Определение емкости и расчет магнитопровода индукционной канальной печи

ИКП 7 вариант.cdw

Внутренний размер индуктора
Наружный размер индуктора
Средний размер индуктора
Длина стержня магнитопровода
Длина ярма магнитопровода
Проём подового камня
Внутренний размер канала
Радиальный размер канала
Расстояние между устьями канала
Расстояние между наружными стенками устьев
Осевой размер канала
Осевой размер индуктора
Размер наружной части подового камня
Высота жидкого металла в ванне печи
Высота несливаемой части жидкого металла

7 вариант.doc

[pic]Задание на курсовую работу
№ Полная Металл или сплав
105 Латунь Л63 (63% Сu 37 % Zn)
Задание на курсовую работу ..1
Определение емкости печи ..4
Расчет сечения магнитопровода печного трансформатора индукционной
канальной печи шахтного типа для плавки латуни Л90 13
Расчет геометрических размеров и числа витков индуктора. Расчет
геометрических размеров магнитопровода печного трансформатора .16
Расчет геометрических размеров канальной части индукционной
Расчет электрических параметров индукционное канальной печи. Определение
мощности конденсаторной батареи необходимой
для повышения коэффициента мощности печи .24
Библиографический список
Принцип действия индукционной канальной печи подобен принципу
действия силового трансформатора работающего в режиме короткого замыкания.
Однако электрические параметры канальной электропечи и обычного
трансформатора заметно отличаются. Это вызвано различием их конструкций.
Конструктивно печь состоит (рис. 1) из футерованной ванны 2 в которой
помешается почти вся масса расплавляемого металла 3 и находящейся под
ванной индукционной единицы 4.
Ванна сообщается с плавильным каналом 5 также заполненным расплавом.
Расплав в канале и прилегающем участке ванны образует замкнутое проводящее
Система индуктор - магнитопровод называется печным трансформатором.
Футеровка образующая плавильный канал называется подовым камнем 6 Подовый
камень представляет собой огнеупорный массив с цилиндрическим проемом 7 в
который вставляется индуктор 4 навитый на стержень замкнутого
Индукционная единица объединяет печной трансформатор и подовый камень
Индуктор является первичной обмоткой трансформатора а роль вторичного
витка выполняет расплавленный металл заполняющий канал и находящийся в
Ток протекающий во вторичной цепи вызывает нагрев расплава при этом
почти вся энергия выделяется в канале имеющем малое сечение (в канале
поглощается 90 - 95 % подведенной к печи электрической энергии). Металл
нагревается за счет тепло- и массообмена между каналом и ванной.
Перемещение металла обусловлено
главным образом электродинамическими усилиями возникающими в канале и в
меньшей степени конвекцией связанной с перегревом металла в канале по
Рис. 2.1. Устройство ванне. Перегрев ограничивается
индукционной некоторой допустимой
канальной печи шахтного лимитирующей допускаемую мощность в
Принцип действия канальной печи требует постоянно замкнутой вторичной
цепи. Поэтому допускается лишь частичный слив расплавленного металла и
дозагрузка соответствующего количества новой шихты. Все канальные печи
работают с остаточной емкостью составляющей обычно 20 - 50 % полной
емкости печи и обеспечивающей постоянное заполнение канала жидким металлом.
Замораживание металла в канале не допускается во время межплавочного
простоя металл в канале должен поддерживаться в расплавленном состоянии.
Индукционные канальные печи в основном используются для плавки
цветных металлов (медь и сплавы на медной основе - латуни бронзы
нейзильберы мельхиоры куниали цинк алюминий и их сплавы) и чугуна а
также в качестве миксеров для тех же металлов. Использование индукционных
канальных печей для плавки стали ограничивается из-за недостаточной
стойкости футеровки.
Индукционные канальные миксеры предназначены для перегрева жидкого
металла выравнивания состава создания постоянных температурных условий
литья и в ряде случаев для дозирования и регулирования скорости литья в
кристаллизаторы литейных машин или в литейные формы.
Классификация индукционных канальных печей и миксеров.
Печь ИЛК - шахтного и барабанного типов - предназначена для плавки меди и
сплавов на медной основе.
Миксер ИЛКМ предназначен для выдержки перегрева и разливки меди и сплавов
Печь ИАК предназначена для плавки алюминия и его сплавов.
Миксер ИАКР предназначен для перегрева поддержания стабильной температуры
жидкого алюминия и заливки его непосредственно в литейные формы.
Печь ИЦК предназначена для плавки катодного цинка.
Миксер ИЧКМ - шахтного и барабанного типов - предназначен для выдержки
перегрева разливки жидкого чугуна может работать в комплекте с
вагранками или индукционными тигельными печами или дуговыми печами
Миксер раздаточный ИЧКР предназначен для перегрева поддержания стабильной
температуры жидкого чугуна и заливки его непосредственно в литейные формы
работает в комплексе с литейными машинами и литейными конвейерами.
К основным достоинствам индукционных канальных печей можно отнести:
Минимальный угар (окисление) и испарение металла так как нагрев
происходит снизу. К наиболее нагретой части расплава находящейся в
каналах нет доступа воздуха а поверхность металла в ванне имеет
сравнительно низкую температуру.
Малый расход энергии на расплавление перегрев и выдержку металла.
Канальная печь имеет высокий электрический КПД благодаря использованию
замкнутого магнитопровода.
В то же время высок и тепловой КПД печи так как основная масса расплава
находится в ванне имеющей толстую теплоизолирующую футеровку.
Однородность химического состава металла в ванне благодаря
циркуляции расплава обусловленной электродинамическими и тепловыми
усилиями. Циркуляция способствует также ускорению процесса плавки.
К основным недостаткам индукционных канальных печей относятся:
Тяжелые условия работы футеровки канала - подового камня.
Стойкость этой футеровки снижается при повышении температуры расплава при
плавке сплавов содержащих химически активные компоненты (например бронзы
имеющие в своем составе олово и свинец). Затруднена плавка в этих печах
также низкосортной загрязненной шихты - вследствие зарастания каналов.
Необходимость постоянно (даже при длительных перерывах в работе)
держать в печи сравнительно большое количество расплавленного металла.
Полный слив металла ведет к резкому охлаждению футеровки каналов и к ее
растрескиванию. По этой причине невозможен также быстрый переход с одной
марки выплавляемого сплава на другую. В этом случае приходится проводить
ряд балластных переходных плавок. Постепенной загрузкой новой шихты меняют
состав сплава от исходного до требуемого.
Шлак на поверхности ванны имеет низкую температуру. Это затрудняет
проведение нужных металлургических операций между металлом и шлаком. По
этой же причине а также ввиду малой циркуляции расплава вблизи поверхности
затруднено расплавление стружки и легкого скрапа.
Определение емкости печи.
Характеристики латуни Л63 (63% Cu 37% - Zn)
Температура плавления . tп=9050С
Температура разлива . . tр=10700С
Плотность при t=200C . .[pic]
Плотность в жидком состоянии при t=200C [pic]
Удельное сопротивление в жидком состоянии [pic]
Теплоемкость в диапазоне температур t=20-9050 C C1= 0.1124 [pic]
Теплоемкость в диапазоне температур t=905-10700 C ..C2= 0.1162 [pic]
Скрытая теплота плавления ..[pic]
Энтальпия при температуре t=10700C .[pic]
Принимаем для расчета печь шахтного типа рис.1.
Печь шахтного типа — плавильная камера выполнена в виде вертикального
цилиндра т.е. шахтная печь имеет ванну в форме цилиндрической шахты с
вертикальной осью. Преимущества: простота ремонта и замены футеровки ванны
и удобство механизированной загрузки печи.
1 Определение остаточной емкости (емкости болота) индукционной
Принцип действия канальной печи требует наличия постоянно замкнутой
вторичной цепи. Поэтому все канальные печи работают с остаточной емкостью
составляющей обычно 20 – 50 % полной емкости печи и обеспечивающей
постоянное заполнение канала жидким металлом.
где [pic]- коэффициент учитывающий остаточную емкость (массу болота). Этот
коэффициент принимают равным 02 – 05; причем меньшие значения - для печей
емкостью более 1 тонны а большие - для печей емкостью менее 1 тонны.
2 Определение полезной емкости печи.
[pic] = [pic] + [pic] т.
[pic]= [pic] -[pic]=1.05- 0.21=0.84 т.
3 Определение ориентировочного объема жидкого металла в ванне печи
Значение плотности сплава Л63 в горячем состоянии принято
умж = 7800 кгм3 по данным табл. 1.
4 Определение количества тепла необходимого для нагрева сплава Л63
массой Gn = 0.84т при теплоемкости С1=0.1124 [pic] от начальной
температуры tн = 200С до температуры плавления tплав = 905С0
5 Определение количества тепла необходимого для перевода сплава Л63
массой Gn = 0.84т при температуре плавления tплав = 905С0 в расплавленное
состояние при скрытой теплоте плавления [pic]
6 Определение количества тепла необходимого для доведения сплава
Л63 массой Gn = 0.84т при теплоемкости С2=0.1162[pic] от температуры
плавления tплав = 905С0 до температуры разливки tр = 1070С0
7 Определение количества тепла теоретически необходимого для
расплавления и доведения до температуры разливки сплава массой Gn= 0.84 т.
где [pic] - тепло теоретически необходимое для расплавления и доведения
до температуры разливки G кг сплава [ккал].
[pic] - тепло необходимое для нагрева сплава массой G кг при
теплоемкости [pic] от начальной температуры [pic] до температуры плавления
[pic] - тепло необходимое для перевода сплава массой G кг
при [pic] в расплавленное состояние при скрытой теплоте плавления [pic]
[pic] - тепло необходимое для доведения сплава массой G кг
при теплоемкости [pic] от температуры плавления [pic] до температуры
разливки [pic] ккал.
Характеристики некоторых металлов и сплавов расплавляемых в
индукционных канальных печах
Температура оС Плотность тм3 Удельная теплоемкость в жидком состоянииСкрытая
ккал(кг·град) теплота
Металл или сплав плавлени
плавлеперегревапри 20 оС в жидкомпри при при
ния перед состоянитемператтемператтемперат
разливкой и уре уре уре оС
Общий 060 –075 – 075 – 070 – 060 – 080 – 080 –
КПД печи 072 085 090 080 085 090 086
Число плавок в сутки : [pic]
где [pic] - длительность плавки и подогрева жидкого металла в часах
[pic] - длительность разливки загрузки чистки и т.д. в часах.
Технические характеристики индукционных канальных печей
ИЛК-075 ИЛК-1 ИЛК-16
активная кВт 197.48
Электропечной трансформатор
полная номинальная мощность кВА 400
первичное напряжение кВ 6 или 10
вторичное напряжение В 414-298
Коэффициент мощности
без компенсации 0.797
с компенсацией 0.948
без компенсации А 779.78
с компенсацией А 655.255
Коэффициент полезного действия печи 0.75
Электрический коэффициент
полезного действия 0.971
Тепловой коэффициент
полезного действия 0.772
Библиографический список.
Сарапулов Ф.Н. Введение в специальность «Электротехнологические
установки и системы»: Учебное пособие. Екатеринбург: УХТУ 1997. 92 с.
Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи: Учебное пособие для вузов. 2-
е изд. перераб. и доп. М.: Энергия. 1967. 416 с: ил.
Фарбман С.А. Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и
сплавов. Изд. доп. и перераб. М.: Металлургия. 1968.496 с.
Цыганов В .А. Плавка цветных металлов в индукционных печах. М.:
Металлургия 1974. 24S с: 64 ил.
Башенко В.В. Донской А.В. Соломахин И.М. Электроплавильные печи
цветной металлургии. М.: Металлургия. 1971. 320 с.
Фомин Н.И.. Затуловскнй Л.М. Электрические печи и установки
индукционного нагрева. М.: Металлургия 1979. 247 с.
Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для вузов
А.Е.Слухоцкий. В.С.Немков. Н.А.Павлов. А.В.Бамунэр: Под ред.
А.Е.Слухоцкого. Л.: Энергоиздат. Ленинградское отд-ние. 1981. 328 с.
Индукционные печи для плавки чугуна .Б.П.Платонов А.Д.Акименко.
С.М.Багуцкая и др. М.: Машиностроение 1976. 176 с.
Электротехнологические промышленные установки: Учебник для вузов
И.П.Евтюкова Л.С.Кацевич. Н.М.Некрасова. А.Д.Свенчанский: Под ред.
А.Д.Свенчанского. М.: Энергоиздат. 1982.
Болотов А.В.. Шепель Г.А. Электротехнологические установки: Учебник для
вузов по спец. «Электроснабжение промпредприятий». М.: Высш. Шк. 1988. 336
Яворский Б.М.. Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука 1965. 848
Промышленные цветные металлы и сплавы: Справочник А.П.Смирягин.
Н.А.Смирягнна. А.В.Белова. 3-е изд. доп. и перераб. М.: Металлургия. 1974.
Справочник по обработке цветных металлов и сплавов Под ред.
Л.Е.Миллера. М.: Государственное научно-техн. изд-во литературы по черной и
цветной металлургии 1961. 872 с: ил.
Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности: Учебно-
справочное руководство. 3-е изд.. перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-
мат. лит. 1988. 432 с: ил.
Электрооборудование и автоматика электротермических установок:
Справочник А.П.Альтгаузен И.М.Бершицкнй и др.: Под ред. А.П.Алыгаузена
М.Д.Бершицкого М.Л.Смелянского В.М.Эдемского. М.: Энергия. 1978. 304 с.
Кацевич Л.С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических
цепей: Учебник. М: Энергия. Гл. ред. физ.-мат. лит.. 1977. 304 с: ил.
Электротермическое оборудование: Справочник Под обшей ред.
А.П.Альтгаузена. М.: Энергия 1980. 416 с: ил.
Фарбман С.А. Колобнев И.Ф. Индукционные электропечи для плавки цветных
металлов и сплавов. М: ОНТИ 1933.
Самохвалов Г.В. Черныш Г.И. Электрические печи черной металлургии. М:
Металлургия 1984. 232 с: ил.
Брокмайер К. Индукционные плавильные печи Пер. с нем. Под ред. Шевцова
М.А. и Столова М.Я. М.: Энергия 1972. 304 с: ил.
Caсca B.C. Футеровка индукционных плавильных печей и миксеров. М.:
Энергоатомиздат. 1983.120 с: ил.
Caсca B.C. Футеровка индукционных электропечей. М.: Металлургия. 19S9.
Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник
В.П.Берзан Б.Ю.Геликман М.Н.Гураевский и др.; Под ред. Г.С.Кучинского.
М.: Энергоатомиздат 1987. 656 с: ил.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов
И.П.Копылов Ф.А.Горяинов Б.К.Клоков и др.: Под ред. И.П.Копылова. М.:
Энергия 1980.496 с: ил.
[1] Значение коэффициента полезного действия уточняется после расчета.