МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
182
тех случаях, когда к выплавляемому металлу и полученным из него отливкам
предъявляются
высокие
требования,
в
частности,
по
минимальным
газонасыщенности и неметаллическим включениям.
Конструктивно печь состоит (рис. 1)
из
футерованной ванны 2, в которой
помещается
почти
вся
масса
расплавляемого
металла
3,
и
находящейся
под
ванной
индукционной
единицы.
Ванна
сообщается с плавильным каналом 5,
также
заполненным
расплавом.
Расплав в канале и прилегающем
участке ванны образует замкнутое
проводящее кольцо. Система индуктор – магнитопровод
называется печным
трансформатором.
Рис.1 Общий вид индукционно канальной печи.
Футеровка, образующая плавильный канал, называется подовым камнем 6.
Подовый камень представляет собой огнеупорный массив с цилиндрическим
проемом 7, в который вставляется индуктор 4, навитый на стержень замкнутого
магнитопровода 1.
К основным достоинствам индукционных канальных печей можно отнести:
1. Минимальный угар (окисление) и испарение металла, так как нагрев происходит
снизу. К наиболее нагретой части расплава, находящейся в каналах, нет доступа
воздуха, а поверхность металла в ванне имеет сравнительно низкую температуру.
2. Малый расход энергии на расплавление, перегрев и выдержку металла.
Канальная печь имеет высокий электрический
КПД благодаря использованию
замкнутого магнитопровода. В то же время высок и тепловой КПД печи, так как
основная масса расплава находится в ванне, имеющей толстую теплоизолирующую
футеровку.
Автоматическое управление процессом расплавления металлов с реализацией
энергосберегающих режимов работы в электротермических установках, является
актуальной задачей для данной отрасли промышленности [1]. Для получения
высококачественных металлов в машиностроительных
предприятиях широко
используются индукционные канальные печи.
Принцип индукционного нагрева и плавки заключается в преобразовании энергии
электромагнитного поля, поглощаемой электропроводным нагреваемым объектом в
тепловую энергию. Индукционная канальная печь состоит из следующих
конструктивный частей: магнитопровода, индуктора и канала (рис. 1). Принцип
работы ее аналогичен принципу работы трансформатора. Индуктор представляет
первичную обмотку трансформатора, а вплавляемый металл в канале вторичную
короткозамкнутую обмотку.
Исследование плавки металла в индукционной канальной печи осуществляется на
основе теории индукционного нагрева уравнениями теплового баланса и тепловой
схемы с учетом изменения электрических и тепловых параметров, в соответствии с
законом управления канальной печью. Исследование теплового состояния процесса
плавки в канальной печи осуществляется с учетом
следующих положений и
допущений: печь считаем симметричной и ванну как конструктивный элемент не
будем учитывть; распределенные электрические и тепловые параметры канальной
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
183
печи заменяем на эквивалентные сосредоточенные; изменение тепловых и
электрических параметров в зависимости от температуры заранее учтены. [2].
С учетом принятых допущений, индукционная канальная печь по тепловому
отношению можно представить
как тепловая система, состоящая из следующих
тепловых тел: 1 – индуктор, 2 – магнитопровод, 3 – вплавляемый металл, с
соответствующими тепловыми проводимостями между ними (рис.2).
Методика определения число тепловых тел и соответствующих тепловых
проводимостей между ними эквивалентной тепловой схемы (ЭТС) индукционной
канальной печи и составления к ней системы уравнений
теплового баланса для
установившегося и неустановившегося режимов нагрева основываются на
физические процессы расплавления металлов в индукционных печах [3].
Рис. 2. Основные конструктивные элементы индукционной канальной печи:
1 – нижняя часть ванны; 2 – ванна; 3 – канал; 4 – магнитопровод; 5 – индуктор;
6 – жаропрочный керамический блок
Рис. 3. Эквивалентная тепловая схема индукционной канальной печи
Составим систему дифференциальных уравнений теплового баланса,
соответствующего эквивалентной тепловой схеме индукционной канальной печи,
описывающую нестационарные процессы плавки металла, состоящих из трех
взаимосвязанных в тепловом отношении тел с внутренними источниками тепла
(рис.2).
3
3
33
2
32
1
31
3
3
2
3
23
2
22
1
21
2
2
1
3
13
2
12
1
11
1
1
