукційної одиниці або при випадковому простої для підтримки металу в печі в нагрітому стані.

Печі потужністю понад 1000 кВт зазвичай живляться від мережі 6 (10 ) кВ через індивідуальні силові трансформатори, що понижують, обладнані вбудованими перемикачами ступенів напруги.

Компенсуюча конденсаторна батарея, як правило, входить до складу пічної установки, проте печі, що має невелику потужність і відносно високий коефіцієнт потужності (0,8 і вище), її може і не бути. Еле-

ментами кожної пічної установки є струмопідведення та апаратура захисту та сигналізації, вимірювальна та комутаційна апаратура.

Розташування устаткування пічної установки може бути різним (рис. 2.13). Воно визначається в основному зручністю транспортування рідкого металу, особливо якщо канальна піч працює спільно з іншими плавильними печами і розливними засобами.

Мал. 2.13. Розташування обладнання канальної індукційної печі ІЛК-1,6

Позначка, на якій встановлюється піч, вибирається за умови зручності завантаження або заливки та зливу металу, а також монтажу та зміни індукційних одиниць. Як правило, печі малої ємності встановлюються на рівні підлоги цеху, печі середньої і великої ємності, що нахиляються - на піднесеному робочому майданчику, великі барабанні печі, що мають помости для обслуговування, - теж на рівні підлоги. Опис типів ванн індукційних канальних печей наведено у розділі 3.3.

Конденсаторна батарея розміщується у безпосередній близькості від печі, зазвичай під робочим майданчиком або у підвалі, у приміщенні з примусовою вентиляцією, оскільки конденсатори на частоті 50 Гц мають повітряне охолодження. При відкритті дверей конденсаторного приміщення установка вимикається блокуванням безпеки. Під робочим майданчиком встановлюються також автотрансформатор та маслонапірна установка гідроприводу механізму нахилу.

При живленні печі від окремого силового трансформатора його комірка повинна розташовуватися якомога ближче до печі для зменшення втрат у струмопідводі.

Поблизу печей має бути обладнана ділянка для футерувальних робіт, сушіння та прожарювання індукційних одиниць.

Як приклад на рис.2.13 показана плавильна установка з канальною піччю ємністю 1,6 т для плавки мідних сплавів. Трансформаторна осередок 6, в якій розміщується трансформатор потужністю 1000 кВА з комутаційною апаратурою високої напруги і захистом, зображена штриховими лініями, так як вона може розташовуватися і в іншому місці. На робочому майданчику 7 встановлений щит управління 4, на лицьовій панелі якого знаходяться вимірювальні прилади, сигнальні лампи, кнопки вмикання та відключення нагріву та управління перемиканням ступенів напруги. Управління нахилом печі 8 проводиться з пульта 9, встановленого у місці, зручному для спостереження за зливом металу. Рівень робочого майданчика забезпечує зручність підведення ковша під зливний носик печі. Майданчик 7, що нахиляється разом з піччю, закриває виріз в основний робочий майданчик і дозволяє печі вільно повертатися навколо осі нахилу. Під робочим майданчиком встановлений силовий щит 1 з електроапаратурою та гідравлічний механізм нахилу печі 2; тут же змонтований струмопідведення 3, з'єднаний з піччю гнучкими кабелями. Під робочим майданчиком розташовуються також конденсаторна батарея та маслонапірна установка.

3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ІНДУКЦІЙНОЇ КАНАЛЬНОЇ ПЕЧІ

Існують два основні методи розрахунку індукційних канальних печей. Один із них заснований на теорії поглинання електромагнітних хвиль у металі. Цей метод запропонований А.М.Вайнбергом та викладений у монографії «Індукційні канальні печі». Другий метод ґрунтується на теорії трансформатора, що працює в режимі короткого замикання. Одними з авторів цього методу є С.А.Фардман та І.Ф.Колобнєв. Цей метод знайшов широке застосування як інженерний метод розрахунку індукційних канальних печей

У цьому розділі наводяться послідовність інженерного електричного розрахунку з елементами розрахунку індукційно-канальної печі та приклади розрахунку за окремими етапами.

Схему інженерного розрахунку індукційної канальної печі наведено

ВИБІР ФОРМИ

ВИХІДНІ

ПРО ЦІНКУ

ПЕЧІ. РОЗРАХУНОК КОРИСНОЇ

Виправочні

ПРОДУКТИВНОСТІ

І зливається ємності

РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ

РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ПЕЧІ

ТИПУ І РОЗРАХУНОК

ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКОСТІ

ПОПЕРЕЧНОГО

ІНДУКЦІЙНИХ ОДИН І

ЧИСЛА ФАЗ ПІЧНОГО

ТРАНСФОРМАТОРА

ВИБІР ТИПУ ЕЛЕКТРОПІЙНОГО

ТРАНСФОРМАТОР.

СТРУМУ,

ВИБІР НАПРУГИ ІНДУКТОРА

ГЕОМЕТРИЧНИХ

РОЗМІРІВ

І ЧИСЛА ВІТКОВ

РОЗРАХУНОК ГЕОМЕТРИЧНИХ

І НДУКТОРА.

РОЗМІРІВ І СТРУМУ КАНАЛЬНОЇ

ГЕОМЕТРИЧНИХ

ЧАСТИНИ ІНДУКЦІЙНОЇ

РОЗМІРІВ

МАГНІТОПРОВІД

РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ

ПАРАМЕТРІВ ПЕЧІ

КОРЕКЦІЯ РОЗРАХУНКУ

РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ

КОНДЕНСАТОРНІЙ БАТАРЕЇ,

НЕОБХІДНИЙ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ

РОЗРАХУНОК ОХОЛОДЖЕННЯ

cosϕ

ІНДУКТОРА

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПЕЧІ

Як правило, як вихідні дані для розрахунку приймаються:

Характеристики металу, що розплавляється або сплаву:

температура плавлення та розливання;

щільність у твердому та розплавленому стані;

тепловміст або ентальпія сплаву при температурі розливання (залежність ентальпії від температури показано на рис. 3.1) або теплоємність та прихована теплота плавлення;

питомий опір у твердому та розплавленому стані (залеж-

Симость питомого опору від температури показано на рис. 3.2);

ср

- характеристики печі:

призначення печі;

ємність печі;

продуктивність печі;

тривалість плавки та тривалість завантаження та розливання;

- характеристики мережі живлення:

частота мережі живлення;

напруга мережі або напруга вторинної обмотки електропічного трансформатора, що живить піч.

3.1. Визначення ємності печі

Повна ємність печі G складається з корисної (зливається) ємності G п і залишкової ємності (ємності болота) G б

де k б - Коефіцієнт, що враховує залишкову ємність (масу болота). Цей

коефіцієнт приймають рівним 0,2 - 0,5; причому менші значення - для печей ємністю понад 1 тонну, а більші - для печей ємністю менше 1 тонни.

Корисна ємність (ємність, що зливається)

G п =

де A п - добова продуктивність печі в тоннах (т/добу); m п – число плавок на добу.

Число плавок на добу

m п =

де 1 - тривалість плавки і підігріву рідкого металу в годинах, 2 - тривалість розливу, завантаження, чищення і т.д. у годиннику.

Слід зазначити, що значення продуктивності досить відносно. У довідковій літературі значення продуктивності даються орієнтовно (табл. 3.1).

Тривалість плавки та підігріву рідкого металу (τ 1 ) залежить від фізіо-

ських властивостей (теплоємності та прихованої теплоти плавлення) металів і сплавів, що розплавляються. Підвищення продуктивності пов'язане із зменшенням

величини τ 1 , що веде до підвищення потужності, що підводиться до печі, і впливає на конструкцію печі, тобто. замість однофазної печі необхідно буде розробити.

ти трифазну піч, замість однієї індукційної одиниці необхідно буде використовувати кілька індукційних одиниць і т.д.

З іншого боку, збільшення τ 1 може порушити технологічний про-

цес плавки металу або сплаву, наприклад, легуючі добавки можуть випаруватися до процесу розливання.

Залежно від виду завантажуваної шихти, швидкості виливки, розміру перерізу зливка, що відливається і т.д. величина τ 2 також може змінюватися в до-

вільно широкому діапазоні.

Тому при проведенні розрахунків необхідно величину продуктивності оцінювати з урахуванням як технології плавлення металів або сплавів, так і конструктивних особливостей печі, що розробляється.

Якщо задана корисна ємність печі, то повна ємність визначається за виразом

де мж - щільність металу в рідкому стані, кг м 3 .

У табл. 3.2 наведено значення щільності деяких металів та сплавів.

Перетин ванни печі S оп визначається після розрахунку каналу печі. Висота ванни печі h вп визначається за виразом

V вп

S вп

Місткість, т

Корисна

Потужність, кВт

Виробник-

ність (орієнтовно-

очно), т/добу

Число індукціон-

них одиниць

Число фаз

Коефіцієнт

потужності без ком-

пенсації

Маса печі, загальна

з металом, т

Призначення барабанної печі

Призначення даної обпалювальної печі, що обертається - нагрівання подається матеріалу до максимальної температури 950 °C. Конструкція обладнання заснована на викладених нижче умовах процесу, що протікає у випалювальній печі, що обертається.

Сировина
Матеріал сировини
Швидкість подачі сировини
Вологість сировини
Температура сировини
Питома теплоємність сировини
Об'ємна щільність сировини
пероксид урану (UO 4 . 2H 2 O)
300 кг/год
30 мас. %
16 °C
0,76 кДж/кг К
2,85 г/см³
Продукт
Матеріал продукту
Швидкість подачі продукту
Вологість продукту (волога маса)
Температура продукту:
на розвантажувальній стороні випалювальної печі
на розвантажувальній стороні охолоджувача
Питома теплоємність продукту
Об'ємна щільність матеріалу продукту
Розмір частин
закис-окис урану (U3O8)
174,4 кг/год
≈ 0 мас.%

650 – 850 °C
60 °C
0,76 кДж/кг К
2,0 г/см³
8 – 20 мкм
Потужність потужності печі 206 кВт
Частота обертання барабана
діапазон
нормальна
1-5 об/хв
2,6 об/хв

Матеріал нагрівається в наступних режимах теплопередачі, перерахованих у порядку зростання їхньої значущості:
1. Теплота випромінювання.
2. Теплота від прямого контакту із внутрішньою поверхнею барабана.

Необхідна кількість тепла визначається з урахуванням таких вимог:
1. Тепло для підвищення температури твердих компонентів.
2. Тепло для нагрівання вологого матеріалу, що подається до температури випаровування.
3. Тепло для випарювання вологого матеріалу, що подається.
4. Тепло для підвищення температури струменя повітря.

Опис процесу роботи барабанної печі
Вологий кек (UO 4 . 2H 2 O) поміщають на завантажувальний конвеєр випалювальної печі. Завантажувальна сторона барабана обладнана гвинтовими пластинами і накладкою, що подає, з великою швидкістю відводить матеріал від даної сторони барабана. Відразу після сходу з гвинтових пластин матеріал під дією сили тяжіння стікає вздовж поздовжньої осі барабана. У пічній секції випалювальної печі гідратований пероксид урану (UO 4 . 2H 2 O) підігрівається за допомогою електронагрівальних елементів печі. Електрична піч поділена на три зони температурного контролю, що забезпечує гнучкість температурної характеристики. У перших двох зонах пероксид урану (UO 4 . 2H 2 O) нагрівається поетапно до температури близько 680 °C. У третій зоні температура підвищується приблизно до 880 ° C, причому відбувається перетворення пероксиду урану (UO 4 . 2H 2 O) на закис-окис урану (U3O8).

Жовтий урановий кек (U3O8), що повністю прореагував, подається в охолоджувальну секцію барабана. Тепло відводиться від твердих компонентів, за рахунок високої теплопровідності, через стінку барабана обпалювальної печі і видаляється з охолоджувальною водою, що розбризкується на зовнішню частину барабана. Температура матеріалу зменшується приблизно до 60 °C, потім матеріал подається в розвантажувальний трубопровід, через який під дією сили тяжіння потрапляє до транспортної системи. Через розвантажувальний трубопровід у обертову випалювальну піч подається потужний потік повітря, що проходить через барабан назустріч потоку матеріалу, щоб видалити водяну пару, що утворився на стадії нагрівання процесу. Вологе повітря відводиться із завантажувального трубопроводу за допомогою вентиляції.

Компоненти випалювальної барабанної печі

Барабан обпалювальної печі, що обертається.

Зварні секції барабана мають шви, що розташовуються поперемінно під кутами 90° і 180° один до одного та отримані зварюванням з повним проплавленням основного металу. Бандажі та зубчасті вінці змонтовані на механічно оброблених поверхнях, відокремлених від барабана розпірними елементами, щоб врахувати різницю в радіальному тепловому розширенні. Конструкція барабана враховує будь-які теплові та механічні навантаження і тому забезпечує надійну роботу. На завантажувальній стороні барабана розташовані утримувальні матеріали накладки, що перегороджують зворотний потік матеріалу в трубопровід і гвинтові пластини для подачі матеріалу в нагріті секції.
Відкриті секції барабана на завантажувальній та розвантажувальній стороні обладнані екранами теплового захисту персоналу.

Бандаж
Барабан має два бандажі без зварних швів та стиків із кованої сталі. Кожен бандаж має цілісну прямокутну секцію та зміцнений для збільшення терміну служби.

Опорні колеса
Барабан печі обертається на чотирьох опорних колесах, виготовлених з кованої сталі. Опорні колеса зміцнені для збільшення терміну служби. Колеса встановлені з натягом на високоміцний вал, встановлений між двома підшипниковими опорами, що мають термін служби щонайменше 60000 годин. Основа коліс оснащена натискними гвинтами для горизонтального вирівнювання та регулювання коліс.

Упорні ролики
Установка містить два упорні ролики, що складаються з двох сталевих коліс з ущільненими сферичними роликопідшипниками, термін служби яких становить не менше 60000 годин. Упорні ролики зміцнені для збільшення терміну служби.

Вузол приводу

Барабан розрахований на обертання з частотою 1-5 об/хв при потужності 1,5 кВт від електродвигуна з частотою обертання 1425 об/хв, що працює від трифазної мережі змінного струму напругою 380, частотою 50 Гц і виконаного в герметичному виконанні з повітряним охолодженням. Вал електродвигуна безпосередньо з'єднаний із вхідним валом головного редуктора через гнучку муфту.

Циклоїдний головний редуктор має точне знижувальне передатне відношення 71:1 з одним щаблем зниження. Низькошвидкісний вал редуктора розрахований на необхідний момент та граничні навантаження.

Запобігання деформації барабана випалювальної печі

Для запобігання деформації барабана печі під час збоїв у системі енергопостачання електродвигуна передбачений додатковий дизельний двигун для продовження обертання барабана. Дизельний двигун має регульовану частоту обертання (1500-3000 об/хв) та номінальну потужність на виході 1,5 – 3,8 кВт. Дизельний двигун запускається вручну або електричним стартером постійного струму та безпосередньо з'єднаний з валом електричного двигуна через муфту.

Барабанна випічна піч">

Зубчастий вінець
Зубчастий вінець виконаний із вуглецевої сталі. Кожна зірочка має 96 загартованих зубів, змонтована на барабані та має роз'єм для спрощення демонтажу.

Привідна шестерня
Виготовлена ​​із вуглецевої сталі. Кожна шестерня має 14 загартованих зубів і встановлена ​​на низькошвидкісному валу редуктора.

Привідний ланцюг
Застосовується ланцюг із нахилом для забезпечення обертання барабана випалювальної печі.

Система випалювальної печі

Кожух печі охоплює барабан і виготовлений із вуглецевої сталі. Стіни та підлога кожухів виконані як одна повна секція. Дах печі складається з трьох секцій, по одній на кожну зону нагріву, і може бути знята з метою обслуговування печі або барабана.

Характеристики камери/нагрівальних елементів:

Форсуночний водоохолоджувач
Форсуночний водоохолоджувач – зменшує температуру продукту печі. Корпус охолоджувача виготовлений із вуглецевої сталі з внутрішніми поверхнями, покритими епоксидною смолою (для зменшення дії корозії). Корпус обладнаний двома змонтованими у верхній частині трубопроводами, що мають розпилювальні сопла, впускні і випускні лабіринтні ущільнення, що обертаються, верхнє сопло для випуску пари, нижнє дренажне сопло, бічне перепускне сопло, дверцята для доступу і оглядові отвори. Вода подається в розпилювальні сопла трубопроводом, а випуск здійснюється під дією сили тяжіння через нижній дренажний фланець.

Гвинтовий живильник

Випалювальна піч обладнана гвинтовим завантажувальним конвеєром для подачі в барабан кека пероксиду урану, являє собою шнек, розташований під нульовим кутом до горизонталі, що зазнав чистової обробки.

Термопари випалювальної печі
Передбачені термопари для безперервного контролю температури в зонах печі та температур продукту, що вивантажується.


Вимикачі за нульовою частотою обертання
Випалювальна піч поставляється з двома вимикачами по нульовій частоті обертання, один з яких безперервно контролює обертання барабана, інший обертання завантажувальної гвинтової лінії. Вузли вимикачів за частотою обертання змонтовані на кінцях валів і мають тип дискових генераторів імпульсів, що створюють магнітне магнітне поле, що реєструється вимірювальним пристроєм.