Конструкция и расчет индукционной тигельной печи для выплавки чугуна производительностью 2,5 т/ч

     Кварцевый песок (либо молотый кварцит) должен содержать менее 95% двуокиси кремния (Si0₂). Песок должен содержать более 0,25–0,50% остаточной влаги, и для предупреждения •включений железа подвергается магнитной сепарации. Затем песок рассеивают на фракции: 2–3 мм – 35%; 1 – 0,75 мм – 20%  и менее 0,75 мм – 45%.

     Потребное количество песка каждой фракции  засыпают в тщательно очищенный смеситель, где песок перемешивается в течении 10–15 мин, затем добавляют борную кислоту в количестве 2–2,5%, и смесь перемешивается еще 10 мин. Приготовленная таким образом масса должна быть сразу использована. В случае приготовления массы впрок смешанные фракции песка упаковывают в мешки и хранят в сухом месте, а борную кислоту вводят перед употреблением массы.

     Для футеровки подины (9 на рисунке 1.1) и крышки печи применяется жаропрочный бетон приведенного ниже состава (в кг на м³ бетона). 

 

     При заливке подины следует установить контактную шпильку для работы сигнализатора  проедания тигля металлом. После  просушки бетона подина устанавливается в каркасе печи.

     На  подину устанавливают индуктор и сжимают его между верхним и нижним рядами прижимов и далее набивают тигель. Форма и внутренние размеры тигля определяются размерами шаблона, размерами индуктора и относительным расположением шаблона и индуктора. Перед набивкой тигля внутреннюю поверхность индуктора выкладывают слоем миканита толщиной 2 мм и асбестовым картоном, а также устанавливают сетку–электрод сигнализатора проедания тигля. На дно подины насыпают слой футеровочной массы толщиной 40–50 мм и уплотняют легкими ударами ручной трамбовки; разрыхлив слегка уплотненную поверхность, насыпают второй и последующие слои. Общая высота дна тигля должна быть выбрана с расчетом перекрытия третьего витка индуктора. В дне при помощи специального шаблона выбирается углубление под шаблон тигля. По окончании набивки пода удаляют с асбестовой прокладки прижимное кольцо и устанавливают шаблон, в который закладывают груз, фиксирующий шаблон, и приступают к набивке стенок тигля.

     Закончив  набивку тигля, специальными шамотными  плитками выкладывают воротник тигля и сливной носик и обмазывают огнеупорным раствором из молотого шамота и огнеупорной глины.

     Сушка и спекание футеровки производятся либо пламенем газовой горелки, либо током. 

     1.2 Характеристика индукционной  печи 

Таблица 1.1 – Характеристика ИЧТ-2,5

 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Расчет печи 

     2.1 Определение размеров рабочего пространства печи 
 

     

     Рисунок 2.1 - Эскиз к геометрическому расчету тигельной печи 

     Полезный  объем тигля, занимаемый жидким металлом: 

                                                           ,                                                        (2.1) 

     где V_т – полезный объем тигля

            G – емкость тигля печи, т

            ν – плотность расплава, т/м³ 

     

 м³. 

     Для печи емкостью 6 т принимаем А = 0,95

     Средний (внутренний) диаметр тигля составляет: 

                                                       ;                                                  (2.2) 

     

 м. 

     Высота  металла в тигле (садка):

                                                          h₂= ;                                                    (2.3) 

     h₂=

м.

     Внутренний  диаметр индуктора:  

                                                     d₁=d₂ ,                                               (2.4) 

     где δ_ф – толщина футеровки,

            δ_из – толщина изолировки (δ_из=0,01м). 

                                                        δ_ф=0,08   ;                                                  (2.5)  

     δ_ф=0,08

=0,12 м; 

     d₁=1,04+2·0,12+2·0,01=1,3 м. 

     Средняя толщина стенки тигля 0,105 м.

     Высота  внутренней полости тигля:  

                                                        h_т=(1,2÷1,4)h₂ ;                                               (2.6) 

     h_т=1,3·1,066=1,38 м. 

     Высота  индуктора без учета холостых витков: 

                                                      h₁=h₂·k₂,                                                     (2.7) 

где k₂ – относительная высота индуктора, которая обычно в тигельных печах имеет значение 1,0÷1,2. 

     h₁ = 1,066·1,1=1.17 м. 

     2.2 Тепловой расчет печи 

     Задачей расчета является определение температуры наружной поверхности футеровки, расчет тепловых потерь и теплового к. п. д. печи.

     Для выполнения данного расчета необходимы геометрические параметры печи, определенные в предыдущем разделе, а также  некоторые данные:

     – состав футеровки и тип тепловой изоляции, что обоснованно подбирается с учетом практики эксплуатации индукционных печей, условий технологического процесса и свойств используемых материалов;

     – толщина отдельных слоев футеровки  и теплоизоляции, что также подбирается с учетом практических данных и некоторым результатам предыдущих расчетов:

     – теплофизические характеристики отдельных  слоев футеровки и теплоизоляции:

     – средняя расчетная поверхность  теплоотдачи на границах отдельных  слоев футеровки и теплоизоляции, что может быть приблизительно рассчитана с учетом основных геометрических параметров печи и толщины отдельных слоев футеровки и теплоизоляции, при этом лучше руководствоваться масштабным рисунком (рисунок 2.2).

     Рисунок 2.2 - Эскиз футеровки печи к тепловому расчету 

     Тепловые  потери рассчитывают для установившегося теплового режима при номинальном заполнении тигля расплавом, причем температуру внутренней стенки тигля и крышки принимают равной конечной температуре перегрева расплава Т_р. Расчеты тепловых потерь ведут методом последовательных приближений до сходимости значений температур на границах слоев футеровки (в пределах заданной точности расчета). При этом температура на границе наружной поверхности ( i+1)-го слоя футеровки, К: 

                                                   ,                                             (2.8) 

     где R_Ti – тепловое сопротивление i-го слоя, К/Вт; 

                                                            ,                                                  (2.9) 

      P_Ti – тепловые потери через соответствующий элемент печи (боковую стенку, крышку и подину), определенные по формулам.

     Тепловые  потери через боковую стенку тигля, состоящей из двух слоев (футеровка и теплоизоляция), определяется по формуле для расчета теплового потока через многослойную цилиндрическую стенку, Вт: 

                                  ,                                  (2.10) 

где Т_из – допустимая температура наружной поверхности тепловой изоляции (на границе с электрической изоляцией индуктора), которую для расчета можно принять ~ 423 К;

         λ_ф, λ_из – теплопроводность футеровки и теплоизоляции (Вт/м·К) при средней температуре соответствующего слоя; 

                                                Т_iср ,                                    (2.11) 

         в_из – толщина изоляционного слоя из асбеста составляет 0,005÷0,015 м, принимаем для печи емкостью 6 т 0,01. 

     Т_iср=

К; 

                                                    λ_ф=1,4+0,660·10^-3·T_iср ;                                    (2.12) 

     λ_ф=1,4+0,660·10^-3·1073=2,1; 

                                                 λ_из=0,157+0,221·10^-3· T_iср;                                   (2.13) 

     λ_из=0,157+0,221·10^-3·1073=0,4; 

     

 кВт. 

     Тепловые  потери излучением с зеркала ванны, Вт: 

                                         ,                         (2.14)