Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промышленности для плавки черных и цветных металлов как на воздухе, так и в вакууме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются такие печи емкостью от десятков грамм до десятков тонн. Тигельные индукционные печи применяют главным образом для плавки высококачественных сталей и других специальных сплавов, требующих особой чистоты, однородности и точности химического состава, что недостижимо при плавке в пламенных и дуговых печах.

Индукционные плавильные печи повышенной частоты (1000-2500 Гц) - широко применяют в цехах литья по выплавляемым моделям. С такой частотой и работают современные установки с машинными и тиристорными преобразователями. На рис.1 приведена схема печи с машинным преобразователем. К трубчатому индуктору, охлаждаемому протекающей внутри него водой, подводят переменный электрический ток, который, проходя по индуктору, создает переменный магнитный поток, пронизывающий футеровку печи и загруженные в тигель куски металлической шихты. Возникающие в металле вихревые токи нагревают шихту до расплавления.

Печи с машинным вращающимся преобразователем состоят из следующих основных узлов: печи 1 с индуктором, конденсаторных батарей 2, возбудителя 3 к преобразователю повышенной частоты 4 электродвигателя 5, вращающего преобразователь, электромонтажной, измерительной, блокировочной и пусковой аппаратуры (на схеме не показаны).

Собственно печь представляет собой каркас с изолирующими прокладками, внутри которого укреплен индуктор. Изолирующие прокладки необходимы для того, чтобы вокруг индуктора каркас печи не образовывал замкнутых контуров, что предотвращает утечку энергии в каркас. Тигель, расположенный внутри индуктора, набивают футеровочной массой по конусному металлическому шаблону. Шаблоны делают из листового железа (сварные). Небольшие шаблоны вынимают из печи после набивки. Шаблоны в печах большой вместимости расплавляются при первой плавке. Каркас печи укреплен на станине и вращается на цапфах, вокруг сливного носка печи. Поворот печи осуществляется электротельфером, гидроприводом или червячным поворотным механизмом с помощью штурвала. Индуктор печи представляет собой медную трубку в виде катушки с расчетным (по мощности установки) числом витков. По индуктору пропускается переменный электрический ток повышенной частоты. Внутри индуктор охлаждается проточной холодной водой, что предохраняет его от перегрева и оплавления. Электрический ток и воду подводят к индуктору по гибким кабелям и шлангам, позволяющим осуществлять поворот печи. Со стороны футеровки индуктор защищают, дополнительно используя огнеупорную обмазку и изоляционные листы миканита и асбеста.

Большую часть легированных, коррозионно-стойких, специальных сталей и сплавов выплавляют в печах с основной футеровкой. Исходными материалами для основной футеровки служат хромомагнезитовый кирпич (бой), магнезитовый кирпич (бой), заменяющий их металлургический магнезит (порошок), огнеупорная глина, жидкое стекло, борная кислота.

Рис. 1. Схема индукционной плавильной печи повышенной частоты с машинным преобразователем.

Индукционные тигельные печи, в состав которых входят тиристорные преобразователи частоты, широко применяются для плавки металлов от нескольких грамм до десятков тонн. В свое время данные электропечи пришли на смену плавильным индукционным печам с машинными и ламповыми преобразователями частоты и благодаря своей экономичности, надежности и относительной компактности получили повсеместное распространение в металлургических и литейных производствах. К таким печам относится ИСТ-0,06/0,1.

Технические данные:

Ёмкость номинальная, т - 0,06

Мощность потребляемая, кВт - 100 +10

Число фаз:

питающей сети - 3

контурной цепи - 1

Частота тока, Гц

питающей сети - 50

контурной цепи - 2400

Номинальное напряжение, В:

питающей сети преобразователя - 380

контурной цепи (на индукторе) - 710 ±30

Температура перегрева металла, °С - 1600

Производительность по расплавлению и перегреву, т/ч - 0,15 +0,01

Удельный расход электроэнергии на

расплавление и перегрев, кВтч/т - 717 +20

Коэффициент мощности:

до компенсации - 0,073

после компенсации - 0,8

Расход воды на охлаждение, мі/ч

индуктора и кабелей - 1,3 +0,2

конденсаторов - 0,25 +0,1

источника питания - 1,0 +0,2

Потребное давление в водоподводящей магистрали, МПа - 0,3 - 0,6

Комплектность.

электропечь в нефутерованном виде;

шкаф управления (с конденсаторной батареей);

токоподвод;

тиристорный преобразователь частоты частотой 2,4 кГц;

установка насосная с гидравлической аппаратурой;

шаблон;

Рис. 2. Монтажный чертеж ИСТ-0,06

Достоинства тигельных плавильных печей:

Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов.

Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов и гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу.

Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной) при любом давлении (вакуумные или компрессионные печи).

Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности (особенно на средних частотах).

Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создает условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулированного футеровкой. Печи этого типа весьма удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность для быстрого перехода с одной марки сплава на другую.

Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса.

Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздушного бассейна.

Необходимо отметить следующие недостатки тигельных печей:

Относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Относительно холодные шлаки затрудняют протекание реакций между металлом и шлаком и, следовательно, затрудняют процессы рафинирования. Шлак в ИТП, индифферентный к электрическому току, нагревается только от расплавляемого металла, поэтому его температура всегда ниже.

Сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких рабочих температурах расплава и при наличии теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).

Высокая стоимость электрооборудования, особенно при частотах выше 50 Гц.

Более низкий КПД всей установки вследствие необходимости иметь в установке источник получения высокой или повышенной частоты, а также конденсаторов, а также при плавке материалов с малым удельным сопротивлением.

Расчет потребления оборудования на изготовление 100000 деталей в год