Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

различная частота питающего тока. Связь между частотой и диаме­ тром тигля определяется эмпирическим выражением

2 5 -lO^Pa

(26)

dl

Отсюда видно, что чем больше емкость печи, тем ниже может быть частота тока, и в печах емкостью 6 т и более можно плавить сталь, пользуясь токами промышленной частоты.

Все отмеченные закономерности справедливы не только для расплавленного металла, но и для каждого отдельного куска шихты, если под d 2 понимать диаметр отдельного куска. Поэтому для дости­ жения высокого значения электрического к. п. д. печи необходимо выдерживать определенные соотношения не только между частотой тока и диаметром тигля, но и между частотой тока в индукторе, размерами и формой кусков шихты. Однако при использовании любой шихты куски надо укладывать так, чтобы при этом полу­ чался максимальным объем активного слоя.

В случае плавления магнитной шихты справедливы те же соот­ ношения. Но в начальный период плавки магнитная шихта потреб­ ляет примерно на 40% больше мощности, чем немагнитная. При нагреве магнитной садки (р. >> 1) сильнее выражен и эффект нерав­ номерного распределения плотности тока по сечению [см. урав­ нения (20) и (21)]. Большая потребляемая мощность и более высо­ кая концентрация тепла позволяют нагревать магнитную шихту

сбольшей скоростью, чем немагнитную.

Сповышением температуры шихты ее магнитная проницаемость уменьшается, что приводит и к уменьшению скорости нагрева.

в непрерывном движении. Движение металла вызывается действием ряда электродинамических эффектов, главным образом наличием отталкивающих усилий между проводниками с противоположным направлением токов (индуктором и садкой) и сжимающих усилий между проводниками с одинаковым направлением токов (между токопроводящими слоями садки). Электродинамические силы на­ правлены радиально к оси цилиндра и создаваемое ими давление достигает максимума у оси цилиндра, на середине его высоты.

Под действием электродинамических усилий жидкий металл вытесняется из области с высоким давлением в места с более низким давлением, т. е. вверх и вниз, в результате чего возникает цирку­ ляция металла (рис. 53, а).

Естественное электромагнитное перемешивание металла способ­ ствует выравниванию его температуры и состава по объему ванны, и ускоряет плавку. Но при циркуляции по схеме (рис. 53, а) на по­ верхности ванны образуется выпуклый мениск металла, шлак сте­ кает к стенкам тигля и оголяет поверхность металла. Чтобы пре­ дотвратить это, приходится увеличивать расход шлакообразующих,

107

что отрицательно отражается на технико-экономических показателях работы печи.

Выпуклого мениска не получается, когда уровень металла в тигле находится выше индуктора. В этом случае циркуляция не выходит на поверхность, а вблизи поверхности возникают завихре­ ния, создающие обратный мениск, и поверхность ванны становится почти плоской (рис. 53, б).

Рис. 53. Электродинамиче­ ская циркуляция металла;

а — уровень металла в тигле ниже верхнего витка индук­ тора; б — уровень металла выше индуктора

Для получения плоской поверхности индуктор делают секцион­ ным, и после расплавления металла, когда подводимую мощность можно уменьшить, верхнюю секцию отключают. Уровень металла оказывается выше включенных витков индуктора, и мениск не образуется.

Иногда интенсивность естественного перемешивания металла оказывается недостаточной для получения однородного состава. В этом случае целесообразно на время перемешивания переключить индуктор от источника питания током повышенной частоты к источ­ нику питания током более низкой, например промышленной, частоты. При этом электродинамическое давление возрастает и усиливается циркуляция металла.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Соленоидом является индуктор печи, который относится одно­ временно и к ее механическому оборудованию. Поэтому конструк­

назначения индукционные тигельные печи питают токами различ­ ной частоты— от 500 до 1000000 Гц. Для промышленных печей емкостью от нескольких сот килограммов и до нескольких тонн наиболее часто используют токи частотой 500— 10000 Гц, печи ем­ костью более 6 т могут питаться токами промышленной частоты (50 Гц), а небольшие промышленные и лабораторные печи требуют питания токами весьма большой частоты.

Источниками питания индукционных печей токами высокой частоты служат преобразователи частоты — высокочастотные гене­

108

раторы. В настоящее время пользуются главным образом генера­ торами двух видов — ламповыми и машинными преобразователями.

Генератором высокочастотных колебаний в ламповом преобра­ зователе является колебательный контур, широко используемый также в радиопередающих и принимающих устройствах (рис. 55).

и в контуре появится ток. При прохождении тока через индуктив­ ность в момент его нарастания в ней создается запас энергии, про­ тиводействующий изменению силы тока. После разрядки конденса­ тора этот запас поддерживает ослабевающую силу тока в контуре,

вследствие чего обкладки конденсатора вновь заряжаются, но при этом получают обратную полярность. Конденсатор вновь разря­ жается и в контуре периодически протекает ток одного или проти­ воположного направления.

Частота тока в контуре, т. е. частота собственных колебаний контура, зависит от соотношения активного сопротивления, индук­ тивности и емкости и определяется выражением

<27>

В колебательном контуре величина R много меньше величины L, поэтому последним членом в уравнении (27) можно пренебречь. Тогда

и выделяется в активном сопротивлении.

Чтобы колебания контура превратить в незатухающие, в него необходимо периодически подводить энергию, т. е. подзаряжать контур. Такую подзарядку осуществляют при помощи генератор­ ной лампы — триода, включенной в цепь контура (рис. 56).

109

Цепь в лампе между анодом и катодом замыкается электронами, испускаемыми нагретым катодом. Цепь будет замыкаться лишь в том случае, если на сетке, расположенной между катодом и анодом, потенциал будет положительным. В противном случае эмиттированные катодом электроны будут отбрасываться полем сетки обратно к катоду. Таким образом, управляя потенциалом на сетке, можно регулировать силу тока в цепи лампы и колебательного контура.

Импульсы питающего тока должны быть согласованы по фазе с колебаниями контура. Это обеспечивается тем, что на сетку по­ дается потенциал с частотой собственных колебаний контура. В при­ веденной на рис. 56 схеме для этого служит индуктивность L2, связанная по принципу трансформатора с индуктивностью контура.

Такую связь контура с цепью сетки называют обратной связью, так как через нее одна часть схемы воздей­

В настоящее время выпускают генераторные лампы мощностью до 100 кВт. Если мощность установки требует установки нескольких ламп, то их включают параллельно. Число ламп в установках обычно не превышает четырех.

Срок службы генераторных ламп составляет примерно 1000 ч работы. Коэффициент полезного действия их равен примерно 80%.

М а ш и н н ы е п р е о б р а з о в а т е л и . Для питания ин­ дукционных печей применяют машинные генераторы двух типов: обычные синхронные и индукторные.

Частота тока, вырабатываемого обычным синхронным генера­

центробежных сил. Поэтому такие генераторы используют для получения токов частотой до 1000 Гц. Токи частотой более 1000 Гц (до 10 000 Гц) получают при помощи машинных генераторов индук­ торного типа.

по