Даны обзор и анализ возможностей и основных технических характеристик канальных и тигельных индукционных печей, применяемых в промышленности для плавки металлов и сплавов. Отмечены особенности работы и конструкций этих агрегатов. Приведены технические характеристики плазменно-дуговых нагревателей переменного тока мощностью 300 и 450 кВт, созданных в Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины для интенсификации плавки в открытых и вакуумно-индукционных печах с емкостью тигля не менее 1,0 т.

Рассмотрены основные воздействия, реализуемые в объеме жидкометаллического витка индукционного агрегата магнитодинамического типа при обработке гетерогенного расплава. Выведен безразмерный комплекс, стабилизация которого обеспечивает постоянное значение величины силы электротока в витке при вводе и обработке в нем твердых металлодобавок. Разработан способ такой стабилизации при получении композиционных сплавов для внепечной обработки электростали.

В ОАО "УкрНИИО имени А. С. Бережного" разработана муллитокорундовая шпинельсодержащая масса марки ММКШБФ на борфосфатной связке. Опытные партии указанной массы прошли промышленные испытания в футеровке тепловых агрегатов ООО "Донецкий завод ферросплавов". Достигнутые результаты сопоставимы с импортными аналогами. Разработанная масса рекомендована для выполнения футеровки индукционных тигельных печей плавки железисто-алюминиевых сплавов.

На основании непрерывного световодного контроля температуры получены математические модели влияния металлургических и энергетических параметров на общие и удельные энергозатраты миксерования металла в индукционных тигельных печах. Математические модели позволяют снизить расход электроэнергии за счет оптимизации значений контролируемых, управляемых и определяющих энергозатраты миксерования параметров, в том числе массы и температуры выдержки металла в печи, ширины зоны нечувствительности регулирования температуры и потребляемой мощности.

Рассмотрены особенности процесса плавки в секционном кристаллизаторе с использованием индукционного источника нагрева, возможные способы накопления жидкого металла в секционном кристаллизаторе и его разливки. Показаны пути интенсификации плавки и перегрева жидкого металла, а также возможный сортамент отливаемых изделий.

Экспериментально, с помощью полученных на базе непрерывного световодного термоконтроля математических моделей, установлены необходимые для энергосберегающей оптимизации закономерности влияния технологических и энергетических параметров на энергозатраты миксерования металла в индукционных тигельных печах. Доказано, что при оптимальных значениях технологических и энергетических параметров и режимах миксерования общие и удельные энергозатраты позиционного и непрерывного термостатирования металла в печах могут быть снижены до 2,8 раз.

В ОАО "УкрНИИО им. А. С. Бережного" разработана муллитокорундовая масса с добавкой периклаза на борфосфатной связке марки ММКПБФ. Опытные партии указанной массы прошли промышленные испытания в футеровке тепловых агрегатов 000 "Донецкий завод ферросплавов". Достигнутые результаты сопоставимы с импортными аналогами. Разработанная масса рекомендуется для выполнения футеровки индукционных тигельных печей плавки железисто-алюминиевых сплавов.

Рассмотрены особенности плавки металлов в плазменно-индукционных печах, приведены технические характеристики плазменных приставок к индукционным печам. Показано, что дополнительный нагрев металла в индукционных печах позволяет повысить скорость плавки и качество металла, а также снизить энергоемкость процесса.

Рассмотрены принцип построения, алгоритм работы и практическая реализация устройства автоматического согласования тиристорного преобразователя частоты с нагрузкой, которое позволяет стабилизировать номинальную мощность преобразователя при постоянной его частоте управления на протяжении периода плавки металла в индукционной плавильной печи.

Для индукционной плавильной печи, оснащенной системой электромагнитного вращения жидкого металла в каналах, разработана математическая модель для численного расчета магнитогидродинамических процессов. В результате решения связанной цепи - полевой задачи расчета электромагнитного поля совместно с уравнениями гидродинамики определены удельный электромагнитный момент и усредненная по поперечному сечению цилиндрического канала угловая скорость жидкого металла в зависимости от питающего напряжения.

  Скачати повний текст

Розвинуто методи узгодження тиристорних перетворювачів частоти (ТПЧ) на базі резонансного інвертора з індукційною плавильною установкою за рахунок розробки нових алгоритмів керування резонансним інвертором і пристроями узгодження з функціями адаптації до зміни параметрів індукційного навантаження з метою оптимізації використання встановленої потужності перетворювача та підвищення продуктивності електротермічної установки. Розроблено екстремально-стабілізувальний метод узгодження, який базується на автоматичному регулюванні вихідної частоти резонансного інвертора за екстремально-стабілізувальним законом і забезпечує безперервний автоматичний пошук максимальної потужності ТПЧ за період плавки металу та її стабілізацію на заданому рівні, нижчому за максимальний. Розроблено компенсаційно-параметричний метод узгодження, який базується на автоматичному регулюванні параметрів навантажувального контуру та забезпечує автоматичну стабілізацію максимальної потужності ТПЧ з постійною його вихідною частотою впродовж всього періоду плавки металу, а також найефективніше використання максимальної потужності ТПЧ і високу продуктивність плавильної установки. Розроблено частотно-параметричний метод узгодження, який передбачає автоматичне регулювання вихідної частоти резонансного інвертора на першому етапі плавки за резонансним законом, а на другому - за екстремальним законом регулювання та двоступеневою зміною комутувальним елементом величини узгоджувальної секційної індуктивності навантажувального контуру. Наведений метод забезпечує підвищення потужності ТПЧ на першому етапі плавки і безперервний пошук максимальної потужності ТПЧ на другому етапі.

На фізичній моделі індукційної канальної печі досліджено структуру обертального руху рідкого металу в циліндричних каналах. Одержано розподіл швидкості обертання металу по радіусу та довжині каналу печі. Експериментальним шляхом показано можливість інтенсифікації тeпломасообміну в індукційній печі з обертальним рухом металу за рахунок підсилення вихрового руху рідкого металу в поздовжніх перетинах циліндричних каналів та виникнення транзитної течії в канальній частині печі.

Визначено причини вібрації, що виникає під час роботи індукційних печей. Наведено методику визначення основних зусиль, що викликають вібрацію, з метою врахування її негативного впливу під час розрахунків міцності конструктивних елементів індукційних установок, а також на стан санітарно-гігієнічних умов виробництва.

Рассмотрены общие закономерности возникновения циркуляционных и вихревых движений жидкого металла при его плавке в индукционных тигельных и канальных печах. Показаны ограниченность естественной циркуляции жидкого металла в канальных индукционных печах и эффективность использования принципов действия электромагнитных устройств магнитодинамических насосов для перемешивания и разливки металла.

Исследована вибролитая зернистая периклазошпинельная масса. Определен диапазон ее рабочих характеристик (время вибрационной активности масс составляло не менее 3 ч) в зависимости от вида диспергатора: для диспергатора на основе полиэтиленгликоля - растекаемость 80 - 190 % при влажности массы 4,5 - 6,2 %; для диспергатора на основе поликарбоновой кислоты - растекаемость 80 - 180 % при влажности массы 5,2 - 6,5 %; для диспергатора на основе полиэлектролита - растекаемость 80 - 190 % при влажности массы 5,5 - 7,0 %. Диапазон рабочих характеристик оценивали с учетом качества рабочей (плавильной) поверхности тиглей. Проведенные исследования позволили минимизировать брак сырца изделий при их вибролитьи и обеспечили получение високоогнеупорных плавильных тиглей с гладкой бездефектной поверхностью, применяемых при индукционной плавке жаропрочных и жаростойких сплавов.

Разработан химический состав сплава на основе железа с эффектом памяти формы с подробным обоснованием выбора каждого элемента. Показано, что переплавка сплава в вакуумной индукционной печи способствовала удалению литейных дефектов, полученных при плавке в индукционной печи, и повышению эксплуатационных свойств сплава.

Цель работы - изложены результаты теоретических исследований, выполненных в НМетАУ, по развитию технологии рециклинга радиационно загрязненного металла, основой которой является его плавление в металлургической печи индукционного типа. Выполнен анализ параметров радиационно загрязненного металла, который представляет собой открытый источник ионизирующего излучения. В процессе плавления радиационно загрязненный металл из открытого источника ионизирующего излучения преобразуется в закрытый. В итоге создаются условия для получения из него металла, безопасного в радиационном отношении. Рассмотренная технология характеризуется высокими технико-экономическими показателями процесса рециклинга радиационно загрязненного металла.

Рассмотрено тепловое состояние закалочного диска. Непосредственному исследованию подвергали такие параметры, как скорость вращения, геометрические размеры диска, площадь контакта расплавленного металла с диском. Применена математическая модель дифференциального уравнения теплового состояния для твердого тела. При расчетах применили метод конечных элементов с использованием программного продукта Comsol Multyphysics. Получены нелинейные зависимости между геометрическими размерами и температурой нагрева закалочного диска. Проведено исследование и определено влияние технологических параметров на нагрев диска. Предложен технологический режим, в результате которого наблюдается значительное уменьшение средней температуры закалочного диска.

Приведены научные и практические аспекты прогрессивного процесса, основанного на индукционном нагреве и плавлении металлов с формированием слитка в секционном охлаждаемом кристаллизаторе. Описаны особенности плавления и кристаллизации металла в секционном кристаллизаторе. Приведены технические характеристики установок (печей), разработанных в Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. Приведены данные о качестве получаемого металла и дана оценка перспективных областей применения описанного процесса.