Размеров индукционной тигельной печи
Емкость тигля связана с производительностью печи, временем плавки и временем загрузки, разгрузки и вспомогательных операций следующими выражениями:
, (3.13)
, (3.14)
, (3.15)
где - емкость тигля, т;
- суточная производительность, т/сут.;
- сменная производительность, т/см;
- время плавки;
- время разливки, загрузки и вспомогательных операций;
- число смен работы печи в сутки, обычно ,
- относительное значение остаточной емкости
, (3.16)
где - номинальная емкость тигля, т.
Емкость тигля состоит из сливаемой емкости и остаточной емкости (емкости «болота»)
, т, (3.17)
, т. (3.18)
Полезный объем тигля определяется по выражению,
, м3, (3.19)
где - плотность металла или сплава при температуре разливки, т/м3.
Для определения формы тигля и соотношения между высотой загрузки и индуктора (рис. 3.3) следует задаться значениями коэффициентов , и .
Выбор значений коэффициентов , и основывается на технико-экономических факторах. Для удобства ведения металлургического процесса и из условия минимизации тепловых потерь диаметр и глубина загрузки должны быть приблизительно одинаковыми; для повышения же электрического КПД следует увеличивать высоту загрузки, уменьшая диаметр (пока сохраняется достаточно большое отношение радиуса садки к глубине проникновения тока).
Требования к толщине футеровки также противоречивы: с ее увеличением термический КПД печи растет, а электрический падает. Кроме того, толщина футеровки должна быть достаточной для того, чтобы ее механическая прочность обеспечила надежную эксплуатацию тигля. По соображениям механической прочности внутреннюю поверхность тигля делают не цилиндрической, а конической (рис. 3.3) с углом между образующей конуса и осью тигля в пределах ; при этом толщина стенки растет от поверхности металла к дну тигля в соответствии с ростом гидростатического давления. В условиях противоречивых требований целесообразно для выбора коэффициентов и применять экономический критерий.
Значения коэффициента должны лежать в таком диапазоне, чтобы соотношения между диаметром и высотой загрузки были приемлемы с точки зрения удобства ведения плавки. Диапазон значений коэффициента должен обеспечивать достаточную механическую прочность футеровки. Внутри этих диапазонов оптимальными являются значения коэффициентов и , при которых имеет место максимум полного КПД печи, равного произведению электрического и термического КПД.
Рис. 3.3. К расчету индукционной тигельной печи: - внутренний диаметр индуктора; - средний внутренний диаметр тигля; - высота индуктора (аксиальный размер); - высота металла (загрузки) в тигле; - угол конусности стенки тигля; - толщина футеровки; - высота магнитопровода; - внутренний диаметр магнитопровода | Рис. 3.4. Оптимальные значения коэффициентов геометрии тигля и в зависимости от емкости печи |
В результате решения задачи оптимизации с помощью ЭВМ построены графики (рис. 3.4) [7], представляющие собой зависимости оптимальных значений коэффициентов и от емкости печи для черных металлов и алюминия.
Что касается коэффициента , то с возрастанием его в пределах от 0,5 до 1,5 полный КПД печи повышается, хотя и незначительно. Поэтому коэффициент следует принимать равным , располагая индуктор симметрично относительно загрузки, для всех печей, кроме тех, у которых верхний торец индуктора приходится опускать ниже зеркала ванны для ослабления циркуляции металла в верхней части тигля и уменьшения высоты мениска. В последнем случае в электрическом расчете печи под величиной следует понимать расстояние от дна тигля до верхнего торца индуктора.
Поскольку угол конусности стенки тигля мал, полезный объем тигля можно рассчитать как объем цилиндра диаметром и высотой :
, м3. (3.20)
Заменив в (3.20) , получим выражение для объема
, м3. (3.21)
Средний внутренний диаметр тигля определяется из (3.21) по выражению
, м. (3.22)
Из графиков (рис. 3.4) определяется как функция полезной емкости тигля .
Высота загрузки определяется по выражению
, м. (3.23)
Высота внутренней полости тигля (на рис. 3.3 не указана) ориентировочно может быть определена по эмпирическому отношению [6]
. (3.24)
Высота индуктора (без учета холостых витков) определяется по выражению
, м. (3.25)
Как указывалось ранее, значение коэффициента .
Взаимное расположение индуктора и загрузки, а также индуктора и магнитопровода ( ) определяют из конструктивных соображений. Для ориентировочной оценки можно использовать отношение . В печах средней частоты (открытых и вакуумных) обычно принимают симметричное расположение индуктора по отношению к загрузке. В печах промышленной частоты верхний уровень индуктора располагают на % ниже номинального уровня расплава.
Для выравнивания температурного поля в стенке тигля непосредственно над рабочими витками индуктора устанавливают «холостую» водоохлаждаемую катушку, не подключаемую к источнику питания.
Толщина футеровки в среднем сечении тигля определяется по выражению
, м. (3.26)
Из графика (рис. 3.4) определяется как функция полезной емкости тигля .
Ориентировочно толщина футеровки в среднем сечении тигля может быть определена по эмпирической формуле [6]
, м, (3.27)
где - полезная емкость тигля, т.
Внутренний диаметр индуктора
, м, (3.28)
где - толщина тепловой изоляции, располагаемой между футеровкой и индуктором ( мм).
Удельная поверхностная мощность определяется по выражению
, Вт/м2. (3.29)
Высота мениска определяется по выражению
,м, (3.30)
где - плотность расплава, кг/м3;
- удельное сопротивление расплава, Ом×м;
- частота источника питания, Гц.
Высота мениска ( ) обычно не превышает 15 % полной высоты металла по оси тигля ( ).
ПРИМЕР 3
Рассчитать основные геометрические размеры индукционной тигельной печи.
В качестве исходных данных принять исходные данные и результаты расчетов примеров 1 и 2.
Полезный объем тигля определяется по (3.19)
м3.
По графикам (рис. 3.4) определяются коэффициенты и при т: , . Значение коэффициента принимается .
Средний внутренний диаметр тигля определяется по выражению (3.22)
м.
Высота загрузки определяется по выражению (3.23)
м.
Принимаем м.
Высота индуктора определяется по выражению (3.25)
м.
Толщина футеровки в среднем сечении тигля определяется по выражению (3.26)
м.
Используя выражение (3.27), проверим значение
м.
Исходя из того, что между индуктором и загрузкой должно быть минимально возможное расстояние, принимаем м.
Внутренний диаметр индуктора рассчитывается по (3.28)
.
Для расчета принимаем мм.
м.
Внутренний диаметр магнитопровода можно ориентировочно определить из соотношения
.
Принимая , определим
м.
Дата добавления: 2016-07-09; просмотров: 1052;