ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ВЫПЛАВКА СТАЛИ В ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ.

(4 часа)

1. Цель работы.

1. Научить проводить плавку стали в индукционной печи.

2. Привить навыки изготовления футеровки печи.

2. Теоретическое введение.

2.1.Достоинства и недостатки плавки стали в индукционных печах.

Индукционные тигельные печи без железного сердечника, широко применяемые в настоящее время для выплавки стали, имеют ряд преимуществ перед дуговыми печами:

1. отсутствие электродов – источника науглероживания металла – позволяет выплавлять сталь с очень низким содержанием углерода;

2. отсутствие дуг – зоны высоких температур – облегчает получение металла с низким содержанием газов (водорода и азота) и уменьшает угар легирующих элементов и железа;

3. электромагнитное перемешивание способствует выравниванию температуры и химического состава стали и удалению из нее неметаллических включений.

Недостатки индукционных печей:

1 – низкая температура шлака, который нагревается только от металла и, как следствие, малая его жидкоподвижность и химическая активность. В связи с этим сера и фосфор при выплавке в ИП обычно не удаляются, и нужно использовать шихтовые материалы, чистые по этим примесям;

2 – относительно малая стойкость футеровки особенно для больших печей;

3 – относительная сложность и высокая стоимость электрического оборудования.

2.2. Физические принципы работы индукционной печи.

В индукционных печах нагрев происходит за счет тепла, выделяющегося в шихте при протекании в ней токов, индуцированных переменным электромагнитным полем индуктора. Отсутствие железного магнитопровода приводит к тому, что магнитные силовые линии индуктора замыкаются через воздух. Это вызывает значительное рассеяние магнитного поля и, как следствие, сильное уменьшение величины магнитного потока.

Величина мощности, генерируемой в шихте, определяется величиной ЭДС индукции, которая равна:

Где n – число витков индуктора;

Ф – амплитуда магнитного потока, пересекающего шихту, Вб;

f - частота переменного тока, Гц.

При уменьшении Ф сохранить необходимую ЭДС можно только, увеличив частоту тока. Поэтому индукционные печи малой вместимости с относительно большим потоком рассеяния питаются токами высокой частоты (2000 Гц и более).

Наличие в цепи печи индуктора приводит к тому, что реактивная мощность оказывается в несколько раз больше активной и коэффициент мощности (cos ) не превышает 0,10. Увеличить cos  до 0,9-1,0 можно компенсацией индуктивной мощности печи. Для этого параллельно индуктору (рис 1,1) подключают батарею конденсаторов, ёмкость которой определяется условием резонанса токов (равенства индуктивного и ёмкостного сопротивлений):

WL=1/WC,

Где L – коэффициент самоиндукции, Гн.

W – угловая частота (W=2f),

C – ёмкость, Ф.

Отсюда:

Жидкий металл в индукционной печи интенсивно перемешивается, что вызвано воздействием на него электромагнитного поя индуктора. Электромагнитные силы сжимают металл с боков к центру, и он вытесняется вверх и вниз, создавая на поверхности ванны выпуклый мениск (рис 1.2.).

Рис 1.1. принципиальная электрическая схема лабораторной индукционной установки: И – индуктор, Б – батарея конденсаторов, Г – генератор, Д – асинхронный двигатель, ОВ – обмотка возбуждения, В – выпрямитель, АТ – автотрансформатор.

Рис 1.2.Схема циркуляции металла в индукционной печи.