Индукционные нагревательные печи
Индукционный нагрев металла для различных целей, начиная с нагрева перед обработкой давлением и кончая термической обработкой сортового проката и отливок является очень перспективным. Выделение тепла внутри самого нагреваемого металла позволяет обеспечить очень высокие скорости нагрева при минимальном образовании слоя оксидов на поверхности, без возникновения значительной разности температур по сечению и, следовательно, без термических напряжений. Возможность нагрева поверхностного слоя металла создает предпосылки для поверхностной термической обработки, которая трудно осуществима при других способах нагрева.
В промышленной практике индукционные установки получили широкое распространение в кузнечном производстве для нагрева заготовок круглого или квадратного сечения диаметром (или стороной квадрата) от 15 до 150 мм до температуры 1200°С. Выпускается серия кузнечных индукционных нагревателей типа ИН, работающих на токе повышенной частоты. Схема рабочего модуля, кз которых собираются эти установки, показана на рис. 156 (без устройств для перемещення заготовок и роликов, устанавливаемых между индукторами для обеспечения транспортировки металла через нагреватель). Заготовки проходят через индукторы, которые представляют собой соленоиды.
Сечение соленоидов в зависимости от сечения нагреваемых заготовок, круглое или прямоугольное. Соленоиды выполняются водоохлаждаемыми из медной трубки. Поверхность трубок защищается надежной электрической изоляцией и соленоиды заливаются в блоки из огнеупорного бетона. Внутри соленоидов устанавливаются водоохлаждаемые направляющие из немагнитной стали для перемещения заготовок с помощью толкателя. Нагревательные установки типа ИН собираются в секции из стандартных модулей, каждый из которых имеет длину индуктора 500 мм. Соединяя секции в группы последовательно и параллельно, получают необходимую производительность и мощность нагревательной установки. Производительность установок типа ИН составляет от 450 (1 модуль) до 10000 кг/ч (20 модулей), При нагреве прутков диаметром 70 – 150 мм индукторы питаются током с частотой 1 кГц, диаметром 35 – 120 мм 2,4 кГц, диаметром 25 – 90 мм 4 кГц, диаметром 15 – 50 мм 10 кГц. Мощность одного модуля составляет 250 кВт.
Для подогрева трубных заготовок в станах теплой прокатки применяются индукционные нагревательные установки типа ОКБ – 958, работающие на токе с частотой 8 кГц. В этих установках трубы диаметром от 32 до 108 мм с толщиной стенок от 1,5 до 12 мм нагреваются до 400°С. В зависимости от диаметра труб производительность составляет от 160 до 1200 кг/ч.
Для нагрева стальных слитков диаметром от 130 до 360 мм и длиной 420 – 700 мм перед ковкой (до температуры 1250°С) предназначены установки серии ИНМ мощностью 1000 – 1300 кВт с производительностью 3 – 3,2 т. Эти установки питаются током промышленной частоты. Слитки перемещаются через три последовательно установленных индуктора с помощью толкателя. Между индукторами предусмотрены промежуточные рольганги с дополнительными толкателями.
Имеется опыт успешной эксплуатации установки индукционного нагрева слябов толщиной 300 мм перед их прокаткой на штрипсовом стане одного из зарубежных заводов.
Нагрев осуществляется в трех последовательно расположенных индукционных камерах. Первая камера предназначена для передачи слябу максимального количества тепла в кратчайшее время и имеет наибольшую мощность, Во второй камере также происходит нагрев сляба, но она позволяет одновременно выдерживать его для получения равномерного прогрева по сечению и ее мощность в два раза меньше. Третья индукционная камера, мощность которой еще в два раза меньше, предназначена для выдержки металла.
В каждой из индукционных камер используется прямоугольная индукционная катушка, окружающая установленный на узкую грань сляб (рис. 157). Передача сляба из одной камеры в другую осуществляется при помощи тележек и индивидуальных подъемных механизмов, вводящих слябы через открытую нижнюю часть в каждую из нагревательных камер. Надежный контроль температуры в индукционной камере достигнут с помощью убирающейся контактной термопары.
Установка индукционного нагрева рассчитана на загрузку холодных, теплых и горячих слябов. Теплые слябы поступают в нагревательные камеры с температурой 200 – 500°С, горячие — с температурой 500 – 700°С. Перед загрузкой слябов в индукционные камеры проверяют качество их поверхности и длину. Слябы поднимают затем на тележки и загружают на подъемный под, укладывая их на ребро. Выдача слябов для прокатки осуществляется из камеры выдержки. Весь комплекс операций от взятия из штабелей слябов, поступающих с машины непрерывного литья, и до выдачи их из установки на рольганг прокатного стана автоматизирован и находится под контролем одного оператора. Питание всех камер индукционного нагрева осуществляется током промышленной частоты через автотрансформаторы. В схеме питания предусмотрены конденсаторные батареи для коррекции cos j, который равен 0,85.
Установка такого типа для индукционного нагрева слябов, состоящая из шести параллельных линий (в каждой линии по три камеры), обеспечивает производительность до 600 т/ч. При количестве горячих слябов 20%, теплых 60% и холодных 20% средний удельный расход электроэнергии составляет 1050 кДж/кг (0,29 кВт×ч/кг), а потери металла с окалиной не выше 0,5 – 0,8% при практическом отсутствии обезуглероживания поверхности. Эти данные позволяют считать индукционный нагрев слябов вполне конкурентоспособным по отношению к нагреву в топливных печах, особенно в тех районах, где доступна дешевая электроэнергия и когда предъявляют повышенные требования к качеству нагрева и потери металла с окалиной жестко регламентируют.
Представляет несомненный интерес и комбинированный нагрев сравнительно тонких заготовок толщиной 70 – 100 мм, особенно из легированных сталей, для которых недопустимо образование окалины на поверхности. В этом случае нагрев до температур, при которых поверхность стали еще не взаимодействует активно с раскаленными продуктами сгорания (до 700 – 750°С), осуществляется в обычных топливных методических печах, а окончательный нагрев до температуры прокатки (1250 – 1300°С), когда поверхность стали подвергается интенсивному окислению и обезуглероживанию, проводится в индукционных нагревателях. Время достижения этой температуры меньше одной минуты. Такая технология нагрева позволяет резко снизить окалинообразование и поверхностное обезуглероживание стали и обеспечивает высокую степень гибкости работы всей системы. В случае снижения темпа работы стана холодные заготовки пропускают только через индукционные нагревательные установки. В этом случае время их нагрева составляет около двух минут.
Индукционные нагреватели, используемые в этой установке, представляют собой простые соленоиды, сквозь которые (по оси) перемещают нагреваемые заготовки. Соленоиды выполняются из медной трубки и охлаждаются протекающей по ней водой. Питание индукторов осуществляется током частотой 3000 Гц от машинного генератора. Для уменьшения тепловых потерь от нагреваемых заготовок в окружающую среду предусматривается футеровка индукторов огнеупорными материалами.
Индукционный нагрев в прокатном производстве находит также применение для промежуточного подогрева на сортовых многоклетьевых станах, где температура заготовки сильно снижается в процессе прокатки. Так, при начальном сечении заготовки 120´120 мм и конечном 36´36 мм установка между клетями стана индукционной нагревательной секции длиной 3 м и индукционной томильной секции длиной 2 м позволяет повысить в процессе прокатки температуру заготовки на 150 – 200°С. Для этой цели требуется мощность индукционной установки около 600 кВт при частоте питающего тока 3000 Гц. Подаваемая мощность зависит от производительности стана. Включение индукционной установки производится автоматически по сигналу от фотоэлемента, установленного после 1-й клети стана. Конструкция индукторов аналогична описанной выше.
Индукционный нагрев получил очень широкое распространение для термической обработки различных деталей и проката, в частности, для поверхностной закалки, для которой он исключительно удобен и эффективен. Так, при производстве рельсов осуществляют поверхностную закалку их головок. Благодаря питанию индуктора током повышенной частоты возникает поверхностный эффект и плотность тока на поверхности металла оказывается выше, чем в середине. В результате нагрев головки рельса происходит неравномерно, и значительная часть мощности выделяется в поверхностном слое металла.
Для непрерывно-последовательной закалки головок рельсов применяют плоский индуктор, изготовляемый из медной трубки прямоугольного сечения и представляющий собой плоскую обмотку (рис. 158). Водоохлаждаемый индуктор, к которому подводится ток высокой частоты от генератора, равномерно перемещают вдоль рельса с помощью электромеханического привода. Ускоренное охлаждение нагретого участка поверхности закаливаемого рельса осуществляется обрызгиванием его водой, подаваемой через специальные отверстия в ребрах индуктора. Такая термообработка рельсов позволяет резко повысить их качество и увеличить срок службы.
Печи сопротивления
Дата добавления: 2015-11-10; просмотров: 3155;