Стандартный медный прямоугольный профиль

Поперечное сечение	А, мм	В, мм	S, мм
			2,0
		2,5
		2,5
		2,5; 4
		2,5; 4
		2,5; 4
		3;4
		3;4
Радиус закругления м, длина трубки не менее 30 м			3;4
		3;4
	30; 40	3;4
		30; 40	3; 4; 5
	40; 30	3; 4; 5
	30; 40	4; 6
		4; 6
		4; 6

Индуктор может быть выполнен с постоянным шагом и с транспозицией, рис. 2.14.

Имеются две основные конструктивные разновидности индукторов тигельных печей: стяжные и с креплением витков шпиль­ками.

Стяжные индукторы применяются преимущественно на круп­ных печах. В таких индукторах витки вплотную прилегают друг к другу и сжимаются в осевом направлении между верхней и ниж­ней стяжными плитами.

Крепление отдельных витков не произво­дится, необходимый зазор между ними обеспечивается за счет межвитковой изоляции. В радиальном направлении витки фиксируются снаружи вертикальными изолирующими брусьями; для этой цели могут быть использованы пакеты магнитопровода, отделенные от индуктора прокладками.

Пример выполнения индуктора описанной конструкции показан на рис. 2.15. Здесь осевая стяжка реализуется с помощью нажимных фланцев и вертикальных стоек.

а б
Рис 2.14. Индуктор: а - с постоянным шагом, б – транспозицией:   1 – индуктор; 2- шпильки для крепления витков индуктора; 3 – магнитопровод; 4 – изоляционная стойка; 5, 6, 7 – изоляция индуктора; 8 – нажимное кольцо; 9 – стягивающая шпилька	Рис. 2.15. Стяжной индуктор:   1 – верхнее нажимное кольцо, 2 – нижнее нажимное кольцо

В индукторах с креплением витков шпильками, выполняемых обычно из латуни, последние при­паиваются твердым припоем к виткам индуктора с наружной сто­роны и выступают радиально, располагаясь один под другим на образующей цилиндрической поверхности индуктора Угловое рас­стояние между шпильками одного витка составляет обычно 120 или 90°; соответственно этому витки индуктора крепятся латунными гайками к трем или четырем прочным изоляционным стойкам (выполненным из текстолита, асбоцемента или твердых пород дерева), ко­торые, в свою очередь, прикрепляются к верхней и нижней кольцевым плитам, образуя жесткую конструкцию.

Витки индукторов такого типа могут не иметь изоляции, поскольку воздушный зазор между ними фиксируется креплением.

На рис. 2.16 показан общий вид индуктора плавильной печи промышленной частоты, каждый виток которого закрепляется с помощью шпилек и вертикальных реек (рис. 2.17).

Необходимая жесткость индуктора может быть обеспечена также заливкой его в компаунд.

Вода, охлаждающая индуктор, должна отводить не только тепло, выделяющееся в нем за счет электрических потерь, но и теп­ловые потери через боковую поверхность тигля. Нередко систему охлаждения индуктора приходится выполнять в виде нескольких параллельных ветвей, чтобы обеспечить требуемый расход охлаж­дающей воды.

Рис. 2.16. Общий вид индуктора с креплением витков шпильками	Рис. 2.17. Фрагмент индуктора с креплением витков шпильками: 1 – шпильки, 2 – вертикальные рейки, 3 – пакеты магнитопроводов

На крупных печах выше индуктора, а иногда также и ниже его располагаются разомкнутые водоохлаждаемые катушки, которые не имеют электрического питания и служат лишь для охлаждения верхней и нижней части стенок тигля.

Корпус печи, соединяющий в единое целое все ее узлы, состоит из неподвижной и наклоняющейся частей. На неподвижной части, называемой станиной или опорной рамой, крепятся подшипники механизма наклона печи. Наклоняющаяся часть корпуса может иметь различное конструктивное решение: в виде каркаса (пово­ротной рамы) или в виде кожуха. Открытые неэкранированные печи емкостью до 0,5 т имеют каркасы из деревянных или асбоцемент­ных брусьев, при большей емкости каркасы печей изготовляют из немагнитных металлов - алюминиевых сплавов, бронзы или не­магнитной стали, причем для уменьшения электрических потерь детали каркаса соединяют между собой через изолирующие про­кладки, чтобы избежать образования замкнутого витка, охваты­вающего индуктор.

Крышка. Печи большой и средней емкости для уменьшения тепловых потерь на излучение оборудуются крышками из немаг­нитной стали, футерованными огнеупором и теплоизоляцией. Открывание крышки при небольшой ее массе производится с помощью ручного привода, а при значительной массе крышка снабжается механизмом с электро- или гидроприводом.

Печи малой емкости обычно не имеют крышки, поскольку боль­шую часть рабочего цикла таких печей составляет период расплавления, во время которого в верхней части тигля находится нерасплавившаяся шихта, поглощающая излучение жидкого металла. В течение непродолжительного времени, когда металл расплавлен полностью, поверхность его покрыта шлаком, имеющим в индук­ционной печи относительно невысокую температуру и играющим роль теплоизоляции.

Контактное устройство. Соединение индуктора с токоподводом, не препятствующее наклону печи, выполняется в виде разъемного контактного устройства или гибким кабелем.

При разъемном соединении в нижней части корпуса печи мон­тируются подвижные контакты, а под печью — неподвижные. Под­вижные контакты представляют собой врубные ножи (рис. 2.12) или нажимные пальцы, а неподвижные - соответственно губки или пружинящие пластины. Контактное устройство с разъемным со­единением работает надежно лишь при водяном охлаждении как подвижных, так и неподвижных контактов.

В современных печах чаще применяется соединение токоподвода с индуктором гибким водоохлаждаемым кабелем. Такое сое­динение более надежно. Недостатком его является увеличение по­терь вследствие того, что кабель представляет собой дополнитель­ный элемент контура.

Механизм наклона. Ось наклона печи располагают вблизи слив­ного носка (летки), чтобы струя расплавленного металла не меняла своего направления в процессе разливки (рис. 2.12). Это исключает необходимость маневрирования ковшом.

У миксеров (копильников) тигель всегда заполнен металлом и при разливке сливается малая его часть. В связи с этим дуга, описываемая сливным носком, невелика, и ось наклона миксера располагают вблизи его центра тяжести, что уменьшает усилие, требуемое для наклона.

Применяются различные конструкции механизмов наклона. Часто печь наклоняют с помощью троса, тянущего за серьгу, при­крепленную к нижней части каркаса. При емкости печи до 100 кг такой механизм может приводиться в действие ручной лебедкой, а при большей емкости используется электрическая лебедка или тельфер (см. рис. 2.12). Послед­нее особенно удобно, так как один тельфер может обслужи­вать несколько печей и исполь­зоваться не только для их опро­кидывания, но и для доставки к ним шихтовых материалов.

Для печей большой емкости широкое распространение получил гидравлический механизм наклона. Применяются также механизмы наклона печей с зубчатой рей­кой, цевочным сектором и др., оборудованные электроприводом [2].

2.4.2. Печи с магнитопроводом

и электромагнитным экраном

Напряженность магнитного поля с внешней стороны магнитопровода или экрана ничтожно мала. Это позволяет изготовлять корпуса печей с магнитопроводом и экраном из углеродистой стали; размеры их могут быть существенно уменьшены.

Печь с магнитопроводом. Примерная конструкция печи приве­дена на рис. 2.18. Пакеты трансформаторной стали, образующие внешний магнитопровод, прижимаются через изолирующие про­кладки к индуктору с помощью нажимных болтов, создавая жесткую конструкцию. Расчет магнитопровода вы­полняется в следующем по­рядке [7]. Магнитный поток индук­тора (в веберах), , (2.6)   где U - напряжение на ин­дукторе, В; - число витков индуктора.   Поток, замыкающийся че­рез магнитопровод, равен   , (2.7)   где - коэффициент, зависящий от соотношения геометрических размеров магнитопровода индуктора (рис. 2.18). Площадь сечения стали магнитопровода , м2. (2.8)

Рис. 2.18. Индукционная тигельная печь с магнитопроводом:   1 – пакеты трансформаторной стали, образующие внешний магнитопровод; 2 – изолирующие прокладки; 3 – индуктор; 4 – нажимные болты. - высота пакета магнитопровода, м; - высота индуктора, м; - внутренний диаметр магнитопровода, м; - внутренний диаметр индуктора, м

Индукцией В для холоднокатаных сталей задаются в пределах 0,9 - 1,4 Тл при частоте 50 Гц и толщине листа 0,35 мм и 0,5 - 1,0 Тл при повышенных частотах и толщине листа 0,2 мм.

Число пакетов магнитопровода выбирают, исходя из разме­ров и конструкции печи.

Площадь сечения стали одного пакета

. (2.9)

Площадь полного сечения одного пакета

, (2.10)

где - коэффициент заполнения пакета сталью, учитывающий межлистовую изоляцию.

Потери в пакете магнитопровода

, Вт, (2.11)

где - высота пакета магнитопровода, м; принимается несколько большей высоты индуктора;

кг/м² - плотность трансфор­маторной стали;

- удельные потери в стали, Вт/кг; зависят от частоты, индукции, толщины листа и сорта стали, приводятся в электротехнических справочниках.

Потери на единицу боковой по­верхности пакета

, (2.12)

где и - ширина и толщина пакета, принимаются конструктивно; .

При естественном воздушном охлаждении пакетов значение не должно превышать 750 Вт/м² во избежание перегрева магнитопровода по сравнению с окружающей средой, большего . Если это условие не удовлетворяется, необходимо развить теплоотдающую поверхность, разбив магнитопровод на большее число пакетов, или снизить индукцию, увеличив сечение стали .

Суммарная мощность потерь в магнитопроводе обычно не превышает 1,5 – 2 % потерь в индукторе. Масса магнитопровода довольно велика; у малых печей она может даже превышать массу садки.

Печь с электромагнитным экраном изображена на рис. 2.19

Печь имеет замкнутый экран (кожух) из металла с низким удель­ным сопротивлением, расположенный между индуктором и кор­пусом. Материалом экрана служит медь, а при больших разме­рах - менее дефицитный алюминий. Толщина экрана должна быть больше, чем полторы глубины проникновения тока в материал. При меньшей толщине напряженность магнитного поля за экраном уменьшится недостаточно. Применение электромагнитных экранов целесообразно лишь при частотах тока выше 50 Гц, так как на частоте 50 Гц толщина, масса и стоимость экрана оказываются чрезмерными.

Рис. 2.19. Индукционная тигельная печь с электромагнитным экраном: 1 - замкнутый экран (кожух); 2 - индуктор; 3 - корпус

2.4.3. Вакуумные печи

Плавка в вакууме применяется для получения особо чистых металлов и сплавов. При вакуумной плавке интенсивно удаляются газы и вредные примеси, содержащиеся в исходных материалах. Кроме того, присаживаемые компоненты почти полностью входят в сплав, а не теряются, как при плавке на' воздухе, за счет образо­вания окисных и нитридных соединений, не растворимых в металле. Вакуумная печь имеет герметичный кожух, присоединяемый к системе откачки воздуха.

По конструктивному исполнению вакуумные индукционные ти­гельные печи можно классифицировать следующим образом [7]:

а) поворотные печи с фиксированной изложницей;

б) поворотные печи с качающейся изложницей;

в) поворотные печи с выносной разливочной камерой;

г) печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха;

д) печи с неподвижными кожухом и тиглем;

е) печи с индуктором, расположенным вне вакуумного про­странства.

Поворотная печь с фиксированной изложницей (рис. 2.20, а) представ­ляет собой герметичный кожух с крышкой 2 и боковой горловиной для присоединения камеры изложницы 7. Фланцы крышки и горловины имеют, как и у вакуумных печей других конструкций, резиновые уплотнения и охлаждаются водой для предохранения резиновых прокладок от перегрева. При сливе металла из тигля 3 в изложницу 8 наклоняется вся печь вместе с кожухом; изложница неподвижна относительно тигля.

Откачка произво­дится через полую ось наклона 5, что избавляет от необходимости устройства гибкого вакуум-провода. Печь снабжена застекленным смотровым окном 6 и ломиком 4, проходящим сквозь вакуумное уплотнение в крышке и позво­ляющим осаживать шихту без нарушения вакуума. Недостатком печи является попадание металла при сливе на боковую стенку изложницы, что приводит к ее размыву, а также ухудшает условия кристаллизации слитка, портит его поверхность и затрудняет извлечение его из изложницы. Для устранения этого недостатка разработаны поворотные печи с качающейся изложницей (рис. 2.20, б). В такой печи изложница, под­вешенная на

Рис. 2.20. Поворотные вакуумные индукционные тигель­ные печи: а – с фиксированной изложницей; б – с качающейся изложницей; в – с выносной разливочной камерой

цапфах, располагается в достаточно просторной камере и при повороте печи занимает вертикальное положение в течение всего времени сливания металла.

По режиму работы обе рассмотренные печи относятся к классу печей периодического действия: при каждом рабочем цикле в печь напускается воздух и крышка печи поднимается. Емкость таких печей не превышает не­скольких сотен килограммов.

Значительно большую емкость – 10 т и более - могут иметь вакуум­ные поворотные печи с выносной разливочной камерой (рис. 2.20, в), по­скольку плавильная камера 1 такой печи при заданной ее емкости имеет ми­нимальные размеры, а в отдельной разливочной камере 2 может распола­гаться на поворотном столе 4 большое число изложниц или форм 3. При раз­ливке поворачивается плавильная камера; сливаемый металл по наклонному желобу 5, проходящему в соединительном патрубке 6, ,попадает в изложницу, находящуюся в разливочной камере.

Печи с выносными разливочными камерами могут быть как периодиче­ского, так и полунепрерывного действия. Последние отличаются сохране­нием вакуума в плавильной камере в течение всей эксплуатации, длитель­ность которой определяется состоянием тигля. Это резко повышает произво­дительность печи за счет исключения операции откачки в каждом рабочем цикле и улучшает качество выплавляемого металла благодаря меньшему количеству адсорбированных печью газов.

Печи полунепрерывного действия с выносной разливочной камерой обо­рудуются механизмом для втягивания желоба 5 в плавильную или разли­вочную камеру и вакуумным затвором, перекрывающим соединительный патрубок 6. Кроме того, они имеют загрузочную камеру, располагающуюся над тиглем и также отделяющуюся от плавильной камеры вакуумным за­твором. Такое устройство позволяет производить загрузку печи и извлечение изложниц из разливочной камеры без нарушения вакуума в плавильной камере.

Вакуумные печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха имеют наибольшее распространение. Их преимущества - возможность за­ливки металла в любое число изложниц или форм, удобство наблюдения за процессом разливки благодаря неподвижности смотровых окон, жесткое крепление системы откачки к кожуху печи без поворотных уплотнений. Печь с неподвижным кожухом и наклоняющимся тиглем периодического действия (рис. 2.21) имеет устройство для осаживания шихты 1 и смотровое окно 2, камера изложниц у нее не отделяется от плавильной камеры.

Печь полунепрерывного действия отличается от нее наличием загрузочной камеры и камеры изложниц, отделяемых вакуумными затворами от плавильной камеры и от цеха.

Вакуумные печи с неподвижным кожухом и тиглем имеют донную раз­ливку металла. Они выполняются небольшой емкости и позволяют получать слитки без неметаллических включений, поскольку шлак и примеси нахо­дятся на поверхности металла. Кроме того, печь с донным сливом имеет ми­нимальные размеры кожуха, а срок службы тигля в такой печи возрастает благодаря отсутствию механических нагрузок, связанных с наклоном. От­верстие в дне тигля запирается внутренним или наружным стопором либо с помощью расплавляющейся пробки.

Достоинство печей с внутренним стопором (рис. 2.22) - возмож­ность свободного истечения металла и выпуска его порциями, а недостатки - необходимость изготовлять шток стопора из материала, обладающего вы­сокой огнеупорностью и химической стойкостью, а также уменьшение полезной емкости тигля и ухудшение условий его загрузки.

Печи с наружным стопором (рис. 2.22, б) лишены этих недостатков, но во избежание утечки металла пробка должна прижиматься к дну тигля с большой силой, а при открывании отверстия — быстро отводиться в сторону, чтобы предотвра­тить разбрызгивание металла и размыв пробки.

Наиболее надежно работают печи с донными стопорами, имеющие гра­фитовые тигли и графитовые пробки.

	б а
Рис. 2.21. Вакуумная индукционная тигельная печь с наклоняющимся тиглем внутри непо­движного кожуха	Рис. 2.22. Вакуумные индукционные ти­гельные печи с неподвижным кожухом и тиглем

Печи с донной разливкой с помощью расплавляющейся пробки, которая изготовляется из того же металла, что и расплавляемый в тигле, имеют уд­линенный сливной носок, оборудованный дополнительным индуктором для расплавления пробки по окончании плавки.

Отдельную группу составляют печи с индуктором, расположенным вне вакуумного пространства (рис. 2.20, б), имеющие обычно донную разливку. В качестве кожухов этих печей, которые должны быть непроводящими и не­магнитными, газонепроницаемыми и термостойкими, используют трубы из кварца или плавленого электрокорунда, уплотненные на торцах сталь­ными крышками. Однако по условиям механической прочности эти трубы не могут быть большого диаметра, вследствие чего печи такого типа не по­лучили широкого распространения.

Помимо указанных выше, современные вакуумные печи имеют различ­ные приспособления, позволяющие без нарушения вакуума производить необходимые технологические операции: бункера для дополнительных пор­ций шихты, дозаторы для введения в тигель в определенном порядке приса­дочных материалов, устройства для измерения температуры жидкого металла термопарой и для взятия его проб, скребки для зачистки тигля после слива металла и др.

Герметичный кожух вакуумной индукционной печи представляет собой металлический замкнутый виток, охватывающий индуктор (исключение со­ставляют печи с индуктором вне вакуумного пространства и неметалличе­ским кожухом). Увеличение диаметра кожуха с целью снижения потерь в нем связано с возрастанием вакуумируемого объема и необходимостью ис­пользования более мощной откачной системы, что нежелательно. Поэтому вакуумные печи даже небольшой емкости часто выполняют с магнитопроводом, что позволяет резко сократить потери в кожухе, не увеличивая его раз­меров. Для вакуумных печей удельные потери с поверхности пакетов магнитопровода не должны превышать 525 Вт/м² при вакууме 2,5 Па и 475 Вт/м² при 0,15 Па. Следует указать, однако, что магнитопровод усложняет конструкцию печи и снижает ее вакуумные свойства, так как стальные па­кеты имеют развитые поверхности, которые адсорбируют газы.

В зависимости от степени разрежения различают низковакуумные печи, работающие при давлении до 10 Па, средневакуумные - от 10 до Па и высоковакуумные, работающие при давлении ниже Па. Большая часть вакуумных индукционных тигельных печей относится к низко- и средневакуумным.

Система откачки печи состоит обычно из двух последовательно соеди­ненных вакуумных насосов: механического, форвакуумного, позволяющего достигнуть давления 1 Па, и диффузионного, создающего более глубокое разрежение, но не могущего работать при выпускном давлении, превышаю­щем 100 - 150 Па.

Для получения некоторых сплавов применяют так называемые вакуумно-компрессионные печи, которые могут работать как при пониженном, так и при повышенном давлении. Использование их целесообразно, например, при необходимости введения в сплав летучих компонентов. В этом случае плавку проводят в вакууме, а в конце процесса создают в печи повышенное давление инертного газа, после чего вводят летучие присадки.