Индукционные канальные печи

В литейном производстве, а особенно в литейном производстве цветных металлов и сплавов, температура технологического применения которых находится в интервалах 500-1300°С - актуальным вопросом остается вопрос выбора плавильного оборудования, которое могло бы быть экономичным, мобильным, позволяло бы сохранять металл достаточно длительное время в расплавленном состоянии без окисления и, в то же время, при необходимости, имелась бы возможность достаточно быстро подготовить его для использования в технологии. Это особенно актуально для технологий литья латуни на машинах ЛПД, участках кокильного литья, художественного литья в землю и т. д. Таким требованиям, как нельзя более, кстати отвечают изобретенные еще в начале 20-ого века, индукционные канальные печи промышленной частоты, которые нашли широкое применение в промышленности.

Конструкция канальных печей представляет собой сваренный из стальных профилей корпус, футерованный огне-упорными материалами (см. рис. 1). Нагревательным элементом является трансформатор с железным сердечником, где первичной обмоткой является индуктор, охлаждаемый водой, вторичной - короткозамкнутый виток с расплавленным металлом. Такая электромагнитная система имеет высокий электрический КПД, порядка 96 %. При этом необходимо добавить, что электрические потери, являющиеся потерями в во вторичной обмотке обычных трансформаторов, в индукционных канальных печах потерями не являются. Тепловой КПД этих печей также весьма высок (около 95%) и на размеры слоев её футеровки не накладываются никакие иные требования, кроме требований высокой стойкости и малой теплоотдачи - тепловые потери в самой индуктивной единице относительно малы, благодаря малым размерам каналов. Таким образом, индукционные канальные печи являются наиболее экономичным типом плавильного оборудования по преобразованию электрической энергии в тепловую. Наличие водяного охлаждения позволяет надежно отводить лишнее тепло при работе индуктора, а использование современных футеровочных материалов является гарантией безостановочной работы оборудования в течение срока от одного до трех лет и более. Остановку печи, в основном, вызывает зарастание каналов, которое происходит из-за большой загрязненности окислами шихтового материала, полученного из переплава лома либо вторичной латуни.

Рис. 1

Конструкция печи и технология её применения предусматривает использование в работе постоянно одного сплава (латунного или бронзового), так как они имеют разную температуру плавления. Следует отметить, что возможен переход с плавки более тугоплавкого материала на менее тугоплавкий, но, при этом, на момент перехода - марка материала будет меняться не резко и его необходимо будет доводить до марочного состояния подшихтовкой. В свою очередь, переход на сплавы от меньшей температуры плавления к сплавам с большей температурой плавления на этих печах невозможен, т.к. теплоемкости металла, находящегося в канале недостаточно для необходимого нагрева объёма металла в ванне, и поэтому, например, в расплаве латуни (Тпл - от 860°С) невозможно расплавить бронзовые сплавы (Тпл - 1040°С).

Отличительной чертой канальных печей является простота их монтажа и обслуживания. Собранная и зафутерованная печь устанавливается прямо на полу производственного помещения, к ней подводится водяное охлаждение из расчета 0,5 м³/час, подводится эл. ток напряжением 380 Вт промышленной частоты и печь готова к работе. Печь канальная управляется приборами шкафа управления, входящего в конструкцию печи и включает в себя пускатели 5-ой и 6-ой величин, приборы переключения и контроля режимов по току и напряжению. Печь работает в двух режимах: режим - "ПЛАВКА" и режим - "ПОДОГРЕВ". При затратах энергии на расплавление металла около 0,3 кВт/час на 1 кг металла, потребляемая мощность составляет до 70 кВт /час - в режиме "плавка" и 30 кВт/час - в режиме "подогрев". Работа на печи всегда начинается с включения режима "подогрев", и когда печь запускается впервые и при запуске печи после выключения и при технологических перерывах на длительное время. Уникальной особенностью канальных печей является то, что расплавление металла происходит в закрытой полости - канале, а за счет вихревых токов происходит постоянное перемещение металла по каналу. Это перемещение в свою очередь захватывает полость ванны и за счет этого перемещения происходит постоянное перемешивание металла по объёму. Причем, и расплавление, и перемешивание металла происходит без разрыва поверхностной оксидной пленки, что, в свою очередь, позволяет получать химически однородный металл по всему объёму расплава, иметь его однородную температуру и возможность подшихтовки легирующими элементами. При этом химический состав расплава получается однородным во всех точках объема, как в ванне, так и в канале.

Базовая модель печи предполагает ручное управление. Дополнительно на печи может быть установлено оборудование контроля и автоматического поддержания температуры металла, но, как показывает опыт, устройство печи таково, что опытному работнику достаточно имеющихся приборов для свободного управляет печью при её работе. Для охлаждения индуктора обычно используют городскую воду, однако там, где имеется возможность - охлаждение можно выполнить оборотным, с использованием небольшой (до 2-х м³) градирни, в которой возможно воду подготавливать (умягчить) для того, чтобы не было осадка в системе охлаждения индуктора.

В Украине производителем канальных печей является ТОВ "Енергобудкомплект" (тел/факс: +38 (044) 434-84-05), которое более 10-лет производит и поставляет промышленным предприятиям Украины канальные печи для плавки латуни. Эти печи работают в качестве плавильно-раздаточных в комплекте с машинами ЛПД, плавильных - на них производится переплав лома, миксеров.

Применение современных флюсовых материалов позволяют применять эти печи в качестве плавильных в течение длительного срока. Зарастание каналов окислами предотвращается как раз применением современных флюсов. Предприятием разработана и внедрена на ряде заводов Украины технология утилизации латунной стружки. Выход годного при этом на стружке составил более 70%. Подготовка стружки перед плавкой заключалась только в отстое, в бадьях с донными отверстиями, в которые стекала имеющаяся в стружке эмульсия оставшаяся от механообработки.

Сведения об авторе:

• Соколов Александр Петрович, ТОВ "Енергобудкомплект", г. Киев, т./ф.: +38 (044) 434-84-05; т.(м.): +38 (097) 535-47-59.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №5 (81) 2007 г.