Изоляция индуктора индукционной печи

Обновлено: 22.05.2024

Футеровка индукционных печей

ФУТЕРОВОЧНЫЕ МАССЫ ДЛЯ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ,
МЕТОДИКА ФУТЕРОВАНИЯ ПЕЧЕЙ, ИЗНОС ФУТЕРОВКИ
И БЕЗОПАСНОСТЬ ПЛАВКИ

Carl-Johan Nybergh главный технолог концерна OY LUX AB

В последнее время под влиянием экономических, металлургических и факторов охраны труда в Европе всё шире применяются среднечастотные индукционные печи при плавке чёрных и цветных металлов, где самые большие печи для плавки бронзы достигают 80 т, для чугуна 40 т и для стали 10 т. Наблюдается также явная тенденция увеличения мощности печей на килограмм металла (кВт/кг). При плавке чугуна и стали мощность чаще всего составляет 0,5–0,8 кВт/кг.

Для проведения успешной плавки в индукционной печи в первую очередь необходимо принимать во внимание и предупреждать такие моменты, как: возможный неравномерный износ, возможное растрескивание футеровки, протечка металла на обмазку индуктора и даже индуктор. Брызги металла также следует отнести к опасным моментам плавки в индукционных печах. Целью этой статьи является рассмотрение важнейших рисков, влияющих на проведение безопасной индукционной плавки, правильного выбора футеровочных масс, их применения, а также факторов, влияющих на преждевременный износ футеровки.

В статье приводятся ссылки на широко используемые футеровочные массы известного английского производителя — Capital Refractories Ltd, который имеет богатый опыт и специализируется на производстве футеровочных масс именно для индукционных печей.

Выбор футеровочных материалов для индукционной печи

На протяжении длительного времени в Европе для футерования индукционных печей применяются сухие футеровочные массы. Однако, при использовании сухих футеровок, важно иметь в виду, что вибрация при работе печи может спровоцировать утечку сухой массы через трещины в обмазке индуктора и жаропрочном бетоне пода печи. Применение обмазки Capital Silkote 90 позволит защитить индуктор печи. Обмазка индуктора наносится по всей высоте печи от дна до верхнего края, включая воротник, и должна иметь гладкую поверхность.

При плавке углеродистых и низколегированных сталей обычно применяется шпинелеобразующая масса Capital Coral CXL. При плавке в большем объёме высоколигированных сталей используют массу Capital Coral SMC с повышенной стойкостью к налипанию шлака. При плавке особо точных сплавов, требующих температуры более 17200С хорошо зарекомендовала себя масса Capital Coral SXL.

При плавке чугуна обычно используют кварцитовую футеровку. Но если в одной печи наряду с чугуном необходимо иногда плавить цветные металлы и сталь, тогда обосновано применение муллитообразующей массы Capital CRL 65. Муллитовый слой препятствует налипанию металла и шлака, что увеличивает стойкость футеровки.

При необходимости проведения в одной печи плавки меди и бронзы индукционную печь также рекомендуется футеровать муллитообразующей массой Capital CRL 65. Спекающая плавка проводится чугуном.

Порядок футерования индукционной печи сухой массой

Зачастую футерование печи производится в выходные дни или в ночную смену, что обусловлено техническими особенностями производства, и в этих ситуациях консультация со специалистом не всегда возможна. Поэтому целью данного раздела является рассмотрение всех наиболее значимых этапов футерования печи с учётом потенциальных рисков.

После выбивки отработанной футеровки внутреннюю поверхность обмазки индуктора и под печи необходимо очистить щёткой или пропылесосить. По завершении необходимо произвести тщательную проверку состояния поверхности обмазки. Все обнаруженные, даже мелкие, трещинки необходимо сразу заделать массой Capital Silkote 90 таким образом, чтобы поверхность обмазки индуктора стала гладкой. Если участки поверхности ремонта небольшие, то их можно просушить с помощью электронагревателя, но если зона ремонта значительная, в этом случае свежая масса должна сама затвердеть и только потом возможна её сушка. Обмазку индуктора нельзя сушить открытым пламенем, так как на её поверхности может остаться угольный налёт, снижающий электроизоляционные свойства обмазки и способный стать причиной электрических помех во время плавки. Если обмазка индуктора установлена правильно, то протечка металла к индуктору практически невозможна.

Следующим этапом является установка изоляционного материала миканита ( или ) на чистую сухую поверхность обмазки индуктора, начиная от дна печи и до самого верха. В верхней части печи пластины миканита перегибаются через край и закрепляются бумажным тейпом.

Пример крепления миканита бумажным тейпом.
Внимание: напротив носика миканит не следует перегибать.

Вертикальный шов миканита накладывается внахлёст с припуском 50–100 мм и также закрепляется по всей длине бумажным тейпом. Это важно для того, чтобы во время набивки сухая масса не проникала за слой миканита, так как он должен служить газонепроницаемым слоем на пути к обмазке индуктора. В последнее время чаще футеровку начинают наносить с носика печи, а только потом устанавливают миканит. В этом случае миканит напротив носика не следует перегибать, а рекомендуется оставить вертикально стоящим, чтобы образовалась цилиндрическая поверхность. Таким образом небольшое вероятное движение футеровки в вертикальном направлении не приподнимет футеровку носика и не вызовет трещин в районе стыка сухой и пластичной массы. Если же возникнет шов между стенкой и носиком, который будет хорошо виден сверху, его можно заделать перед плавкой ремонтной массой Capital Caprax D 11. После завершения футеровочных работ оставшийся напротив носика вертикальный участок миканита срезается.

При установке шаблона важно, чтобы центральная ось шаблона совпадала с центральной осью печи. На всей поверхности шаблона должны быть равномерно сделаны отверстия диаметром 2 мм для облегчения удаления влаги.

Не рекомендуется высыпать сухую футеровку в печь непосредственно из мешков во избежание попадания вместе с массой обрывков бумажных мешков. Лучше предварительно высыпать массу на чистый вспомогательный настил, перемешать и удостовериться, в том, что в ней нет остатков упаковки и только затем засыпать в печь

Сухая масса засыпается в печь небольшими партиями и каждый слой тщательно уплотняется. На дне печи массу лучше всего уплотнять с помощью вибратора с плоской насадкой. После уплотнения одного слоя и перед засыпкой следующего на поверхности уплотнённой массы необходимо проделать отверстия с помощью так называемого «трезубца» . Эти действия очень важны, так как препятствуют образованию воздушных пробок и появлению чётких линий стыков слоёв массы. Набивку стенок печи можно производить вручную, но лучше всего уплотнение футеровки происходит с использованием пневматического вращающегося вибратора Capital.

Пневматический вращающийся вибратор Capital

Для набивки воротника печи можно использовать готовую пластичную массу Capital Capram 70. Этой же массой футеруется и носик печи. Очень важно правильно сделать стык сухой массы и пластичной. Вручную размятую массу Capram 70 необходимо распределить по поверхности сухой массы и попытаться вдавить её во внутрь сухой массы, особенно в местах проколов так, чтобы массы смешались между собой прибл. слоем в 20–30 мм. Затем футерование продолжается доверху только пластичной массой Capram 70. Стык двух масс должен располагаться на 20–30 мм выше максимально возможного уровня зеркала расплава в печи при плавке и спекании. После укладки пластичной массы по всей поверхности воротника и краям носика необходимо сделать вертикальные наколы для облегчения удаления влаги.

Пластичная масса Capital Capram 70 также очень хорошо подходит для футеровки ковшей.

К процессу сушки футеровки необходимо относиться с должным вниманием. Для наиболее эффективного удаления влаги из футеровки очень важен постепенный, медленный разогрев печи до температуры 8000С с максимальной скоростью 2000С/ч. Лом или чушка для спекающей плавки должны быть сухими, свободными от ржавчины и грязи. Однако существует метод спекания муллито- и шпинелеобразующих масс, с использованием уже готового расплава металла. В этом случае рекомендуется в начале процесса (с целью защиты дна шаблона) уложить 10-15% чушек или лома, после чего начать постепенный разогрев печи со скоростью 2000С/ч до достижения температуры 8000С. И только затем заливается сразу всё запланированное количество расплава. После завершения спекающей плавки хорошо сразу провести две или три плавки подряд для укрепления футеровки перед её остыванием.

Металлургические явления, возникающие при спекающей плавке

При высокой температуре пары влаги, выделяющиеся из футеровки и металлолома, могут разлагаться на водород (Н) и кислород (О). Маленькие и лёгкие атомы водорода проходят к поверхности расплава, где образуют соединения с воздухом и иногда возникает пламя синего цвета. Кислород, в свою очередь, являясь активным газом, вступает в реакцию с марганцем и кремнием, образуя стекловидный шлак, а также с углеродом, образуя оксид углерода. Оксид углерода устойчив при высоких температурах и свободно проникает сквозь футеровку в её более холодные слои. При охлаждении до температуры ниже 5000С оксид углерода вступает в реакцию с железом или его оксидами с выделением углерода или углекислого газа. Чистый углерод способен осаждаться на обмазке индуктора и проникать в её трещины, вызывая электрическую дугу и другие электрические помехи. Поэтому очень важным является применение при футеровании печи изоляционного миканита, который предотвращает проникновение углерода к обмазке индуктора и далее — к индуктору. Более тщательная сушка футеровочной массы при спекании влияет на уменьшение образования оксида углерода. В состав футеровочной массы входят небольшие количества железа и его оксида, которые, являясь катализаторами начала реакции распада оксида углерода, сами практически не исчезают.

Восстановление кремния, содержащегося в футеровочной массе при проведении спекающей плавки возможно, как при использовании кварцитовых, так и муллитообразующих масс. В обоих случаях реакция протекает одинаково. Углерод, содержащийся в расплаве, вступает в реакцию с оксидом или силикатом кремния, в результате чего в расплав выделяется кремний и оксид углерода. Лучшим способом против растворения кремния является выбор для спекающей плавки лома с достаточно высоким содержанием кремния, выше 1,5%.

Металлургические особенности при плавке

При плавке чугуна необходимо с особым вниманием отнестись к порядку закладки лома. На этапе появления начального расплава содержание кремния в нём не должно быть низким. Обычно на дно кладут чугунные чушки и затем сверху -низкоуглеродистый низколегированный стальной лом. Если в чугунных чушках содержится недостаточное количество кремния, то на них кладут кремнесодержащий лом, а уже только затем стальной. Такой метод даёт уверенность, что содержание кремния в начальном расплаве достаточно, чтобы воспрепятствовать выделению оксида кремния.

Магний попадает в расплав из лома высокопрочного чугуна. Магний и сульфид магния, также как и углерод, вступая в реакцию с оксидом кремния, образуют свободный кремний. Чем больше остаточного магния содержится в ломе высокопрочного чугуна, тем больше опасность выделения кремния из футеровки, что ведёт к неравномерному износу футеровки, так называемой слоновьей ноги. Чтобы этого не произошло лом, содержащий магний нужно добавлять в печь на как можно более поздней стадии.

В последнее время металлолом часто содержит цинк, а его низкая температура плавления 4200С и испарения 9070С создают не только технологические трудности, но и проблемы в области безопасности и охраны труда. Следует учитывать, что цинк легко проникает в трещины футеровки и только слой миканита и обмазка способны стать защитой индуктора. Воспрепятствовать проникновению цинка способна муллитообразующая масса Capital CRL 65, либо кварцитовая масса с высоким содержанием оксида бора. Рекомендуется также не закладывать в печь цинкосодержащий лом до того, как футеровка разогреется докрасна.

Давление пара цинка при температуре 9920С составляет 2 бара, а при 12770С -примерно 20 бар. При высоком содержании цинка и высокой скорости нагрева печи начинается сильное кипение металла, в результате чего брызги летят через края печи, нанося повреждения печи и создавая опасность для обслуживающего персонала (цинковый пар вызывает воспаление и, хотя оно проходящее, вызывает неприятные ощущения). Во избежание вышеуказанной ситуации рекомендуется цинкосодержащий лом положить в пустую печь на чушки, тогда цинк в основной своей массе успеет окислиться ещё до попадания в расплав. Окисленный или перешедший в пар цинк выделяется в виде белой пыли, соответственно, цинкосодержащий лом не следует плавить без эффективной системы вентиляции. Но в любом случае необходимо стремиться препятствовать попаданию цинка в расплав.

Сера появляется в металле из лома или сопровождающих его загрязнений. К примеру, серу содержат многие смазочные масла, которые распадаются при высоких температурах с образованием оксида серы (SО). В свою очередь, оксид серы гидролизуется под воздействием влаги и образует очень едкие пары серной кислоты. Если не использовать изоляционный миканит, то эти пары могут проникнуть к обмазке индуктора и разрушить её. В результате проникновения паров серной кислоты через образовавшиеся трещины свободно проникнет углерод, способный создавать электрические помехи, а в некоторых случаях — электрическую дугу.

Проникновение металла в футеровку

Кислород попадает в расплав металла из влаги, испаряющейся из футеровочной массы или металлолома. Растворённый кислород реагирует не только с углеродом, но и со многими металлами, образуя различные шлаки. Некоторые из них увлажняют футеровку, налипают на её поверхность и проникают внутрь. Кроме того шлаки могут влиять на снижение поверхностного натяжения металла, в результате чего металл проникает в мелкие поры футеровки. Хорошо спечённая масса наилучшим образом отражает проникновение металла, в то время как при плохо спечённой массе или во время процесса спекания поверхность футеровки не столь надёжна. Таким образом, предварительная просушка металлолома имеет большое значение с точки зрения металлургического процесса и охраны труда. Но на практике сушка не всегда возможна, поэтому во время плавки рекомендуется держать печь полностью заполненной ломом.

Учитывая тот факт, что металл также может проникать в футеровку через незаметные мелкие трещины, поэтому холодный запуск должен всегда производиться очень медленно, чтобы имеющиеся трещинки, возникшие в футеровке, успели срастись ещё до появления в печи расплава. Это правило особо важно соблюдать при плавке бронз, содержащих олово или свинец. Рекомендуется перед холодным стартом заделать большие трещины ремонтной массой Capital Caprax D11.

Разница температур в печи

При добавке в расплав печи больших кусков металла, которые всегда остаются на поверхности, совершенно очевидно, что температура расплава в верхней части печи ниже, чем в нижней. Такая же ситуация имеет место, когда верхний уровень зеркала металла находится выше уровня верхнего витка индуктора. С учётом того, что на практике замер температуры расплава производится в верхней части печи, а внизу температура всегда выше, можно ожидать преждевременного износа футеровки в нижней части печи.

Аргоновая продувка во время плавки стали и медных сплавов

Метод продувки аргоном на протяжении всего процесса плавки получил широкое распространение при индукционной плавке стали и медных сплавов. Английская компания Capital Refractories разработала для этого специальную технологию.

Влияние продувки аргоном при плавке стали

Аргоновая продувка сразу выносит на поверхность образовавшиеся частицы шлака, что позволяет содержать футеровку в более чистом состоянии, чем без продувки и тем самым существенно увеличивает срок службы футеровки. Дополнительно продувка оказывает положительное влияние на чистоту стали, поэтому метод получил распространение, как на малые печи точного литья, так и на большие печи.

Зависание металлолома

Предотвратить зависание особенно крупных кусков металлолома в индукционной печи является довольно трудной задачей. Зависание лома приводит к повреждению футеровки и созданию опасных ситуаций. К примеру, температура расплава в печи быстро растёт, так как зависший холодный лом не может попасть в расплав, для его охлаждения. В этой ситуации расплавку зависшего металла может облегчить конструкция печи, позволяющая произвести её наклон при работе на полной мощности.

Зависанием называют ситуацию, когда лом образует неподвижный мост в верхней части печи, не способный попасть в низ печи для охлаждения находящегося там расплава. Воздушная прослойка между расплавом и мостом служит изоляцией. И если вовремя не выключить печь, то возникает эффект «скороварки» с сильным перегревом расплава и футеровки в её нижней части.

Проблему зависания можно решить, наклонив печь под углом в 45, после чего в месте соприкосновения расплава с мостом образуется отверстие, через которое можно добавлять мелкий лом и продолжать плавку в наклонном положении, пока уровень расплава не достигнет моста. Затем печь можно перевести в вертикальное положение.

Влажный металлолом

Всё же самый большой риск в индукционной плавке связан с влажным металлоломом. В брикетированном ломе, пористых чушках, обрезках труб с заглушками может содержаться влага, а зачастую и вода со льдом, который попадает под расплав, не успевая испариться. Вследствие этого металл в печи начинает фонтанировать, что создаёт опасные ситуации для персонала и производства. На конечной стадии загрузки лома, когда в печи уже появился металл и медленного предварительного нагрева лома уже не происходит, необходимо соблюдать осторожность и добавлять только сухой лом. Добавляемые в печь ферросплавы, модификаторы и науглераживатели должны быть также сухими. Это же требование относится и к аппаратуре для замера температуры металла в печи. Важно, чтобы вокруг печи не было посторонних и лишних предметов, которые бы препятствовали в случае необходимости быстрой эвакуации персонала. Вблизи печи должен находиться только минимальный состав персонала в защитной спецодежде.

Аварийный слив металла

В результате падения напряжения могут возникать ситуации, когда необходимо быстро слить металл из печи. Поэтому перед печью всегда должен быть предусмотрен сухой приямок для аварийного слива металла, а также возможность ручного наклона печи для малых печей и гидравлического наклона для больших печей. Рекомендуется время от времени проводить тренинги по аварийному сливу металла, к примеру, в условиях темноты, искусственно создавая ситуацию полного отключения электричества.

В заключение

На сегодняшний день существует ещё довольно много различных модификаций индукционных печей, не имеющих надёжной системы замера тока утечки в землю, хотя эти данные являются существенно важными, так как повышенный показатель утечки говорит о том, что в системе не всё в порядке. Большинство индукционных печей нового поколения автоматически прекратят работу, если значение тока утечки превышает определённое заданное значение мА.

Механизм выталкивания отработанной футеровки печей нового поколения даёт возможность исследования состояния выбитой футеровки. После выбивки толщина неспечённого слоя сухой массы по всей площади должна быть не менее 2 см, а на больших печах и более. Этот факт важен для создания преграды прохождения металла к обмазке индуктора.

Стойкость футеровки при идеальных условиях с использованием масс Capital Refractories можно предсказать. При использовании чистого лома и безошибочного ведения плавки чугуна, меди и бронзы футеровка может простоять более 400 плавок, для стали этот показатель — более 100 плавок. Но так как реальность всё же далека от идеала, на практике замена футеровки происходит несколько чаще. Сигналом к своевременной замене футеровки должно служить уменьшение её толщины на 30–40% от первоначальной. Таким образом, неукоснительно соблюдая технологию проведения футерования печи и ведения плавки, можно избежать преждевременной замены футеровки, а также опасных ситуаций в течение плавки.

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии.

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.

Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

Легко провести местный и избирательный нагрев.

Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Установки индукционного нагрева:

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

Недостатки трёх точки:

При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

Конструкция индукторов индукционных печей.

Индуктор предназначен для создания переменного магнитного поля заданной напряженности, а также является важным элементом крепления тигля, удерживающим его от смещения при наклоне печи для слива жидкого металла. Поэтому конструкция индуктора должна удовлетворять не только электротехническим требованиям, но также и требованиям механической жесткости и прочности при действии сил, стремящихся сдвинуть тигель.

Индуктор изготовляют из медной трубки специального профиля (рис. 1). Это необходимо для того, чтобы обеспечить минимальные электрические потери; разместить на длине индуктора расчетное число витков; пропустить через живое сечение отверстия трубки расчетное количество охлаждающей воды.

Рис.1. Профиль трубки индуктора:
а — круглый (ГОСТ 617—72); б — овальный; в — квадратный (ГОСТ 16774—71); г — прямоугольный (ГОСТ 16774—71); д — неравностенный (D-образный)

Профилирование медных трубок, кроме того, уменьшает среднюю величину зазора между индуктором и расплавляемым металлом (см. рис. 2) и несколько увеличивает электрический к.п.д. системы индуктор—металл.

Рис.2. Расположение силовых линий магнитного поля многовиткового индуктора, выполненного из: а — круглого проводника (D = 2R); 2 — прямоугольного проводника (h_в = 2R); (По данным Г.И. Бабата)

Индуктор представляет собой цилиндрическую катушку, образованную либо винтообразно навитой медной трубкой с постоянным углом наклона (спиральная навивка), либо плоскими витками, соединенными между собой короткими наклонными участками трубки (навивка с переходом). Преимуществом первой конструкции является простота навивки индуктора. Во втором случае, хотя изготовление индуктора сложнее, торцы индуктора оказываются плоскими и их конструктивно проще крепить между стяжными плитами.

Крепление индуктора можно осуществить двумя способами:
1. Каждый виток индуктора при помощи приваренных или припаянных к трубке нескольких шпилек или болтов из латуни или нержавеющей стали крепят независимо к вертикальным изоляционным (например, асбестоцементным или стеклотекстолитовым) стойкам, которые одновременно являются деталями крепления тигля. При такой конструкции крепления витки индуктора могут быть неизолированными (роль электрической изоляции выполняет воздушный промежуток между витками, равный 1-2 см).
2. Все витки плотно сжимают между двумя плитами (из изолирующего материала) и фиксируют вертикальными изолирующими стойками, предотвращающими смещение витков и тигля при наклоне печи. При такой конструкции крепления витки индуктора изолируют прокладками из миканита, стеклолентой или обмазывают изоляционным составом (минимальная толщина 1,5 мм, обеспечивающая напряжение на 1 мм изоляционного зазора от 10 до 40 В).

Подготовка индукционных печей к набивке тигля

Большое влияние на стойкость тигля индукционной печи оказывает тщательность выполнения подготовительных работ, к которым относятся:

1) испытание индуктора под давлением (опрессовка);
2) испытание индуктора на холостом ходу;
3) изготовление нижнего и верхнего бетонных колец (в печах большой емкости);
4) обмазка индуктора;
5) выдержка для твердения и сушка обмазки индуктора.

С увеличением емкости тигля требования к подготовительным работам возрастают. Чем больше габариты, тем больше напряжения в различных частях конструкции печи, возникающие при ее наклоне во время слива металла и при загрузке шихты. Для того чтобы эти напряжения не привели к деформации футеровки, влекущей за собой образование трещин и проход металла к индуктору, необходимо увеличить жесткость индуктора. Одним из рациональных способов уменьшения упругих деформаций в индукторе тигельной печи при наклонах является применение элементов конструкций из монолитного огнеупорного бетона и прочих огнеупорных покрытий внутренней поверхности индуктора в виде обмазок.

Рис.1. Элементы футеровки тигельной индукционной печи, выполненные из огнеупорного бетона.

В крупных тигельных печах из огнеупорного бетона и раствора выполняют следующие элементы конструкций (рис. 1): верхнее бетонное
кольцо 1, огнеупорное покрытие катушки индуктора 2, основание для опоры индуктора 3, нижнее бетонное кольцо 4, подину печи 5, футеровку крышки печи и сливного носка, иногда среднюю часть подины печи — 5,6. Однако, чаще с целью уменьшения тепловых потерь, центральную (среднюю) часть подины печи выкладывают легковесным (теплоизоляционным) кирпичом марки ШЛ-1,3 (рис. 2). Кирпич 4 кладут на плашку на растворе мертеля ШT-1. Для придания формы круга легковесные кирпичи опиливают на станке. По периметру подины в специальные отверстия вставляют асбоцементные трубы 2, образующие в бетоне отверстия для стяжки индуктора.

Масса одной порции приготовленного бетона должна быть такова, чтобы его можно было уложить до начала схватывания (40 мин). Уплотнение укладываемого бетона производят глубинным вибратором (вибробулавой), который обычно применяют для укладки строительного бетона. После укладки огнеупорный бетон для твердения выдерживают во влажном состоянии 48 ч, для чего его покрывают влажной мешковиной и обрызгивают водой через каждые 3-4 ч, не допуская высыхания поверхности. Металлическую форму (шаблон) удаляют через 6-8 ч после укладки бетона. После твердения футеровку сушат инфракрасными лампами, направленными на бетон, или электронагревателями при температуре 100-120 °С в течение 24 ч.

Внутреннюю поверхность индуктора тигельных печей для плавки чугуна и стали покрывают выравнивающей обмазкой, придающей большую жесткость индуктору. Обмазка следующего состава, массовые доли, %:

Кварцит фракции 0,1 мм, отсеянный из кварцита, предназначенного для набивки тигля . . . 75-80
Высокоглиноземистый цемент . . . 20-25
Вода (сверх 100 %) до получения густой смеси . . . 10-15

Кварцит и цемент смешивают в сухом виде, потом добавляют воду и вновь тщательно перемешивают. Количество затворенной водой массы должно быть не более чем на 20 мин работы. Место нанесения обмазки слегка смачивают водой. Для равномерной толщины наносимого слоя наверху, в середине и внизу устанавливают 3 дистанционные кольца толщиной, равной толщине наносимого слоя. Толщина наносимого слоя зависит от габаритов печи и колеблется в пределе 5-10 мм. На эти кольца накладывают гладильную планку, двигая которую по кольцу, снимают лишний слой обмазки и добавляют ее. Нанося обмазку мастерком (кельмой) вертикальными полосами шириной 15-20 см, с усилием надавливая на обмазку (раствор) до полного заполнения зазоров между витками индуктора, не допуская затвердевания, обмазку равняют гладильной доской, поверхность которой имеет кривизну, равную кривизне индуктора.

Рис.3. Раздвижное (распорное) кольцо.

Когда вся катушка индуктора обмазана и масса слегка затвердела, снимают дистанционные кольца и заделывают эти места обмазкой. После нанесения обмазку выдерживают во влажном состоянии 2-4 ч, а затем наклеивают асбестовую ткань АТ-7 толщиной 2 мм (ГОСТ6102-78) в один слой. Ткань разрывают на полосы шириной 400-500 мм и приклеивают в увлажненном состоянии с использованием высокоглиноземистого цемента, затворенного водой до консистенции густой сметаны. Для того чтобы ткань лучше приклеилась, ее прижимают к стенке тигля тремя распорными (раздвижными) кольцами (рис. 3). Такую же обмазку и наклеивание асбестовой ткани производят на подине печи. Перед наклеиванием ткань необходимо выкроить так, чтобы при ее укладке на подине не было складок. На поверхность наклеенной асбестовой ткани наносят дополнительный тонкий слой обмазки. Асбестовая ткань является арматурой, придает затвердевшему слою обмазки прочность на растяжение и уменьшает возможность
образования трещин в процессе эксплуатации. Такая обмазка служит длительное время (более 2-х лет) и в случае прохода металла через основную футеровку позволяет слить его после срабатывания сигнализатора проедания тигля. При частичном нарушении обмазки ее ремонтируют, восстанавливая разрушенную часть. Перед футеровкой тигля поверх обмазки наклеивают листовой асбест встык толщиной 5 мм и прижимают его распорными кольцами.

В печах для плавки алюминия применяют металлостойкую обмазку на основе корунда с высокоглиноземистым цементом. Поверх обмазки на высокоглиноземистом цементе наклеивают увлажненный слюдопласт марки ИФГ-КАХФ (ТУ 21-25-263-82) Петрозаводской слюдяной фабрики.

В качестве клея для слюдопласта используют алюмохромофосфатную связку с тонкомолотым шамотом или смесь, состоящую из тонкомолотого магнезита (97 %) и кремнефтористого натрия (3 %), затворенную жидким стеклом плотностью 1,38 г/см 3 .

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Изоляция индуктора относительно корпуса электропечи должна выдерживать в течение 1 мин испытательное напряжение, равное двойному значению номинального напряжения при рабочем напряжении на индукторе до 1000 В и 1 3 номинального напряжения при рабочем напряжении свыше 1000 В. [1]

Разработана влагоустойчивая изоляция индукторов путем пропитки стеклянной ленты кремнийорганическими лаками КО-923 и КО-916К. [2]

Во избежание шунтирования рабочего зазора деталями, соединяющими индукторы друг с другом, необходима магнитная изоляция индукторов . Такая схема магнитной системы позволяет) более чем вдвое уменьшить длину обода якоря в сравнении с муфтой, имеющей один наружный индуктор, при сохранении вращающего момента. [3]

Недостатком применения индукторов данной конструкции является несколько увеличенное вспомогательное время и затраты, связанные с выполнением дополнительных операций: постановки термопар, изоляции индуктора от контакта с изделием ( намотка асбестовой ткани), намотки индуктора. Однако недостатки индукторов гораздо менее значительны, чем их преимущества. [4]

Сигнализатор срабатывает, когда расплавленный ме-галл касается индуктора ( печь отключается мгновенно, металл не перемешивается, дальше не нагревается и, кос - вшись охлажденного индуктора, застывает) или когда ювреждена изоляция индуктора , соединительного кабе-ия, конденсаторов, шин или вторичной обмотки силового грансформатора. [5]

Индуктор монтируют в толще нагреваемого металла; таким образом, электрические потери в индукторе также используются. Ограничением для применения устройств данного типа служит предельно допустимая температура изоляции индуктора . [7]

Стеклоткани, покрытые органосиликатными материалами, используются для изоляции первичных обмоток трансформаторов серии ТЗ, заливаемых алюминием. Учитывая их высокую термостойкость, стеклоткани с покрытием из органосиликатных материалов могут быть успешно применены также для изоляции различных индукторов кузнечных и прокатных нагревателей . Технологический процесс изолирования включает обмотку токопровода лентой из стеклоткани, покрытой органосиликатным материалом; пропитку полученного покрытия органосиликатным материалом; полимеризацию при медленном повышении температуры до 250 - 270 С. [8]

После включения индукционной установки необходимо убедиться, что температура воды в каждой ветви охлаждения не превышает 50 С. Не допускается даже кратковременное отключение воды в системе охлаждения при нахождении горячих заготовок внутри индуктора, так как это повлечет за собой выход из строя изоляции индуктора . [9]

Каждый виток, как правило, изолирован стеклолентой и пропитан кремнеорганическим лаком. По трубке пропускается вода, охлаждающая индуктор. Для уменьшения тепловых потерь, а также для защиты изоляции индуктора от находящейся в нем нагретой заготовки применяют тепловую изоляцию из керамики и асбеста. [10]

Химически стойка и термостойка Так, К. К), полученная спеканием ВеО с добавками др оксидов ( ок. В К из 2гО2 обычно вводят стабилизаторы О Оз, СаО, М О), образующие с ним твердые р-ры, применяют для изготовления высокотемпературных нагревателей, защитных обмазок, для изоляции индукторов высокочастотных печей и как конструкционную К. [11]

Наименее стойкими в эксплуатации элементами конструкции индукционных тигельных печей являются тигли и электрическая изоляция индукторов. Повреждение тигля или электрической изоляции индуктора выводит печь из строя. Поэтому контроль состояния тигля и изоляции индуктора имеет большое значение. [12]

Индуктор работает в очень напряженных условиях. Он подвергается таким же давлениям как и обрабатываемая заготовка. Чтобы создавалась необходимая напряженность поля, максимальное значение импульса тока должно достигать несколько сотен кило-ампер. В связи с этим, индукторы должны работать под высоким напряжением, а также испытывать большую механическую нагрузку вследствие сил реакции от взаимодействия с обрабатываемой деталью и осевых сил взаимодействия между соседними витками. Поэтому изоляция индукторов должна иметь повышенную электрическую и механическую прочность. [13]

Футеровка индукционной печи

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.

Читайте также:

Изоляция индуктора индукционной печи

Футеровка индукционных печей