ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ

В 1831 г. английским ученым Майклом Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции, Ленц и Джоуль установили, что прохождение тока по проводнику сопровождается выделением тепла; Леон Фуко подробно исследует частный случай этого явление, а именно, наведение тока в сплошных металлических средах. В середине XIX века англичанин Джеймс Максвелл получил основополагающие уравнения электромагнитного поля, носящие его имя, и построил систему современной электродинамики. В 80-х годах У.Томсон открыл и исследовал поверхностный эффект, заключающийся в том, что переменный ток вытесняется к поверхности проводника.

Промышленное использование электрической энергии для плавки и нагрева металлов и сплавов началось лишь спустя много лет, так как для этого необходимо было соответствующее развитие электротехники, а также энергетического хозяйства.

Выдающуюся роль в развитии этих областей науки сыграли русские ученые и практики: П.Н.Яблочков (1876 г.), И.Ф.Усагин (1882 г.) и М.О.Доливо-Добровольский исследованиями в области трансформаторов, а также работы М.О.Доливо-Добровольского, впервые осуществившего передачу электроэнергии на расстояние.

Первые попытки плавки металлов в индукционных тигельных печах токами высокой частоты относятся к началу XX века.

Русский изобретатель А. Н. Лодыгин за период 1905 - 1907 гг. предложил ряд конструкций индукционных нагревателей и в 1908 г. опубликовал в журнале «Электричество» статью о принципе работы и конструкции индукционной печи без сердечника.

За рубежом в этот же период были взяты патенты на печи высокой частоты (французский патент общества Шнайдер - Крезо, шведский патент О.Цандера, английский патент Гердена и ряд других). Однако в то время печи без сердечника не могли получить практического значе­ния, так как не существовало промышленных источников тока высокой частоты [3,18].

Первые опыты по плавке токами высокой частоты следует отнести к 1912 - 1913 гг., когда акционерное общество «Лоренц» построило печь без сердечника с питанием от дугового генератора, создающего высоко­частотные колебания; сам же колебательный контур представлял собой систему индукционных катушек и конденсаторов. Плавку осуществляли в тигле, помещенном внутри печной катушки, которая была связана с колебательным контуром. В печи плавили цинк, который загружали в количестве всего лишь 20 г. Плавка продолжалась ~ 2 мин.

Опыты были прекращены во время первой мировой войны, и лишь спустя два года, т. е. в 1916 г., американец Нортруп предложил свою схему, в которой для получения токов высокой частоты был при­менен искровой разрядник. В период первой мировой войны индукцион­ный нагрев получил практическое применение в электровакуумной про­мышленности для прогрева деталей радиоламп во время откачки. После окончания первой мировой войны печи без сердечника стали внедрять в промышленность все шире.

В Америке производством печей по схеме Нортрупа занялось акцио­нерное общество Ajax Electrothermic Corporation, основанное в 1920 г.

В Европе, независимо от Нортрупа, в 1920 г. опыты по созданию печи высокой частоты с вращающимся искровым разрядником начал Рибо.

Благодаря стремительному развитию радиотехники появились различные генераторы токов высокой частоты – дуговые, искровые, машинные и с электронными лампами. В результате к началу 30-х годов стоимость энергии тока высокой частоты снизилась до 2-4-кратной стоимости энергии тока промышленной частоты (по данным Г.И.Бабата). Это послужило одним из оснований к широкому внедрению в промышленность печей высокой и повышенной частоты.

К 1937 г. установленная мощность этих печей во всем мире возросла до 100 000 кВт, причем емкость этих печей, измерявшаяся первоначально килограммами, возросла в 1950 г. до 12 т (сталеплавильные заводы Бофорс, Швеция, 1951 г.), а в 1964 - до нескольких десятков тонн (компания Whiting Corp., США, 1964 г.).

Основными источниками получения высокой или повышенной часто­ты для питания электротермических установок для частот до 10 000 Гц в настоящее время служат тиристорные или машинные преобразователи частоты, а для больших частот - ламповые генераторы.

Следует заметить, что одну из первых конструкций индукторного ге­нератора разработал русский электротехник П. Н. Яблочков, получив­ший на нее «привилегию» в 1877 г. В 1882 г. более совершенную конст­рукцию индукторного генератора предложил Алексей Клименко. Особая заслуга в разработке и постройке оригинальных типов отечественных индукционных генераторов принадлежит проф. В. П. Вологдину, кото­рый за 1910 - 1935 гг. создал ряд машин мощностью 0,5 - 600 кВт и час­тотой 1000 - 60000 Гц. Следует отметить, что в области разработки и создания современных отечественных индукционных печей без сер­дечника приоритет принадлежит также В. П. Вологдину и его сотруд­никам.

В 1930 г. В. П. Вологдин начал разработку индукционных плавиль­ных печей без сердечника и к началу 1932 г. построил печи, рассчитан­ные на 10 и 20 кг стали. В том же году эти печи и все электрооборудо­вание к ним (мотор-генераторы, конденсаторы и т.д.) были полностью освоены нашей промышленностью.

Первая отечественная индукционная плавильная печь без сердечни­ка с ламповым генератором была построена в 1937 г. также В. П. Вологдиным.

Большой интерес представляет зарубежный опыт в области проектирования установок и эксплуатации индукционных печей, накопленный одной из крупнейших мировых фирм Brown Bovery und Cie Aktiengesellschaft и отраженный в книге К.Брокмайера «Индукционные плавильные печи».

На рис. 1.2, 1.3 представлены фотографии первых промышленных вариантов индукционной тигельной печи: элементов конструкции и тигельная печь промышленной частоты [20].

Значительный вклад в развитие теории и практики индукционного нагрева внесен отечественными учеными В.П.Вологдиным, Г.И.Бабатом, М.Г.Лозинским, А.Е.Слухоцким, А.В.Донским, К.З.Шепеляковским, А.М.Вайнбергом, С.А.Фарбманом, И.Ф.Колобневым и др. [2].

Рис. 1.2. Открытая крышка низкочастотной тигельной индукционной печи	Рис. 1.3. Тигельная печь промышленной частоты в наклонном состоянии для слива чугуна в разливочный ковш

2. ИНДУКЦИОННЫЕ ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ