Индукционная плавка металла (стр. 3 из 4)

Емкость, т 0,06 0,4 1,0 6 10 16 25

Мощность, кВт 50 250 500 2500 3000 5000 6000

В последние годы в качестве источников питания все шире применяются тиристорные преобразователи частоты. Промышленность выпускает тиристорные преобразователи мощностью до 3200 кВт с частотой вырабатываемого тока от 0,5 до 10 кГц.

Эти преобразователи обладают по сравнению с машинными генераторами, следующими преимуществами: более высокий электрический к. п. д.; высокая готовность к работе; возможность автоматического поддержания оптимального электрического режима без переключения в силовой цепи (не требуется переключения конденсаторов, что упрощает конструкцию конденсаторной батареи); отсутствие вращающихся частей и бесшумность в работе.

В состав электрооборудования индукционной печи входят также подключаемые к силовой цепи через трансформаторы тока и напряжения электроизмерительные приборы и приборы защиты (от перегрузок по току и напряжению и в случае отключения охлаждающей воды). Крупные индукционные печи снабжены автоматическим регулятором, который поддерживает оптимальный электрический режим путем взаимосвязанного регулирования коэффициента мощности, напряжения и силы тока. Основные параметры работы электрооборудования (мощность генератора, емкость конденсаторов, требуемая частота тока и другие) определяют расчетом исходя из заданных емкости печи, длительности плавления, температуры жидкого металла.

Индукционные печи промышленной частоты

Футеровка и индуктор печей промышленной частоты такие же, как у печей повышенной частоты. В схеме электропитания отсутствует генератор тока повышенной частоты; печь включается в сеть через ступенчатый понижающий трансформатор с вторичным напряжением от 100 до 1000 В. Ввиду отсутствия преобразователя частоты для этих печей характерен меньший (на 5—10 %) удельный расход электроэнергии и более высокий коэффициент мощности.

Однако при низкой частоте питающего тока (50 Гц) у этих печей интенсивность электродинамического перемешивания металла значительно выше, чем в печах повышенной частоты. Чтобы избежать чрезмерной циркуляции металла, печи промышленной частоты рассчитывают на меньшую удельную мощность, чем печи повышенной частоты; такой мощности недостаточно для быстрого расплавления стальной шихты. Поэтому печи промышленной частоты обычно используют для плавки металлов с более низкой температурой плавления (чугуна, цветных металлов). Мощность печи емкостью 1 т составляет 360 кВ-А, емкостью 25 т — 4800 кВ-А.

Технология плавки

Плавку в индукционных печах обычно ведут без окисления примесей и не ставят задачу удаления фосфора и серы, так как из-за

«холодных» шлаков дефосфорация и десульфурация затруднены.

Стали и сплавы выплавляют либо из легированных отходов (метод переплава), либо из чистого шихтового железа и лома с добавкойферросплавов (метод сплавления).

Выбор установки. В печи с основной футеровкой можно выплавлять сталь любого состава, но стойкость этой футеровки значительно ниже, чем кислой. В печах с кислой футеровкой нельзя выплавлять стали с высоким содержанием марганца, алюминия, титана, циркония, так как окислы марганца, взаимодействуя с кремнеземом футеровки, быстро разрушают ее, а алюминий, титан и цирконий восстанавливают кремний из кремнезема футеровки.

Плавка в печи с основной футеровкой. Продолжительность плавки в индукционной печи очень небольшая, что не позволяет многократно проверить состав металла путем его анализа. Поэтому получение стали с заданным составом базируется на предварительном расчете шихты, для чего необходимы точное знание ее состава и взвешивание. В частности, содержание углерода, серы и фосфора не должно превышать допустимых в выплавляемой стали пределов.

Шихту составляют из мелких и крупных кусков, что обеспечивает плотность ее укладки и сокращение длительности плавления. Наиболее крупные куски укладывают у стенок тигля, где плотность токов максимальная. Тугоплавкие ферросплавы загружают в нижнюю половину тигля.

После включения тока следят за тем, чтобы куски шихты не сваривались в «мосты», препятствующие оседанию плавящихся кусков вниз. Периодически шихту «осаживают» с помощью ломика. По мере оседания шихты догружают ту ее часть, которая не вместилась при завалке. После появления жидкого металла в тигель вводят шлакообразующую смесь из извести, плавикового шпата и магнезита в соотношении 4:1:1. Назначение наводимого шлака — уменьшить насыщение металла газами из атмосферы и окисление легирующих элементов. При плавлении поддерживают максимальную мощность генератора и высокий соs(ф) путем подключения конденсаторов. Длительность плавления изменяется от 30—40 мин на малых печах (емкостью ~50 кг) до 2 ч на крупных.

После расплавления отбирают пробу металла на анализ и сливают плавильный шлак, чтобы предотвратить восстановление из него фосфора, после чего наводят новый шлак, добавляя шлакообразующую смесь того же состава, что и в период плавления. Мощность, подаваемую на индуктор, снижают на 30—40 %. После получения результатов анализа проводят легирование, корректировку состава металла и его раскисление путем введения в тигель соответствующих ферросплавов, после чего металл сливают из тигля в ковш. Иногда при выплавке высококачественных сталей проводят диффузионное раскисление металла. Для этого в шлак вводят раскислительные смеси, состоящие из извести, молотого ферросилиция, порошкообразного алюминия, делая выдержку в течение примерно 30 мин; циркуляция металла в тигле индукционной печи ускоряет раскисление.

Ферросплавы при плавке в индукционной печи присаживают в следующем порядке: феррохром, ферровольфрам и ферромолибден вводят в завалку; ферромарганец, ферросилиций и феррованадий — за 7—10 мин до выпуска; алюминий перед выпуском. При такомпорядке введения угар элементов следующий: вольфрама около 2 %,- хрома, марганца и ванадия — 5—10 %, кремния — 10—15 %, титана25—35

Плавка в печи с кислой футеровкой.

Содержание серы, фосфору и углерода не должно превышать допустимых в выплавляемой стали пределов. При выплавке сталей легированных хромом, вольфраме и молибденом в завалку вводят феррохром, ферровольфрам, ферромолибден. Загрузку шихты и расплавление ведут так же, как и в с основной футеровкой. Шлак во время плавления шихты, наводя; добавками боя стекла, шамота и извести

После расплавления и анализа отбираемой пробы металла проводят легирование (корректировку состава) и раскисление. Ферромарганец, ферросилиций и, если необходимо, феррованадий, вводят в металл на 7—10 мин до выпуска, алюминий непосредственно перед выпуском. Угар марганца составляет 10 %, кремний практически не угорает, угар вольфрама и молибдена около 2 %, хрома 5 %.

Расход электроэнергии при выплавке стали в индукционных составляет 500—700 кВт -ч/т.

Плавка в вакуумных индукционных печах.

Плавка в вакуумных индукционных печах позволяет получать сталь и сплавы с малым содержанием газов, неметаллических включений и примесей цветных металлов, легировать сплав любыми элементами, в том числе обладающими высоким сродством к кислороду без их потерь на окисление .

Устройство печи. Первые печи были периодического действия. После выпуска плавки вакуумную систему отключали и печь открывали для извлечения слитков и загрузки шихтовых материалов. Позже были созданы более совершенные печи полунепрерывного действия. Эти печи позволяют загружать шихту, устанавливать изложницы и извлекать слитки без нарушения вакуума в плавильной камере. Емкость существующих печей достигает 50 т.

Рис. 7.

Схема вакуумной индукционной

печи полунепрерывного действия

На рис. 7 показана схема вакуумной индукционной печи полу; непрерывного действия. Плавильная камера 2 имеет сверху съемную крышку. В камере установлен индуктор с тиглем 3, закрепленный на цапфах; наклон тигля для слива металла производят с помощью привода, расположенного с наружной стороны камеры. В крышке плавильной камеры над тиглем размещена шлюзовая загрузочная камера 8, отделяемая от плавильной вакуумным затвором 6 и закрываемая крышкой 7, что позволяет загружать шихту без нарушения вакуума. В загрузочную камеру ставят бадью с раскрывающимся дном, заполненную шихтой. Закрыв крышку 7, в камере 8 создаювакуум, после чего открывают затвор 6 и шихта из бадьи высыпается в тигель.

Камера изложниц 1 отделена от плавильной камеры и от помещения цеха задвижками 15. Через нее, как через шлюзовое устройство, в плавильную камеру подают изложницы 14, установленные на тележке и после слива в них металла из тигля возвращают обратно.