1tom344

13. ELEKTROTERMIA 690

Rys. 13.37. Piece indukcyjne: a) kanałowy; b) tyglowy (bez pokrywy)

1 — izolacja cieplna, 2 — wzbudnik, 3 kanał, 4 — przestrzeń robocza (tygiel)), 5 wyłożenie tygla,

6 — rdzeń, 7 kierunek ruchu metalu

kanałów są kołowe, prostokątne lub zbliżone do litery V, przy czym wykonuje się je jako pojedyncze lub podwójne (kanał w kształcie litery W). Kanał jest utworzony w wyłożeniu ogniotrwałym i wraz ze wzbudnikiem oraz rdzeniem tworzy moduł indukcyjny, który jest elementem trwale zintegrowanym z resztą pieca bądź jest łatwo odejmowalny, co pozwala na szybką wymianę tej najbardziej narażonej na zużycie części pieca. Wzbudniki są chłodzone powietrzem lub wodą. Piece są jedno-, dwu- lub trójfazowe. Wanna ma kształt cylindryczny, prostopadłościcnny, bębnowy lub kulisty i może być jedno- lub dwukomorowa. Spust metalu odbywa się przez znajdujący się nad poziomem kąpieli lej spustowy, przez dno (w piecach zatyczkowych) i tylko niekiedy przez otwór w kanale.

Przeznaczeniem pieców kanałowych jest przegrzewanie stopionych metali z korektą składu chemicznego, topienie metali, przetrzymywanie ich w stanic nagrzanym (piece buforowe), dozowanie ciekłego metalu (piece: zatyczkowe, z rynną elektromagnetyczną, pneumatyczne) [13.27].

Moce jednostkowe pieców do przegrzewania żeliwa dochodzą do 50 kW/Mg, a do przetrzymywania żeliwa — 10 — 20 kW/Mg. Maksymalne pojemności pieców kanałowych o takim przeznaczeniu wynoszą 1500 Mg przy mocy 15 MW. Zużycie właściwe energii przy przegrzewaniu: 32+45 kW-h/Mg. przy przetrzymywaniu — 15 + 32 kW-h/Mg. Podobnie kształtują się te wskaźniki w odniesieniu do stali (tabl. 13.12).

Piece kanałowe są zasilane zwykle za pośrednictwem tansformatorów regulacyjnych, przy czym wyposaża się je w baterie kondensatorów do kompensacji mocy biernej

Tablica 13.12. Wielkości charakteryzujące piece indukcyjne do topienia metali

Rodzaj pieca	Topiony materiał	Pojemność użyteczna Mg	Moc pieca kW	Wydajność topienia Mg/h	Zużycie właściwe energii kW-h/Mg
Kanałowy	Żeliwo	0,7-5-130	100-5-4200	0,2-8,1	600
	Miedź	0,3-93	70-2000	0,2-8,0	270
	Mosiądz (58% Cu)	0,34-93	70-5-2300	0,3-11,0	220
	Cvnk	0,7-5-150	40 - 2000	0,3-15,0	120
	Aluminium	0,34-20	40-5-2000	0,1-5-5.0	450
Tyglowy	Stal	0,5-5-150	90-5-40000	0,1 —70	550-650
	Żeliwo	0,5-60	90 - 20000	0,14-35	520 : 600
	Miedź	0,54-70	150-5-12000	0,3-30	340 - 500
	Mosiądz (60% Cu)	0,54-70	150-12000	0,5-40	240 - 320
	Aluminium	0,2-25	80 : 6000	0,1 -i-12	4804-650

(cosę> = 0,7-0,8 — przy potnym obciążeniu) [13.36]. Napięcia zasilania wzbudników są rzędu kilkuset woltów.

Zalety pieców kanałowych to: duża sprawność (0,8-e 0,94), duża wartość cos<p, tani układ zasilania. Wady to: konieczność częstego czyszczenia kanałów oraz niezbędność wypełniania kanału metalem przed rozruchem, co jest kłopotliwe przy przerwach eksploatacyjnych.

Piece tyglowe (rys. 13.37b) są zasilane zarówno napięciem o częstotliwości sieciowej, jak i zwiększonej [13.37]. Pomijając niewielkie piece do topienia'metali o masie kilku kilogramów, częstotliwość napięcia zasilającego większość pieców nic przekracza 10 kHz. Indukowane prądy generują ciepło bezpośrednio we wsadzie, a także w' tyglu, o ile jest on wykonany z materiałów przewodzących.

W celu ograniczenia strumienia rozproszenia w piecach częstotliwości sieciowej stosuje się boczniki magnetyczne, umieszczone na zewnątrz wzbudnika w postaci pakietów z blach transformatorowych.

W ciekłym metalu powstają siły elektrodynamiczne wywołujące ruch metalu oraz powstanie menisku wypukłego. Oba te czynniki, a ponadto sprawność elektryczna pieca, wymiary wsadu, koszty pieca i jego wyposażenie mają związek z częstotliwością zasilania. Minimalną częstotliwość wyznacza się dla stanu gorącego wsadu w temperaturze końcowej. Punktem wyjścia przy jej ustalaniu może być warunek — d₂/d₂ > 6, przy czym d, jest średnicą tygla. Wsad ładuje się do pieca w postaci kawałków o różnych kształtach i wymiarach, których średnica zastępcza d_k < d₂. Do momentu stopienia wsadu każdy kawałek tworzy odrębny wsad. Wobec tego często dJ5₂ < 6, co powoduje, że sprawność elektryczna do chwili roztopienia wsadu jest zbyt mała. By wyeliminować taką ewentualność, orientacyjną częstotliwość można określić z zależności

/« 584 10⁴-!—_T    (13.57)

P2ri7.dk.

przy czym: jj._2r — przenikalność magnetyczna względna wsadu; y₂ — konduktywność wsadu, S/m; d_k — średnica kawałków wsadu w kształcie kuli, m; (przy innym kształcie kawałków' wsadu, wartość współczynnika we wzorze jest inna, np. przy wsadzie w'alcowvm

310-10*).

Dotrzymanie warunku (13.57) nic zawsze jest możliwe i z tego względu start pieca powinien odbywać się przy umieszczeniu w tyglu kilku bloków startowych o objętości rówmej ok. 20% znamionowej pojemności pieca. Jest to szczególnie istotne w piecach o częstotliwości sieciowej.

W normalnych warunkach eksploatacyjnych nie dokonuje się całkowitego spustu, pozostawiając część metalu w tyglu, co zasadniczo ułatwia topienie kolejnej porcji wsadu, który może już być w postaci złomu drobnego. Mimo to piece o częstotliwości sieciowej, o ile mają mieć dobrą sprawność, nie mogą mieć tygli o zbyt małych wymiarach. I tak minimalna pojemność tygla w przypadku pieców do topienia metali nieżelaznych wynosi 500 kg, do topienia metali ciężkich — 200 kg.

Przy doborze częstotliwości niezbędne jest też uwzględnienie kosztów' zarówno źródła zasilania, jak i baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej. W urządzeniach częstotliwości sieciowej koszt baterii jest tego samego rzędu jak koszt pieca z pozostałym wyposażeniem. Ze wzrostem / zwiększa się koszt jednostkowy źródła, maleje zaś jednostkowy koszt baterii kondensatorów.

Znaczenie pieców tyglowych o zwiększonej częstotliwości jest coraz większe z uwagi na postęp w dziedzinie półprzewodnikowych źródeł zasilania. Mają one przewagę "nad piecami o częstotliwości sieciowej przy mniejszych pojemnościach wsadowych, przy wsadach o dużej konduktywności oraz przy częstej zmianie składu stopów, co musi być każdorazowo poprzedzone całkowitym opróżnieniem tygla. Przy pracy z częstotliwościami powyżej 50 Hz, start pieca bez pozostałości części wsadu w stanie ciekłym nie przedstawia trudności.

Piece tyglowe o częstotliwości sieciowej są stosowane głównie do topienia żeliwa szarego, metali ciężkich, aluminium i stali stopowych (tabl. 13.12). Piece tyglowe o częstotliwości zwiększonej stosuje się do wytopu stali stopowych, uszlachetnionych gatunków żeliwa szarego, stopów żelaza, miedzi i aluminium oraz metali szlachetnych.

44*