Курсовая работа: Конструкция и методика расчёта индукционных вакуумных печей

Как уже отмечалось ранее, электромагнитные волны, создавае­мые индуктором, помимо теплогенерации создают в проводящей среде электромагнитные силы, сжимающие и перемешивающие жидкий металл. При достаточной напряженности магнитного поля силы электродинамического давления могут уравновесить силу тяжести данного объема металла, что позволяет плавить и удерживать металл во взвешенном состоянии. Такой способ плавки позволяет исключить взаимодействие расплавляемой металла с футеровкой, получать любую заданную температуру жидкого металла, перемешивать этот объем жидкого металла, плавно спускать его внутри индуктора и регулировать выпуск металла в изложницу или кристаллизировать его во взвешенном состоянии.

Возможные конструкции индуктора, форма жидкого металла и конфигурация магнитного поля представлены на (рисунке 8).

В таком индукторе устойчивость взвешенного состояния жидкого металла обеспечивается в пределах объема 1,5—3,4 дм3.

3.2 Особенности тепловой работы

Технологическое применение установок для плавки во взвешенном состоянии при физико-химических исследованиях металлов часто связано с достижением заданной установившейся температуры Туст: при расплавлении Туст > Тпл, при кристаллизации металла во взвешенном состоянии Туст < Тпл. Любое значение Туст соответствует тепловому равновесию металла, когда энергия теплогенерации в результате индукционного нагрева полностью расходуется на испарение металла и на тепловые потери излучением (в вакууме) или конвекцией (в инертных газах). Однако параметры электромагнитного поля, необходимые для удержания металла во взвешенном состоянии, могут создавать теплогенерацию, не соответствующую тепловому равновесию. В частности, в диапазоне частот 70—440 кГц электромагнитное поле, удерживающее каплю, создает теплогенерацию для металлов:

1) Al, Cu, Ni, Co, Fe излишнюю, т.е. Туст > Тпл и кристаллизацию невозможно осуществить без интенсификации теплоот- вода. Металлы Fe, Ni, Co при удерживающей частоте 70 кГц кристаллизуют при обдувке капли гелием. В некоторых случаях теплогенерацию ослабляют уменьшением массы (объема) капли, если это не снижает стабильности взвешенного состояния;

2). Ti, Zr, Nb, Mo достаточную и ее можно регулировать изменением частоты поля. Металлы Ti и Zr плавят и кристаллизуют в вакууме при частоте 70 кГц, Nb и Мо — при частоте 440 кГц;

3). Та и W недостаточную, т. е. Густ < Тпл и для плавления необходимы дополнительные источники теплогенерации (в вакууме электронный луч или световой луч оптического кванто­вого генератора, в инертных газах — плазменная струя плазматрона косвенного действия).

Общий к. п. д. индукционных установок для плавки во взвешенном состоянии составляет 0,015—0,02.

Заключение

Технико-экономические показатели

Индукционные вакуумные печи по сравнению с открытыми тигельными печами имеют более низкие значения к. п. д. ηэ и ηт. Общий к. п. д. η0 составляет 0,2—0,4, а в печах с «холодным» тиглем 0,05—0,15, что вызывает повышенный удельный расход электроэнергии. Например, при выплавке стали в печах типа ИСВ Wy ≈ 2÷3 кВт ∙ ч/кг.

Строительство индукционных вакуумных печей связано с большими дополнительными капитальными затратами, что в сочетании с высокими расходами по переделу делает вакуумную индукционную плавку достаточно дорогостоящей, целесообразной только для получения металлов и сплавов особо высокого качества.

Список использованных источников

1 Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника – 2 том / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1986 г. – 590 с.

2 Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей – 1 том / Ю. П. Филимонов, В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1986 г. – 477 с.