Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки чугуна производительностью 2,5 т ч (стр. 2 из 5)
Потребное количество песка каждой фракции засыпают в тщательно очищенный смеситель, где песок перемешивается в течении 10–15 мин, затем добавляют борную кислоту в количестве 2–2,5%, и смесь перемешивается еще 10 мин. Приготовленная таким образом масса должна быть сразу использована. В случае приготовления массы впрок смешанные фракции песка упаковывают в мешки и хранят в сухом месте, а борную кислоту вводят перед употреблением массы.
Для футеровки подины (9 на рисунке 1.1) и крышки печи применяется жаропрочный бетон приведенного ниже состава (в кг на м3 бетона).
| Подина | Крышка | |
| Жидкое стекло плотностью 1,36–1,37 | 350 | 300 |
| Кремнефтористый натрий | 18–20 | 18–20 |
| Тонкомолотый магнезит | 500 | 600 |
| Шамот класса А (мелкий) | 550 | – |
| Шамот класса А (крупный) | 800 | – |
| Магнезитовый песок | – | 600 |
| Магнезитовый щебень | – | 1150 |
При заливке подины следует установить контактную шпильку для работы сигнализатора проедания тигля металлом. После просушки бетона подина устанавливается в каркасе печи.
На подину устанавливают индуктор и сжимают его между верхним и нижним рядами прижимов и далее набивают тигель. Форма и внутренние размеры тигля определяются размерами шаблона, размерами индуктора и относительным расположением шаблона и индуктора. Перед набивкой тигля внутреннюю поверхность индуктора выкладывают слоем миканита толщиной 2 мм и асбестовым картоном, а также устанавливают сетку–электрод сигнализатора проедания тигля. На дно подины насыпают слой футеровочной массы толщиной 40–50 мм и уплотняют легкими ударами ручной трамбовки; разрыхлив слегка уплотненную поверхность, насыпают второй и последующие слои. Общая высота дна тигля должна быть выбрана с расчетом перекрытия третьего витка индуктора. В дне при помощи специального шаблона выбирается углубление под шаблон тигля. По окончании набивки пода удаляют с асбестовой прокладки прижимное кольцо и устанавливают шаблон, в который закладывают груз, фиксирующий шаблон, и приступают к набивке стенок тигля.
Закончив набивку тигля, специальными шамотными плитками выкладывают воротник тигля и сливной носик и обмазывают огнеупорным раствором из молотого шамота и огнеупорной глины.
Сушка и спекание футеровки производятся либо пламенем газовой горелки, либо током.
1.2 Характеристика индукционной печи
Таблица 1.1 – Характеристика ИЧТ-2,5
| Наименование параметра | |
| Номинальная емкость печи, т | 2,5 |
| Номинальная емкость печного трансформатора, кВ·ч | 1600 |
| Мощность, потребляемая установкой, кВт | 1480 |
| Число фаз: питающей сети контурной цепи | 3 1 |
| Частота тока, Гц | |
| Номинальное напряжение: питающей сети контурной цепи (индуктор) | 6000 или 10000 1000 |
| Коэффициент мощности: естественный скомпенсированный | 0,179 0,98 |
| Расчетная температура перегрева металла, °С | 1400 |
| Производительность по плавлению и перегреву до 1400°С, т/ч | 2,7 |
| Удельный расход электроэнергии на плавлении и перегрев до 1400°С, кВт·ч/т (3,6 МДж/т) | 546 |
| Мощность, потребляемая при выдержке металла при 1400°С (ориентировочно), кВт | 150 |
| Расход воды на охлаждение,м3/ч | 15,2 |
| Общая масса электропечи с расплавленным металлом, т | 23,5 |
| Общая площадь, занимаемая установкой (ориентировочно), м2 | 120 |
2 Расчет печи
2.1 Определение размеров рабочего пространства печи
Рисунок 2.1 - Эскиз к геометрическому расчету тигельной печи
Полезный объем тигля, занимаемый жидким металлом:
, (2.1)где Vт – полезный объем тигля
G – емкость тигля печи, т
ν – плотность расплава, т/м3
м3.Для печи емкостью 6 т принимаем А = 0,95
Средний (внутренний) диаметр тигля составляет:
; (2.2) 
м.Высота металла в тигле (садка):
h2=
; (2.3) h2=
м.Внутренний диаметр индуктора:
d1=d2
, (2.4)где δф – толщина футеровки,
δиз – толщина изолировки (δиз=0,01м).
δф=0,08
; (2.5)δф=0,08
=0,12 м;d1=1,04+2·0,12+2·0,01=1,3 м.
Средняя толщина стенки тигля 0,105 м.
Высота внутренней полости тигля:
hт=(1,2÷1,4)h2 ; (2.6)
hт=1,3·1,066=1,38 м.
Высота индуктора без учета холостых витков:
h1=h2·k2, (2.7)
где k2 – относительная высота индуктора, которая обычно в тигельных печах имеет значение 1,0÷1,2.
h1 = 1,066·1,1=1.17 м.
2.2 Тепловой расчет печи
Задачей расчета является определение температуры наружной поверхности футеровки, расчет тепловых потерь и теплового к. п. д. печи.
Для выполнения данного расчета необходимы геометрические параметры печи, определенные в предыдущем разделе, а также некоторые данные:
– состав футеровки и тип тепловой изоляции, что обоснованно подбирается с учетом практики эксплуатации индукционных печей, условий технологического процесса и свойств используемых материалов;
– толщина отдельных слоев футеровки и теплоизоляции, что также подбирается с учетом практических данных и некоторым результатам предыдущих расчетов:
– теплофизические характеристики отдельных слоев футеровки и теплоизоляции:
– средняя расчетная поверхность теплоотдачи на границах отдельных слоев футеровки и теплоизоляции, что может быть приблизительно рассчитана с учетом основных геометрических параметров печи и толщины отдельных слоев футеровки и теплоизоляции, при этом лучше руководствоваться масштабным рисунком (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 - Эскиз футеровки печи к тепловому расчету
Тепловые потери рассчитывают для установившегося теплового режима при номинальном заполнении тигля расплавом, причем температуру внутренней стенки тигля и крышки принимают равной конечной температуре перегрева расплава Тр. Расчеты тепловых потерь ведут методом последовательных приближений до сходимости значений температур на границах слоев футеровки (в пределах заданной точности расчета). При этом температура на границе наружной поверхности ( i+1)-го слоя футеровки, К:
, (2.8)
где RTi – тепловое сопротивление i-го слоя, К/Вт;
, (2.9)PTi – тепловые потери через соответствующий элемент печи (боковую стенку, крышку и подину), определенные по формулам.
Тепловые потери через боковую стенку тигля, состоящей из двух слоев (футеровка и теплоизоляция), определяется по формуле для расчета теплового потока через многослойную цилиндрическую стенку, Вт:
, (2.10)где Тиз – допустимая температура наружной поверхности тепловой изоляции (на границе с электрической изоляцией индуктора), которую для расчета можно принять ~ 423 К;
λф, λиз – теплопроводность футеровки и теплоизоляции (Вт/м·К) при средней температуре соответствующего слоя;
Тiср
, (2.11)виз – толщина изоляционного слоя из асбеста составляет 0,005÷0,015 м, принимаем для печи емкостью 6 т 0,01.
Тiср= 
К;
λф=1,4+0,660·10-3·Tiср ; (2.12)
λф=1,4+0,660·10-3·1073=2,1;
λиз=0,157+0,221·10-3· Tiср; (2.13)
λиз=0,157+0,221·10-3·1073=0,4;
кВт.Тепловые потери излучением с зеркала ванны, Вт:
, (2.14)