Расчет индукционной канальной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет индукционной канальной печи



Цель работы: Ознакомить студентов с расчетами индукционной канальной печи.

Индукционная канальная печь представляет собой своеобразный трансформатор с магнитопроводом (рис. 3). Первичной обмоткой является индуктор, а вторичной и одновременно нагрузкой трансформатора служит металл, находящийся в замкнутом кольцевом канале, изготовленном из огнеупорного материала.

Для расчета печи задают следующие данные:

а) выплавляемый металл или сплав, температура его разливки t_р, энтальпия металла С_р, его удельное электросопротивление с₂;

б) производительность печи g, длительность плавки ф_пл и вспомогательных операций (загрузка, разливка и др.) ф_всп или рабочая (сливаемая) емкость печи G и длительность плавки ф_пл;

в) питающее напряжение U, частота тока f.

Рис. 3. Принципиальная схема индукционной канальной печи: 1 - первичная обмотка; 2 - канал; 3 - магнитопровод; 4 - шахта

1. Активную мощность печи P_а определяют из уравнений:

(1)

или . (2)

где, - общий к. п. д. печи; при выплавке меди = 0,600,72; латуни 0,75-0,90; бронзы 0,7-0,8; цинка 0,8-0,9.

2. Полная мощность, подводимая к индуктору Р ₁:

Р ₁ = U₁ I₁ (3), или

Р ₁ = 4,44 f W₁ B ₁ S_C S₁ (4)

где, Р ₁ - мощность индукционной единицы, В·А;

U₁ и I₁ - напряжение и сила тока индуктора;

W₁- число витков индуктора;

В - магнитная индукция в сердечнике, Вб/м ²;

₁- плотность тока в индукторе, А/м ²;

_с - поперечное сечение сердечника, м ²;

S₁-поперечное сечение проводника индуктора, м ².

3. При определении сечения сердечника печного трансформатора исходят из того, что общие электрические потери и если эти потери в трансформаторе заданной мощности и массы минимальны, стали равны потерям меди.

Отношение массы стали магнитопровода G_с к массе меди индикатора G_м в печном трансформаторе равно:

= , (5)

где, l_с - общая длина магнитопровода, м;

l_м - длина одного витка индуктора, м;

с_с, с_м - плотность стали и меди, с_с = 7,7·10³; с_м = 8,9·10³, кг/м.

При водяном охлаждении индуктора = 2530 для печей, в которых плавят медь, цинк и алюминий.

Выразив сечение проводника индуктора S₁ формулой:

S₁ = ,

и подставив его в выражение (4), получают уравнение для P₁:

P₁ = 3,8 f B ₁ (6), отсюда

S₁ = 0,51 (7)

Обозначив

С_м = 0,51,

находят выражение для сечения сердечника, м ²:

S_C = C_M (8)

Для стержневого однофазного магнитопровода С_м = 0,27 0,30; для трехфазного С_м=0,18.

Плотность тока в индукторе с водяным охлаждением не должна превышать 20 МА/м ².

Полную мощность индукционной единицы Р ₁ находят из выражения:

Р ₁ = Р ₁ / cosц (9)

Для современных канальных печей cosц при выплавке меди и цинка составляет 0,4-0,5, бронзы и латуни 0,6-0,75.

4. Сечение сердечника с учетом межлистовой изоляции:

(10)

Коэффициент заполнения k_C определяют из следующих данных:

Толщина стального листа, мм: 0,35 0,50

при изоляции из бумаги толщиной 0,03 мм 0,85 0,88

при изоляции из лака толщиной 0,01 мм 0,90 0,92

5. Число витков W₁, индуктора (рис. 4):

W₁ = U₁ / 4,44 f B S_C, (11)

а сила тока в нем I, А:

I₁ = P₁ / U₁ (12)

Глубина проникновения, тока в материал индуктора:

₁ = 503 (13)

где, ₁ - удельное электросопротивление материала индуктора, Ом · м.

6. Сечение провода индуктора S₁, м ₂:

S₁ = I_C / ₁ (14)

Радиальный размер провода индуктора b (или толщина стенки медной трубки) должен быть равен или больше 1,57₁.

Высота индуктора h, м:

h₁ = (h_B + 2b_из)W₁, (15)

Толщина изоляции между витками 2b_из составляет (0,1-0,2) · 10^-2 м.

Внутренний диаметр индуктора D₁, м:

D₁ = d_c + 2_a = 2b_из (16)

где, d_С - диаметр окружности, описанной вокруг сердечника м;

а - толщина изолирующего цилиндра, м; а = (0,5-1,0) · 10^-2.

Средний диаметр индуктора D_1ср, м:

D_1СР = D₁ + бb₁.

7. Активное сопротивление индуктора:

r₁ = (17)

где, 1,15 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока по сечению S₁.

индукционная канальная печь трансформатор



Рис. 4. Эскиз индуктора: 1 - индуктор; 2 - изоляция индуктора; 3 - изолирующий цилиндр; 4 - сердечник

8. Электрические потери в индукторе Р_э._п, Вт:

Р_э._п, = I₁² r ₁. (18)

9. Масса меди индуктора G_м, кг:

G_м = S₁ · W₁ · D_1ср · _м (19)

а масса стали магнитопровода G, кг:

G= G_м.

Расчет канала.

1. Сила тока в канале I, А:

I₂ = I₁W₁. (20)

Глубина проникновения тока в канале , м:

₂ = 503 ,

где, р ₂ - удельное электросопротивление расплавленного металла в канале, Ом · м.

Сечение канала S₂, м ²:

S₂ = I₂/₂. (21)

Плотность тока в канале _L. при выплавке меди составляет 15, латуни и цинка 10 А/мм ².

2. Активная мощность, выделяемая в канале Р ₂, Вт:

P₂ = P_a - P_э.п, (22)

где, Р_э.п - полные электрические потери в меди и стали индукционной единицы.

Длину канала определяют из условия выделения в нем расчетной активной мощности Р ₂, Вт:

P₂=I₂² · r₂. (23)

3. Активное сопротивление канала г ₂ находят из выражения:

r₂ = р ₂ l₂ k_э.п / S₂, (24)

где, l₂ - активная длина канала, м;

k_э._п - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока по сечению канала (электрической потери).

Для каналов круглого, овального и прямоугольного сечений с отношением сторон не более 3:1 k_э, _п определяют из графика (рис. 5) по аргументу:

P = . (25)

Для каналов овальных и прямоугольных сечений с отношением сторон более 3:1 k_э._п определяют (см. рис. 4) по аргументу:

(26)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Графики для определения коэффициента К_эп

Из уравнения (25) определяют активную длину канала l₂, м:

l₂ = r₂ S₂ / p₂ k_э.п. (27)

После определения l₂ выполняют эскиз индукционной единицы (см. рис. 4), выбирают конструкцию печи и ее основные геометрические размеры.

Если величина

С_М=0,51

значительно отличается от ранее принятой, то следует повторить расчет, используя полученное значение С_м. Индуктивное сопротивление системы индуктор-канал (рис. 6) рассчитывают по формуле:

X = (28)

где, K_R - коэффициент Роговского; K_R определяют из выражения

K_R = 1-, (29)

где, S_S - площадь рассеяния; K_S - коэффициент, учитывающий изменение потока рассеяния с изменением отношения высот индуктора и канала.

Рис. 6. К расчету индуктивного сопротивления системы индуктор - канал

Для печей с одним каналом на каждый сердечник:

. (30)

для печей с двумя каналами на каждый сердечник:

, (31)

где, ₁ = (h₁ - h₂)/ h₁, ₁ = (h_1-2h₂)/ h₁,

Естественный коэффициент мощности печи:

cos = r / Z (32)

Активное сопротивление индукционной единицы:

r = r ₁ + r₂, (33)

где, r₂ - активное сопротивление канала, приведенное к индуктору,

r₂ = r₂ W²₂.

Полное сопротивление индукционной единицы:

Z =. (34)

Если соs, рассчитанный по формуле (33), близок к принятому, то расчет считают правильным. В противном случае в расчет вносят коррективы или повторяют с найденным значением соs.

Электрический к.п.д. печи находят из выражения:

_э = P₂ / (P₂ + P_э.п).

После всех выполненных расчетов окончательно определяют геометрические размеры индукционных единиц и уточняют параметры печи.

Характеристика индукционных канальных печей приведена в табл.

Таблица. Характеристика индукционных канальных печей промышленной частоты

Показатель	ИЛК-2,5	ИЛК-3	ИЛК-4	ИЛК-6	ИЛК-16
Емкость, т: полезная канальной части полная	2,5 1,5 4,0	3,0 2,5 5,5	4,0 3,0 7,0	6,0 4,3 10,3	16,0 7,75 22,75
Мощность трансформатора, кВ·А	1000	1000	1000	1600	2400
Количество индукционных единиц	3	3	3	4	6
Номинальное напряжение, В	500	500	500	450	500
Число фаз	3	3	3	3	3
Продолжительность плавки, мин	80-100	120-140	110-140	100-120	90-150
Расход охлаждающей воды, м 3/ч	1,5	1,5	1,5	3,6	3,75



Литература

1. Волобуев В.Ф. и др. Заготовка и переработка вторичных металлов. Харьков: Основа, 1992. 400 с.

2. Худяков и др. Технология вторичных цветных металлов. М.: Металлургия, 1981, 280 с.

3. Купряков Ю.П. Производство тяжелых цветных металлов из лома и отходов. Харьков: Основа, 1992. 400 с.

4. Севрюков Н.Н. Общая металлургия. М.: Металлургия. 1976.

5. Алексенков А.В. Сбор и переработка металлической стружки. М.: Машиностроение. 1980.

6. Периодические издание: Горный журнал, Цветные металлы, Ўзбекистон кончилик хабарномаси, Металлы Евразии, Рынок вторичных металлов.

7. Интернет сайты: www.picanal.narod.ru, www.bilimdon.uz, www.elibrary.ru/menu_info.asp, www.minenet.com, www.mining-journal.com/mj/MJ/mj.htm.

Размещено на Allbest.ru

...