Разработка проекта индукционной тигельной печи промышленной частоты емкостью 12 тонн

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Введение

1. Описание индукционной печи

2. Принцип работы

3. Определение геометрических размеров «индуктор металл

2.1 Расчет параметров системы индуктор-загрузка

2.2 Расчет числа витков индуктора

3. Тепловой расчёт печи ИЧТ-12

4. Электрический расчет

4.1 Расчет частоты источника питания

5. Составление энергетического баланса

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Индукционные плавильные печи имеют индуктор — катушку, подключаемую к сети переменного тока. При протекании по катушке тока в окружающем ее пространстве возникает переменное электромагнитное поле. При воздействии переменного поля на металлические тела последние нагреваются. Скорость нагрева зависит от теплофизических свойств нагреваемого металла и параметров магнитного и электрического поля.

Основной физической характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В, Тл. Характеристикой магнитного поля служит также напряженность Н магнитного поля (А/м). Магнитная индукция и напряженность поля связаны между собой соотношением:

;

где — магнитная проницаемость вещества.

0- абсолютная магнитная проницаемость, равная.

Количество энергии, передаваемое магнитным полем, связано с магнитным потоком. В однородном магнитном поле магнитный поток равен произведению магнитной индукции на площадь:

Вокруг прямолинейного проводника при протекании по нему переменного электрического тока возникает изменяющееся во времени (по величине и направлению) магнитное поле. Силовые линии этого поля представляют собой концентрические окружности, центр которых расположен на оси проводника. Наиболее плотно силовые линии магнитного поля расположены около проводника. Здесь магнитное поле имеет наибольшую напряженность. Напряженность магнитного поля в пространстве вокруг проводника:

где I- сила тока в проводнике, А;

R- расстояние от оси проводника, м.

При значительном расстоянии между двумя прямолинейными проводниками их магнитные поля практически не взаимодействуют между собой. Однако, если расстояние между проводниками мало, их магнитные поля влияют друг на друга. Если вектора магнитной индукции полей имеют одинаковое направление, то взаимодействие полей приводит к увеличению магнитной индукции суммарного поля. Если направление векторов противоположно, то результатом взаимодействия полей будет уменьшение магнитной индукции поля.

Изменение магнитного поля всегда сопровождается появлением электрического поля. Интенсивность электрического поля Е. Силовые линии электрического поля расположены в плоскости, перпендикулярной к силовым линиям магнитного поля. Силовые линии электрического поля замкнутые, т. е. возникающее электрическое поле является вихревым. Такое поле вызывает в теле движение электронов по замкнутым траекториям и приводит к возникновению электродвижущей силы. В контуре, расположенном в проводящей среде, ЭДС вызывает электрический ток. ЭДС не зависит от рода вещества и его физического состояния, а зависит от магнитного потока и скорости его изменения.

Значение наведенного в теле электрического напряжения:

где f- частота тока, питающего индуктор, Гц;

Ф- максимальное значение магнитного потока, Вб.

Таким образом, если в переменное магнитное поле поместить предмет, то в нем возникают вихревое электрическое поле. Возникающий электрический ток называют вихревым, или током Фуко.

ГЛАВА 1. Описание тигельной индукционной печи. Принцип работы

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. в настоящее время тигельные индукционные печи повышенной и промышленной частоты широко применяют за рубежом для плавки обычных тяжелых и легких цветных металлов и их сплавов в производствах с периодическим режимом работы и широким ассортиментом выплавляемых сплавов, а также для плавки сильно загрязненной шихты с большим содержанием стружки или сплавов, требующих модифицирования, поскольку в канальных печах наличие каналов затрудняет перевод печей с плавки одного сплава на другой, и в то же время флюсы и модифицирующие соли, а также грязная мелкая шихта способствуют зарастанию каналов.

В основе работы тигельной печи лежит трансформаторный принцип передачи энергии индукцией от первичной цепи ко вторичной. Подводимая к первичной цепи электрическая энергия переменного тока превращается в электромагнитную, которая во вторичной цепи переходит снова в электрическую, а затем в тепловую. Индукционные тигельные печи также называют индукционными печами без сердечника. Печь представляет собой плавильный тигель, как правило, цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока В тигельной печи первичной обмоткой служит индуктор, обтекаемый переменным током, а вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой — сам расплавляемый металл, загруженный в тигель и помещенный внутрь индуктора. Внутреннее пространство тигля заполняется расплавленным металлом. Тигель защищает индуктор от воздействия жидкого металла. При протекании электрического тока по индуктору энергия из сети расходуется на создание магнитного поля. Часть энергии поля затрачивается на нагрев металлических тел, находящихся в том поле, а остальная часть возвращается обратно в электрическую сеть. С точки зрения рационального использования электрической сети целесообразно потреблять из сети столько энергии, сколько её необходимо для осуществления нагрева. Однако работа индукционной печи невозможна без создания магнитного поля, поэтому количество энергии, подводимой к индуктору, всегда больше количества энергии, расходуемой на нагрев.

Принято количество энергии, взятой из электрической сети, называть полной мощностью S, часть энергии, израсходованной на нагрев, — активной мощностью P, а часть энергии, возвращаемой в сеть — реактивной (индуктивной) мощностью Q. Полную мощность измеряют в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А). Реактивную мощность измеряют в вольт-амперах реактивных или киловольт-амперах реактивных.

Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношением

.

Магнитный поток в тигельной печи проходит в той или иной степени по самой шихте. Поэтому для работы печи без сердечника имеют большое значение магнитные свойства, а также размеры и форма кусков шихты. Мощность, а следовательно, и тепло, выделяемое вихревыми токами, которые наводятся и циркулируют в садке, зависят от частоты переменного магнитного поля. При промышленной частоте Гц концентрация энергии, выделяемой вихревыми токами, незначительна и не превышает несколько ватт на 1 см поверхности. Поэтому для эффективной работы печи без сердечника приходится питать их токами повышенной, а в отдельных случаях и высокой частоты, что достигается установкой специальных генераторов частоты.

Тигельные индукционные печи, хотя и отличаются более низкими КПД и, а также представляют собой более дорогое и сложное электротехническое устройство по сравнению с индукционными канальными печами, все же в указанных случаях более приемлемы и удобны в эксплуатации.

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.

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.

Сочетанием таких качеств (высокая стоимость электрооборудования и низкий КПД) определяется область применения индукционных тигельных печей: плавка легированных сталей и синтетического чугуна, цветных тяжелых и легких сплавов, редких и благородных металлов. Поскольку область применения этих печей ограничивается не техническими, а экономическими факторами, по мере увеличения производства электроэнергии она непрерывно расширяется, захватывая все более дешевые металлы и сплавы. Тигельные печи все чаще стали использовать в комплексе с другими плавильными агрегатами (вагранками, дуговыми печами). В этих случаях металл, предварительно расплавленный в указанных печах, поступает в индукционную электропечь для рафинирования и доведения до заданного химического состава.

Индуктор

Индуктор выполняется из профилированной водоохлаждаемой медной трубки прямоугольного сечения. Толщина стенки трубки выбирается в соответствии с частотой тока. Исходя из необходимости обеспечения минимальных потерь энергии в трубе, толщина её стенки должна быть на 30% больше глубины проникновения тока. На частоте 50 Гц нередко применяется неравностенная трубка, одна из стенок которой утолщена до 10 — 13 мм. Утолщенная стенка располагается со стороны тигля. 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. Для подвода и отвода воды и электроэнергии индуктор имеет припаянные штуцера. Между витками индуктора устанавливают электроизоляционные прокладки. Индуктор покрывают слоем эпоксидной смолы, чем обеспечивается надёжная электрическая изоляция одного витка от другого. Наружная часть — оклеена листовым асбестом. В печах промышленной частоты верхний уровень индуктора устанавливают ниже уровня металла, вследствие чего уменьшается мениск на поверхности ванны и исключается выброс металла из тигля из-за электродинамической циркуляции.

Корпус печи

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.

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.

Контактное устройство.

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

Магнитопровод.

Во избежание нагрева металлических частей печи полями рассеяния вокруг индуктора устанавливают внешний магнитопровод из листовой трансформаторной стали. Магнитопровод состоит из отдельных пакетов, расположенных равномерно по периметру индуктора. На печах промышленной частоты магнитопроводы изготавливают из стали. Длина пакетов выше высоты индуктора. Пакеты крепят к каркасу печи болтами и устанавливают вплотную к индуктору, что обеспечивает жесткость конструкции и минимальное рассеяние магнитного потока.

Футеровка печи.

Условия работы индукционной печи предъявляют определённые требования к её футеровке. Футеровка должна выдерживать механическое воздействие жидкого металла, что особенно важно для печи большой вместимости (свыше 10 т.). Футеровка со стороны (поверхности) жидкого металла должна иметь плотную спёкшуюся поверхность, через которую он не сможет просочиться. Со стороны индуктора футеровка должна быть не спёкшейся. Это предупреждает образование в ней сквозных трещин. В процессе эксплуатации в плотном спёкшемся слое футеровки могут образовываться трещины. Жидкий металл, попадая по ним в не спёкшийся слой, разогревают его, и футеровка, спекаясь, закрывает трещину. Наличие не спёкшегося слоя исключает проникновение жидкого металла к индуктору.

Стойкость футеровки определяет срок службы печи до очередного ремонта. В зависимости от металлургического процесса применяют кислые или основные огнеупорные материалы. Футеровка печи состоит из подины, тигля, верхнего кольца, крышки.

Футеровку тигля изготавливают методом уплотнения вибрацией с использованием ручных или механических вибраторов. Для изготовления тигля применяю сухие кварцевые массы. Вначале выполняют нижнюю часть тигля. Затем на под тигля устанавливают нижнюю часть тигля. Затем на под тигля устанавливают металлический шаблон засыпают огнеупорную массу. Во избежании разделения фракций массы её подают в печь по матерчатому или резиновому рукаву.

При использовании ручных электровибраторов футеровку тигля делают послойно 30−50 мм. Для больших печей применяют несколько шаблонов, так как высота шаблона должна быть не более 500−600 мм, устанавливаемых последовательно друг на друга по мере уплотнения тигля.

После футеровки тигля металлический шаблон остаётся в печи и расплавляется при её нагреве.

Зерновой состав набивной массы оказывает большое влияние на долговечность набивной футеровки. Так, при использовании мелких фракций получают хорошее спекание и более плотную футеровку, хорошо противостоящую воздействию металла и шлака. Однако при высоком содержании мелких фракций стенки футеровки быстро и глубоко спекаются, что значительно уменьшает термическую стойкость футеровки и приводит к образованию в ней сквозных трещин.

При большом количестве крупных фракций футеровка менее плотна, спекаемость массы снижена.

Футеровку печи сушат плавно, повышая температуру, что исключает отслаивание футеровки. Печь нагревают при включении индуктора в электрическую сеть. Предварительно в печь загружают несколько стальных или чугунных блоков, которые, нагреваясь вихревыми токами, разогревают футеровку печи. Обычно время нагрева до 1000 °C не превышает 10 часов. Затем печь переключают на более высокую ступень напряжения и расплавляют металл, загружаемый в печь, или в печь заливают жидкий металл из другой печи. Футеровка печи спекается при рабочей температуре за 1 час. Температура спекания футеровки при плавке чугуна 1500 °C.

Срок службы футеровки зависит и от химического состава металла. При выплавке чугуна может иметь место переход кремния из футеровки в жидкий металл. Например, для чугуна, содержание 3%Сu и 1%Si, температура равновесного состояния равно 1400 °C.

Механизм подъема и поворота крышки

При разливке металла каркас печи и формовой необходимо наклонять на 95°-100°. Большие печи имеют, как правило, механизм наклона с гидравлическим цилиндром, соединенным с помощью шарниров с её каркасом и рамой. Гидравлический цилиндр гибкими шлангами соединён с насосной станцией. Из противопожарных соображений в гидросистемах вместо масла целесообразнее применять негорючую жидкость.

Эскиз: «Механизм подъема и поворота крышки»

Система охлаждения печи.

Такие элементы печи, как индуктор, конденсаторы, кабели, могут работать только при их интенсивном охлаждению Для охлаждения используют воду. Температура воды на выходе из индуктора должна быть не более 50 °C, при перепаде температур воды не более 25 °C. Температура входящей воды не ниже 10 °C.

При малом расходе воды и высокой её температуре (на выходе из индуктора) на стенках трубки индуктора может образоваться накипь, что приведёт к ухудшению его водоохлаждения и выходу преждевременно из строя. При большом расходе воды и низкой её температуре (на выходе из индуктора) может произойти отпатевание индуктора и пробой изоляции.

Для ИЧТ-10 расход воды 25, индуктор — 24, токопровод — 1 при давлении 0,2 Па.

Плавка в ИЧТ

Загрузка шихты в тигель осуществляется с помощью бадей, лотков, питателей и др. Шихта, флюсы и добавки должны быть сухими. При загрузке следует обратить внимание на габариты кусков первой порции шихты: размеры d не менее 175 мм. или куски размерами 160Ч160 мм.

20%-30% от ёмкости тепла, следует оставлять для использования мелкой шихты, после каждой плавки и слива металла.

В первый период плавки, когда в тигель загружается только твёрдая шихта. Скорость нарастания не менее 100 °C в час. В три, четыре приёма по мере расплавления предыдущих загрузок.

Нагрев и расплавление металла происходит за счёт протекающих в нём токов, которые возникают под воздействием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. При этом возникает так же электрические силы, которые создают интенсивное перемешивание металла, обеспечивающее равномерность температуры и однородность химического состава расплавленного металла.

После загрузки в электрическую печь шихты (чугунных чушек, чёрного лома) крышка печи опускается и закрывает тигель.

Электропечь включается на режим плавки. По окончании процесса расплавления и перегрева электропечь отключается и металл сливается в разливочный ковш или форму. Наклон производится при помощи двух плунжеров наклона. Плунжеры наклона и гидроцилиндр механизма подъёма и поворота крышки приводится в действие давлением масла, поступающего по трубопроводу от маслонапорной установки, расположенной вблизи электропечи.

Основными достоинствами печей этого типа является простота перехода с плавки одного сплава на другой, высокая скорость нагрева, хорошее перемешивание металла, небольшой угар, возможность ведения плавок в любой атмосфере, в том числе и вакууме.

ГЛАВА 2. Определение геометрических размеров «индуктор-металл»

Используя следующие данные: плотность dж=7,2 т/м3=7,200 кг/м3;

Вместимость тигля ИЧТ-12, m0=12 000 кг=12 т, определяем геометрические размеры системы «индуктор-металл»:

Полезный объем тигля определяется по формуле:

По графикам (рис. 1) определяются коэффициенты и при

; =0,72; =0,11; =1,1.

Рис. 1-График зависимости коэффициентов от рода сплава

Средний внутренний диаметр тигля определяется по выражению:

Высота загрузки определяется по выражению

Высота индуктора определяется по выражению

Толщина футеровки в среднем сечении тигля определяется по выражению

Проверка

Принимаем минимально возможное расстояние

Внутренний диаметр индуктора рассчитывается по формуле

Для расчета принимаем

Внутренний диаметр магнитопровода можно ориентировочно определить из соотношения

Принимаем, определим

2.1 Расчет параметров системы индуктор-загрузка

Глубина проникновения тока в материал загрузки определяется по выражению

Расчет ведется в горячем состоянии, поэтому

Расчет глубины проникновения тока в материал индуктора, значение удельного сопротивления индуктора принимается ,

Т.к. то и расчет активного и внутреннего сопротивлений загрузки можно проводить по

Расчет активного и внутреннего реактивного сопротивления условного одновиткового индуктирующего провода

Значение коэффициента заполнения индуктора принимаем

Расчет реактивного сопротивления рассеяния условного одновиткового индуктора

Расчет активного сопротивления обратного замыкания

При значении отношений и, значение поправочного коэффициента

Расчет коэффициента приведения параметров

Расчет приведенного активного сопротивления загрузки

Расчет приведенного реактивного сопротивления загрузки

плавильный печь индуктор сопротивление

Расчет эквивалентных сопротивлений нагруженного индуктора

Расчет коэффициента мощности

2.2 Расчет числа витков индуктора

Электрический КПД индуктора

Расчет значения активной мощности печи

Расчет тока условного одновиткового индуктора

Расчет напряжения на условном одновитковом индукторе

Расчет числа витков индуктора

Расчет тока индуктора

Расчет ориентировочной высоты индуктирующего витка, коэффициент заполнения индуктора принимаем

Определяем толщину стенки медной водоохлаждаемой трубки индуктора

Значение при частоте f=500 Гц

=0. 005 м

Расчет конденсаторной батареи

Расчет реактивной мощности конденсаторной батареи

Где -мощность подводимая к индуктору, Вт

— общий коэффициент запаса (1,1−1,3)

-номинальное напряжение конденсаторных банок, В

-напряжение на индукторе, В

Расчет емкости конденсаторной батареи

Расчет электрических потерь в конденсаторной батарее

ГЛАВА 3. Тепловой расчет печи ИЧТ-12

Определение полезной энергии.

Полезный расход энергии Wпол в ИТП необходим для изменения энтальпии загружаемой металлошихты массой m0(пренебрегая угаром) при нагреве, плавлении и перегреве жидкого металла до температуры заливки:

Wпол= Wу.т.* m0,

где Wу.т.- удельный теоретический расход энергии для индукционной плавки. Принимаем Wу.т. =355 кВт*ч/т

Wпол= 355*12=4260 кВт*ч/т;

Определение тепловых потерь.

Исходные данные

Температура жидкого металла 1673 К.

Футеровка стены тигля:

— кварцевая набивная масса 0,123 м

— асбестовый картон 0,005 м

-меканит 0,001 м

— защитная обмазка 0,001 м

ф=0,13 м

Футеровка подины тигля:

-кварцевая набивная масса 0,153 м

-асбестовый картон 0,005 м

-меканит 0,001 м

-шамотный кирпич (ША) 0,2 м

-асбестовый картон 0,005 м

п=0,364 м

Футеровка свода

-огнеупорный бетон 0,3 м.

Порядок расчета.

Тепловые потери через стенку тигля.

Тепловые потери через стенку тигля определяем по формуле

Фст=(Тр-Тв)*10−3{ni=1[ln (Di+1/Di)/2n: hm]+1/*Sт.о. }-1;

Где Тр- температура внутренних поверхностей футеровки тигля, равная

температуре жидкого металла; Тр=1673 К; Тв- температура воды, охлаждающей индуктор, 293 К;

D1= Dм. ср- средний внутренний диаметр тигля, равный расчетному диаметру металла;

N- число слоев стенки тигля, включая электроизоляционную обмазку; I- теплопроводность i-го слоя, Вт/(м*К); - коэффициент конвективной теплоотдачи в системе охлаждения состовляет 2.8 кВт/(м2*К);

Sт.о.- площадь теплоотдающей поверхности охлаждения индуктора, м2.

Пренебрегая тепловыми сопротивлениями медной стенки индуктора с теплопроводностью 390 Вт/(м2*К) и конвективной теплоотдачи в системе охлаждения индуктора

при =2.8 кВт/(м2*К);

Определяем потери через стенку по формуле:

Определяем внешние диаметры слоев футеровки стены тигля, м:

D1=1,2+2*0,123=1,45 м;

D2=1,45+2*0,005=1,46 м

D1=1,46+2*0,001=1,462 м

D1=1,462+2*0,001=1,464 м

Задаем распределение температур по границам слоев, К:

Т1=400 К;

Т2=355 К;

Т3=315 К;

Т4=300 К.

Определяем средние значения температуры слоев, К:

Тср. 1=0,5*(1673+400)=1036 К;

Тср. 2=0,5*(1036+355)=695 К;

Тср. 3=0,5*(695+315)=505 К;

Тср. 4=0,5*(505+300)=402 К;

Оцениваем по приложению средние значения теплопроводности слоев, Вт/(м*К):

1=0,8; 2=0,21; 3=0,17; 4=0,7.

Поскольку соотношение внешних и внутренних диаметров цилиндрических слоев футеровки стены тигля составляет:

D1/Dм=1,45/1,2 1,20 1,8;

D2/D1=1,46/1,45 1 1,8;

D3/D2=1,462/1,46 1 1,8;

D4/D3=1,464/1,462 1 1,8.

То тепловое сопротивление (Rт) К/Вт, каждого цилиндрического слоя высотой hм=1,24 м

Определяем с учетом средней (расчетной) пощади (Sр)i, м2.

Sр1=3,14*0,5*1,24*(1,45+1,2)=5,159 м²;

Sр2=3,14*0,5*1,24*(1,46+1,45)=5,665 м²;

Sр3=3,14*0,5*1,24*(1,462+1, 46)=5,688 м²;

Sр4=3,14*0,5*1,24*(1,464+1,462)=5,696 м²;

Определяем тепловые сопротивления для i-ой стенки тигля, по формуле:

Rтi=i/i*Spi;

Rт1=0,123/0,8*5,159= 0,029 К/Вт;

Rт2=0,005/0,21*5,665= 0,0008 К/Вт;

Rт3=0,001/0,17*5,688= 0,001 К/Вт;

Rт4=0,001/0,7*5,696= 0,0002 К/Вт;

Приняв температуру охлаждающей воды в индукторе Тв=293 К, определим типовые потери через футеровку стены тигля:

Принятые значения температуры Т1 по границам слоев проверяем аналитически по тепловому потоку Фст с учетом соответствующего теплового сопротивления Rт:

Т1=1673−44 000*0,029=397 К;

Т2=397−44 000*0,0008=361 К;

Т3=361−44 000*0,001=317 К;

Т4=317−44 000*0,0002=308 К.

С учетом допустимой погрешности определения температуры не более 20 Красчет выполнен корректно.

Тепловые потери излучением с зеркала ванны жидкого металла определяем по закону

Стефана- Больцмана по формуле:

W0=с*(Tp/100)4**S*0, кВт,

где с — коэффициент излучения абсолютно черного тела с=5,7 Вт/(м2*К4);

S- площадь отдающей поверхности тела, м2;

— коэффициент диафрагмирования, =0,85;

0- время открытия крышки 0=0,1 ч.

W0=5,7*(1673/100)4*(0,25*3,14*1,22)*0,85*0,1=42 кВт;

Определяем тепловые потери через футеровку свода Wз за время з по формуле

где Тв- температура вохдуха 293 К;

нар- теплоотдача с теплоотдающей поверхности свода, обращенной вверх, К=3,3

нар принимаем 20 из приложения 1 табл. Л1−1[3].

з- время при котором свод закрыт 1,5 ч.

Sт.о.- площадь теплоотдающей поверхности м2.

Зная конструкцию футеровки свода, определяем среднюю площадь огнеупорного бетона.

S1. =3,14*1,3762/4=1,48 м²;

Sт.о. =3,14*1,3762/4+3,14*1,376*0,3=2,77 м²;

Sр. =0,5*(1,48+2,77)=2,12 м².

Оцениваем по Приложению 4 среднее значение теплопроводности слоя, Вт/(м*К)

=0,9, при Тср=1046 К.

Определяем тепловое сопротивление по формуле R1=0,3/(0,9*2,12)=0,16 [кВт];

Определяем тепловой поток через футеровку свода:

Задаем распределение температуры по границам слоев, К: Т1=1673; Тт.о. =420.

Принятые значения температур, по границам слоев, проверяем аналитически по тепловому потоку с учетом соответствующего R1; 1/(* Sт.о.)=0,018.

Тт.о. =1673−7865*0,16=414 К.

Проверим температуру воздуха Тв:

Тв=414−7865*0,018=272 К

Расчет выполнен корректно.

Определяем тепловые потери:

Wз=Фз*з

Wз=7,865*1,5=11,79 кВт.

Тепловые потери через подину тигля определяют по формуле:

где 2- коэффициент теплоотдачи с теплоотдающей поверхности, обращенной вниз.

Расчетные площади (Sp)i, необходимые для определения частного теплового сопротивления теплопроводности i-го слоя футеровки подины, определяем с учетом соотношения площадей тепловоспринимающей и теплоотдающей поверхностей данного слоя:

Sp=0,5*(S1+S2), если S2/ S1 2;

, если S2/ S1 2;

Приняв для условий расчета Тв2 и Тт.о. =510 К,

находим по ([ ], приложение 3), =29 Вт/(м2*К). Для расчета принимаем

2=12 Вт/(м2*К). Зная конструкцию футеровки подины тигля определяем средние (расчетные) площади каждого слоя:

Sм=1,2 м²; S1/ Sм=1,46 2

Sр1=0,5*0,25*3,14*(1,22+1,452) = 1,39 м²;

S2/ S11 2

Sр2=0,3925*(1,452+1,462)=1,66 м²;

S3/ S21 2; Sр3=0,3925*(1,462+1,4622)=1,675 м²;

S4/ S31 2; Sр4=0,3925*(1,4622+1,4642)=1,677 м²;

S5/ S41 2; Sр5=3,14*0,25*1,4642=1,68 м²;

Задаем распределение температур по границам слоев, К:

Т1=1100 К; Т2=1054 К; Т3=1040 К; Т4=580 К;

Т5=510 К; Тт.о.= Т5=510 К; Тв2=295 К;

Определим среднее значение температуры слоев, К:

Тср1=0,5*(1673+1100)=1386 К;

Тср2=0,5*(1386+1054)=1220 К;

Тср3=0,5*(1220+1040)=1130 К;

Тср4=0,5*(1130+580)=855 К;

Тср5=0,5*(855+510)=682 К;

Оцениваем по [2], Приложение 4, средние значения теплопроводности слоев футеровки, Вт/(м*К): 1=0,9; 2=0,22; 3=0,3; 4=1,16; 5=0,19.

Определяем тепловые сопротивления:

RT1=1/(1*Sp1)=0,153/(0,9*1,39)=0,12 К/Вт;

RT2=0,005/(0,22*1,66)=0,013 К/Вт;

RT3=0,001/(0,3*1,675)=0,0019 К/Вт;

RT4=0,2/(1,16*1,677)=0,1 К/Вт;

RT5=0,005/(0,19*1,68)=0,015 К/Вт;

RT6=1/(12*1,68)=0,049 К/Вт;

Тепловые потери через футеровки подины тигля:

Принятые значения температуры Тi по границам слоев необходимо проверить аналитически по тепловому потоку Фпод с учетом соответствующего теплового сопротивления RT:

Т1=1673−4600*0,12=1121 К;

Т2=1121−4600*0,013=1061 К;

Т3=1061−4600*0,0019=1052 К;

Т4=1052−4600*0,1=592 К;

Тт.о. =Т5=592−4600*0,015=523 К;

Тв2=523−4600*0,049=297 К.

СМ учетом допускаемой погрешности определения температуры не более 20 К расчет выполнен корректно.

Суммарные тепловые потери составляют

Ф=Фст+Фпод+(W0+Wз)/пл;

пл- продолжительность плавки, ч: Ф=44+4,6+(42+11,79)/2. 0=82,2 кВт.

Активная мощность необходимая для компенсации тепловых потерь Ф составит согласно формуле:

Рт.п. =(1,1. 1,2)* Ф;

Рт.п. =1,2* 82,2=99 кВт.

Определение активной мощности, выделяемой в металле.

Активную мощность, выделяемую в металле Рм определяем по формуле:

Рм=Wпол/э*тигля;

где э- энергетический период, э=1,4 часа;

тигля=0,9;

Рм=3550/1,4 *0,9=2817 кВт.

Проверка по предельному значению удельной мощности:

э=0,8; Рм/э*m0 [P]; [P]=247 кВт

ГЛАВА 4. Электрический расчет

Расчет мощности источника питания ИЧТ-12

Температура разливки

Плотность при температуре разливки

Теплосодержание при температуре заливки

Энтальпия при температуре разливки

Удельное сопротивление чугуна в холодном состоянии

Удельное сопротивление чугуна при температуре потери магнитных свойств

Удельное сопротивление чугуна перед сплавлением кусков кокса

Удельное сопротивление чугуна при температуре разливки

Время плавки

Средний диаметр кусков шихты

Полезная мощность ИТП

Для последующих расчетов принимаются, тепловые потери (6,875% от полезной мощности)

Расчет активной мощности

Термический КПД индукционной тигельной печи

Расчет активной мощности при КПД

Расчет мощности источника питания

(3,36% от активной мощности печи)

4.1 Расчет частоты источника питания

Расчет минимальной частоты тока ИТЧ

Выбираем из ряда рекомендованных частот частоту f=500Гц

В качестве источника питания три тиристорных преобразователя включенные в параллельную цепь, суммарной мощностью 2500кВт

ГЛАВА 5. Составление энергетического баланса установки

Потери в токоподводе примем принимаем равными 5% от мощности источника

Расчет мощности, потребляемой от источника

Расчет электрических потерь

Расчет активной мощности, потребляемой от сети

Общий КПД плавильной установки

Расчет удельного расхода электроэнергии

Уточненное значение длительности плавки

Расчет производительности установки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе я изучили устройство, конструкцию и принцип работы индукционной тигельной печи. Определил геометрические размеры «индуктор-металл», сделал электрический расчет, а также тепловой расчет печи ИЧТ-12, составил энергетический баланс.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г. П. Долотов, Е. А. Кандаков «Печи и сушила литейного производства», издание третье, Москва «Машиностроение» 1990 г.

2. А. В. Егоров «Расчёт мощности и параметров электроплавильных печей» Москва МИСИС 2000 г.

3. А. Д. Свенчанский «Электрические промышленные печи, энергия». Москва. 1975 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой