Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание
|
Задание |
3 |
|
Введение |
5 |
|
Определение мощности печи |
6 |
|
Расчёт индукционноё единицы |
|
|
Предварительная оценка сечения магнитопровода печного трансформатора |
9 |
|
Расчёт поперечного сечения магнитопровода печного трансформатора |
11 |
|
Расчёт геометрических размеров и числа витков индуктора . Расчёт геометрических размеров магнитопровода печного трансформатора |
14 |
|
Расчёт геометрических размеров канальной части индукционной единицы |
19 |
|
Расчёт электрических параметров ИКП. Определение мощности конденсаторной батареи, необходимой для повышения коэффициента мощности печи |
27 |
|
Тепловой расчёт |
32 |
|
Библиографический список |
38 |
Задание
|
Исходные данные |
||
|
Вариант |
Полная ёмкость |
Металл или сплав |
|
2 |
1,05 т |
Медь |
Цель работы: пользуясь исходными данными, произвести электрический и тепловой расчёты индукционной канальной печи.
Исходные данные:
- ёмкость печи;
- вид выплавляемого металла или сплава;
- характеристики расплавляемого металла или сплава:
- температура плавления и разливки;
- плотность в твёрдом и расплавленном состоянии;
- теплосодержание или энтальпия сплава при температуре разливки или теплоёмкость и скрытая теплота плавления;
- удельное сопротивление в твёрдом и расплавленном состоянии;
- характеристики печи:
- назначение печи;
- производительность печи;
- длительность плавки и длительность загрузки и разливки;
- характеристики питающей сети:
- частота питающей сети;
- напряжение сети или напряжение вторичной обмотки печного трансформатора, питающего печь.
Содержание курсовой работы:
- аннотация;
- оглавление;
- введение;
- описание конструкции и принципа действия печи;
- назначение ИКП;
- достоинства и недостатки ИКП;
- электрический расчёт ИКП;
- тепловой расчёт ИКП;
- расчёт охлаждения индуктора;
- выбор электропечного трансформатора по справочной литературе на основании расчёта мощности ИКП;
- выбор по справочной литературе конденсаторов, предназначенных для повышения cosφ, на основании расчёта ИКП;
- таблица основных параметров и характеристик ИКП, полученных в результате расчётов;
- заключение;
- список используемой литературы.
Эскизы:
- индукционная единица;
- индуктор;
- магнитопровод печного трансформатора;
- печной трансформатор в сборе;
- индукционная канальная печь.
Введение
Принцип действия индукционной канальной печи подобен принципу действия силового трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания. Однако электрические параметры канальной электропечи и обычного трансформатора заметно отличаются. Это вызвано различием их конструкций. Конструктивно печь состоит (рис. 1) из футерованной ванны 2, в которой помешается почти вся масса расплавляемого металла 3. и находящейся под ванной индукционной единицы.
Ванна сообщается с плавильным каналом 5. также заполненным расплавом. Расплав в канале и прилегающем участке ванны образует замкнутое проводящее кольцо.
Система индуктор - магнитопровод называется печным трансформатором. Футеровка, образующая плавильный канал, называется подовым камнем 6. Подовый камень представляет собой огнеупорный массив с цилиндрическим проемом 7. в который вставляется индуктор 4. навитый на стержень замкнутого магнитопровода 1.
Индукционная единица объединяет печной трансформатор и подовый камень с каналом.
Индуктор является первичной обмоткой трансформатора, а роль вторичного витка выполняет расплавленный металл, заполняющий канал и находящийся в нижней части ванны.
Ток, протекающий во вторичной цепи, вызывает нагрев расплава, при этом почти вся энергия выделяется в канале, имеющем малое сечение (в канале поглощается 90 - 95 % подведенной к печи электрической энергии). Металл нагревается за счет тепло- и массообмена между каналом и ванной.
Определение мощности печи
|
Характеристики меди (100% Cu) |
||
|
Температура плавления |
tп |
1083 0С |
|
Температура перегрева перед разливкой |
tр |
1225 0С |
|
Плотность при 200С |
8,89 т/м3 |
|
|
Плотность в жидком состоянии |
8,3 т/м3 |
|
|
Удельная теплоёмкость в жидком состоянии при tплавления |
C1 |
0,13 ккал/кг0С |
|
Удельная теплоёмкость в жидком состоянии при tперегрева |
C2 |
0,1335 ккал/кг0С |
|
Удельная теплоёмкость в жидком состоянии при t0C |
C |
0,104+0,000024t |
|
Скрытая теплота плавления |
λ |
42,5 |
|
Удельное сопротивление меди (100% Cu) в жидком состоянии |
|
Технические характеристики ИЛК-0,75 |
||
|
Полная ёмкость |
1,05 т |
|
|
Полезная ёмкость |
0,75 т |
|
|
Мощность |
250 кВт |
|
|
Производительность (ориентировочно) |
15 т/сутки |
|
|
Число индукционных единиц |
1 |
|
|
Число фаз |
1 |
|
|
Коэффициент мощности без компенсации |
0,7 |
|
|
Масса печи, общая с металлом |
7,2 т |
Печь шахтного типа. Плавильная камера выполнена в виде вертикального цилиндра, т. е. шахтная печь имеет ванну в форме цилиндрической шахты с вертикальной осью. Преимущества: простота ремонта и замены футеровки ванны и удобство механизированной загрузки печи.
1. Ориентировочный объём ванны печи:
где: 𝛾мж - плотность металла в жидком состоянии, кг/м3.
2. Остаточная ёмкость (ёмкость болота):
где: kб - коэффициент, учитывающий остаточную ёмкость (массу болота).
kб = 0,2÷0,5. Меньшие значения - для печей ёмкостью более 1 тонны, большие - для печей ёмкостью менее 1 тонны.
3. Тепло, необходимое для нагрева меди (100% Cu) массой 0,75 т при теплоёмкости 0,13 ккал/кг0С от начальной температуры 200С до температуры плавления 1083 0С:
4. Тепло, необходимое для перевода сплава массой 0,75 т при 1083 0С в расплавленное состояние при скрытой теплоте плавления 42,5 :
5. Тепло, необходимое для доведения сплава массой 0,75 т при теплоёмкости 0,1335 ккал/кг0С от температуры плавления 1083 0С до температуры разливки 1225 0С:
6. Тепло, теоретически необходимое для расплавления и доведения до температуры разливки 0,75 т сплава:
7. Тепло, необходимое для поддержания температуры массы меди (100% Cu) на уровне :
8. Тепло, необходимое для расплавления и доведения до температуры разливки массы меди (100% Cu) :
9. Активная мощность, подводимая к печи:
где: - полный КПД печи, в предварительном расчёте для меди принимается равным 0,6÷0,72. Для ИЛК-0,75 .
Длительность нагрева и подогрева жидкого металла: .
Длительность разливки, загрузки, чистки: .
Число плавок в сутки:
10. Удельный расход электроэнергии:
Ориентировочное значение удельного расхода электроэнергии при плавке меди в ИКП:
Число индукционных единиц принимается равным , число фаз .
11. Полная мощность печи:
где: – коэффициент мощности ИКП при плавке меди (100% Cu).
Для ИЛК-0,75 по справочной литературе выбираем электропечной трансформатор с номинальной мощностью . Тип трансформатора ЭПОМ, число фаз - 1, напряжение первичное 6/10 кВ, вторичное 414 ÷ 298 В.
Расчёт индукционной единицы
Предварительная оценка сечения магнитопровода печного трансформатора
1. Поперечное сечение магнитопровода печного трансформатора:
где: Sn - полная мощность ИКП, В∙А;
Eu - ЭДС индуктора канальной печи, В;
U1 витка - межвитковое напряжение в индукторе, В;
f1 - частота питающей сети, Гц.
Все ИКП работают на частоте 50 Гц, поскольку достаточно высокий электрический КПД системы индуктор-канал может быть обеспечен на этой частоте при любом удельном сопротивлении расплавляемого металла и выполнении условия: d2≤0,75∆2 (d2 - радиальный размер канала печи; ∆2 - глубина проникновения тока в расплавленный металл).
Nu - число витков индуктора;
Фm - магнитный поток в магнитопроводе печного трансформатора, Вб;
Bm - магнитная индукция в магнитопроводе печного трансформатора, Тл(Вб/м2);
Допустимую величину магнитной индукции B в магнитопроводе печного трансформатора ввиду тяжёлых условий работы принимают меньшей, чем в обычных силовых трансформаторах.
Iu - ток в индукторе, А;
jм - плотность тока в индукторе, А/м2;
При воздушном охлаждении индуктора плотность тока не должна превышать 4 МА/м2, а при водяном охлаждении должна быть не более 20 МА/м2.
S'м - поперечное сечение проводника индуктора, м2;
S'c - поперечное сечение магнитопровода печного трансформатора, м2.
На основании опыта проектирования и эксплуатации ИКП и с учётом качества материала межвитковой изоляции индуктора межвитковое напряжение в индукторе печного трансформатора принимается 6 - 7 В на один виток на малых печах и 12 - 20 В на один виток - на больших печах.
Межвитковое напряжение принимается 7 - 10 В на один виток.
2. Таким образом, ориентировочное значение величины сечения магнитопровода печного трансформатора может изменяться в довольно широком диапазоне:
Расчёт поперечного сечения магнитопровода печного трансформатора
|
Число индукционных единиц |
1 |
|
|
Полная ёмкость печи |
1,05 т |
|
|
Подводимая к печи активная мощность |
285,6 кВт |
|
|
Максимальное значение индукции |
1,2 Тл |
|
|
Коэффициент мощности |
0,7 |
|
|
Плотность тока в индукторе |
||
|
Охлаждение индуктора |
водяное |
|
|
Коэффициенты |
28 |
|
|
0,27 |
1. Поперечное сечение магнитопровода печного трансформатора без учёта межлистовой изоляции:
где: - коэффициент, зависящий от конструкции трансформатора печи;
- коэффициент, зависящий от отношения массы стали mc печного трансформатора к массе меди mм обмотки индуктора.
Входящие в выражения для определения коэффициентов С и ψ величины lм и lc обозначают соответственно длину одного витка индуктора и общую длину магнитопровода (всех стержней и ярем) в метрах.
При расчёте приняты значения плотности электротехнической стали γc =7,7∙103 кг/м3, плотности меди обмотки γм =8,9∙103 кг/м3, что соответствует коэффициенту 0,51 в определении коэффициента C. Исходя из практических результатов, принято для стержневого трансформатора C ≈0,27÷0,30.
При водяном охлаждении для печей, плавящих медь, алюминий и цинк ψ ≈25÷30.
2. Площадь сечения стержня печного трансформатора с учётом межлистовой изоляции:
где: kз - коэффициент заполнения сталью.
|
Коэффициент заполнения сталью магнитопровода печного трансформатора |
||
|
Вид изоляции |
Коэффициент заполнения сталью kз |
|
|
Толщина стального листа 0,35 мм |
Толщина стального листа 0,5 мм |
|
|
Лаковая толщиной 0,01 мм |
0,9÷0,91 |
0,92÷0,93 |
|
Оксидированное покрытие |
0,93 |
0,95 |
Значению соответствует ориентировочное значение величины сечения магнитопровода печного трансформатора при межвитковом напряжении 7 - 10 В на один виток.
Для однофазного печного трансформатора стержневого типа .
Магнитопровод печного трансформатора изготавливается из листовой электротехнической стали, ярмо выполняется съёмным в связи с необходимостью регулярной сборки и разборки.
Для устранения нагрева в месте стыка прижимное ярмо отделяется от стержней изолирующими прокладками толщиной 0,25 - 0,5 мм из электрокартона или миканита.
Пакет магнитопровода сжимается накладками из немагнитного металла с помощью стальных шпилек. Диаметр шпилек выбирается в пределах 12 - 16 мм, а расстояние между ними обычно составляет 120 - 240 мм. Среднее давление сжатия листов должно быть не менее 0,3 МН/м2. Допускаемое напряжение в шпильке до 90 МН/м2. Шпильки изолируют от листов трансформаторной стали фибровыми, бакелитовыми или миканитовыми трубками, а накладки - листовым миканитом или асбестом.
Форма поперечного сечения стержня при небольшой мощности трансформатора квадратная или прямоугольная, а при значительной мощности - крестообразная или ступенчатая.
Для печного трансформатора с магнитопроводом стержневого типа сечение стержня равно сечению ярма , а для броневого - .
Между стержнем и индуктором помещается изолирующая бумажно-бакелитовая или стеклотекстолитовая гильза, закреплённая деревянными клиньями. Толщина изолирующей гильзы:
3. Внутренний диаметр изолирующей гильзы:
где: kф - коэффициент заполнения круга диаметром , зависящий от формы сечения стержня (или коэффициент заполнения материалом сердечника окружности, описанной вокруг него);
Для квадратного сечения . Для ступенчатого сечения при числе ступеней 2, 3, 4 и 5 соответственно . Чем выше мощность печного трансформатора, тем больше число ступеней сердечника.
Принимаем ступенчатое сечение стержня магнитопровода печного трансформатора с числом ступеней 4,
Выбрав число ступеней, можно найти наиболее выгодную ширину каждой ступени, дающую наибольшую величину для коэффициента .
Однако, для того, чтобы разместить детали прессовки сердечника (гайки, головки болтов, нажимные и изолирующие пластины и т. д.), на практике при числе ступеней больше двух приходится отступать от наиболее выгодной (с точки зрения наибольшего заполнения) ширины каждой ступени.
|
Значения ширины ступеней стержня магнитопровода печного трансформатора |
||
|
Число ступеней |
Наиболее выгодные размеры ступеней в долях диаметра круга, описанного около сечения стержня сердечника |
Практические размеры ступеней в долях диаметра круга, описанного около сечения стержня сердечника |
|
1 |
b1=0,707 |
b1=0,707 |
|
2 |
b1=0,85; b2=0,525 |
b1=0,707; b2=0,707 |
|
3 |
b1=0,905; b2=0,707; b3=0,424 |
b1=0,85; b2=0,665; b3=0,4 |
|
4 |
b1=0,935; b2=0,8; b3=0,6; b4=0,355 |
b1=0,88; b2=0,752; b3=0,564; b4=0,334 |
|
5 |
b1=0,95; b2=0,848; b3=0,707; b4=0,532; b5=0,312 |
b1=0,894; b2=0,796; b3=0,665; b4=0,5; b5=0,293 |
Практические размеры ступеней стержня магнитопровода: b1=0,198; b2=0,169; b3=0,127; b4=0,08 м.
Для последующих расчётов принимается изолирующая гильза из стеклотекстолита с толщиной стенки .
Расчёт геометрических размеров и числа витков индуктора
Расчёт геометрических размеров магнитопровода печного трансформатора
1. Внутренний диаметр индуктора :
где: Dг - внутренний диаметр изолирующей гильзы;
dг - толщина изолирующей гильзы.
2. Число витков индуктора :
Номинальное напряжение на индукторе не превышает 1000 В и чаще всего соответствует номинальному напряжению сети 220, 380 или 500 В при питании от электропечного трансформатора. питание от сетей напряжением 6600 и 10000 В производится только через трансформаторы. Принимаем стандартное напряжение 380 В.
Принимаем .
3. Ток индуктора :
4. Площадь сечения проводника индуктора :
При воздушном охлаждении индуктора, как правило, применяется провод прямоугольного сечения, который наматывается на ребро при однослойном варианте.
Провод круглого сечения применяют лишь в том случае, если его диаметр не превышает 6 мм.
При водяном охлаждении проводом служит неравностенная медная трубка с толщиной рабочей стенки (обращённой к каналу) 10 - 15 мм или равностенная - с толщиной стенки 2 - 2,5 - 5 мм.
Размеры трубки выбираются в соответствии с сортаментом выпускаемых промышленностью медных трубок по ГОСТ 16774-78.
|
Параметры медной профилированной трубки для индукторов промышленной частоты |
||||
|
Эскиз |
A, мм |
B, мм |
D, мм |
C, мм |
|
16 |
22 |
8 |
10 |
|
|
18 |
24 |
10 |
10 |
|
|
20 |
26 |
12 |
10 |
|
|
22 |
28 |
14 |
10 |
|
|
24 |
30 |
16 |
10 |
|
|
26 |
32 |
18 |
10 |
|
|
28 |
34 |
20 |
10 |
|
|
30 |
36 |
22 |
10 |
|
|
32 |
38 |
24 |
10 |
|
|
34 |
40 |
26 |
10 |
|
|
36 |
42 |
28 |
10 |
|
Стандартный медный прямоугольный профиль |
|||
|
Поперечное сечение |
A, мм |
B, мм |
S, мм |
|
16 |
12 |
2 |
|
|
16 |
15 |
2,5 |
|
|
18 |
16 |
2,5 |
|
|
20 |
15 |
2,5; 4 |
|
|
22 |
15 |
2,5; 4 |
|
|
25 |
15 |
2,5; 4 |
|
|
25 |
20 |
3; 4 |
|
|
28 |
20 |
3; 4 |
|
|
32 |
20 |
3; 4 |
|
|
Радиус закругления r=4∙10-3 м, длина трубки не менее 30 м. |
35 |
25 |
3; 4 |
|
40 |
30; 40 |
3; 4 |
|
|
45 |
30; 40 |
3; 4; 5 |
|
|
45 |
40; 30 |
3; 4; 5 |
|
|
50 |
30; 40 |
4; 6 |
|
|
55 |
40 |
4; 6 |
|
|
58 |
30 |
4 |
|
|
60 |
40 |
4; 6 |
|
|
70 |
50 |
8 |
Индуктор изолируют киперной, асбестовой лентой или лентой из стеклоткани: ; .
Индуктор, как правило, выполняется однослойным, в редких случаях - двухслойным. Двухслойный вариант исполнения индуктора значительно сложнее конструктивно и имеет более низкий коэффициент мощности.
Форма витков индуктора обычно круговая, лишь у печей для плавки алюминия, каналы которых состоят из прямолинейных отрезков, а сердечник всегда имеет прямоугольное сечение, витки индуктора также делаются прямоугольными.
При выборе провода индуктора с целью обеспечения минимума электрических потерь в индукторе рекомендуется соблюдать условие: , где - радиальный размер провода индуктора, - глубина проникновения тока в материал индуктора.
5. Глубина проникновения тока в материал индуктора:
где: 𝜌1 - удельное сопротивление материала индуктора, Ом∙м; ;
- магнитная проницаемость материала индуктора, Гн/м;
Гн/м;
- относительная магнитная проницаемость;
- частота питающей сети, с-1.
6. Оценка величины радиального размера провода индуктора по условию :
В качестве провода индуктора принимаем медную трубку прямоугольного сечения с размерами: радиальный , осевой и толщиной стенки 2 мм.
7. Площадь сечения проводника индуктора, выполненного из трубки прямоугольного сечения:
где: - толщина стенки трубки прямоугольного сечения.
8. Предварительная оценка толщины межвитковой изоляции, приходящейся на один виток индуктора:
Принимаем .
где: - коэффициент заполнения индуктора;
;
- шаг витка.
Элемент обмотки индуктора:
где: 1 - изоляция;
2 - медная трубка.
9. Осевой размер индуктора:
где: a1 - осевой размер провода индуктора;
- толщина межвитковой изоляции.
10. Наружный диаметр индуктора:
11. Средний диаметр индуктора:
12. Длина одного витка меди индуктора:
13. Длина стержня магнитопровода печного трансформатора:
Исходя из опыта проектирования, создания и эксплуатации ИКП установлено соотношение между осевой длиной индуктора и длиной стержня магнитопровода печного трансформатора:
14. Полная длина магнитопровода:
где: .
15. Длина ярма магнитопровода:
16. Длины отдельных участков магнитопровода в зависимости от типа рассчитываются по эскизу. Для однофазного печного трансформатора стержневого типа длина участка , а длины участков .
Печной трансформатор стержневого типа:
17. Масса меди индуктора:
18. Масса стали магнитопровода:
19. Оценка значения коэффициента :
Исходное значение . Расхождение не значительное.
Расчёт геометрических размеров канальной части индукционной единицы
1. Диаметр проёма подового камня:
где: - расстояние от наружной поверхности индуктора до внутренней поверхности проёма подового камня;
При воздушном охлаждении подового камня рекомендуется принимать . При водяном охлаждении подового камня также рекомендуется применять и воздушное охлаждение. Для водяного охлаждения применяется кессон, пустотелый разрезной цилиндр (или коробка - при квадратном сечении подового камня) из нержавеющей стали с циркулирующей в нём водой для охлаждения.
Принимаем .
2. Внутренний диаметр канала на уровне оси стержня магнитопровода:
где: - толщина футеровки между каналом и проёмом подового камня.
Во избежание снижения коэффициента мощности электропечи толщина футеровки должна быть минимальной. Исходя из опыта проектирования и эксплуатации ИКП, предложены рекомендации по величине . В зависимости от гидростатического давления металла в канале и прочности материала футеровки величина толщины футеровки может изменяться в пределах: . Для современных ИКП отношение наружного диаметра индуктора к внутреннему диаметру канала: .
Принимаем .
3. Глубина проникновения тока в жидкий металл канала:
где: - удельное сопротивление расплавляемого металла или сплава в жидком состоянии, Ом∙м; ;
- магнитная проницаемость расплавляемого металла или сплава в жидком состоянии, Гн/м;
Гн/м;
- частота тока в жидком металле канала,.
Наиболее благоприятной с точки зрения уменьшения магнитных потоков рассеяния является прямоугольная или овальная форма поперечного сечения канала с большей стороной (осевой размер канала ), расположенной параллельно оси индуктора.
Виды поперечных сечений каналов:
С ростом мощности увеличивается сечение канала, т. е. возрастает его осевой размер , так как радиальный размер ограничен (). Обычно (для прямоугольного сечения).
При необходимости дальнейшего увеличения сечения вместо одного канала делают два или три параллельных канала. Такая конструкция обладает большей механической мощностью.
Если по расчёту получается , целесообразно принять два параллельных канала, разнесённых в основном направлении на расстояние .
4. Радиальный размер канала индукционной единицы:
Для получения наибольшего электрического КПД и коэффициента мощности размер канала в радиальном направлении выбирается в соответствии с неравенством
где: - глубина проникновения тока в жидкий металл канала.
Принимаем .
5. Расстояние между устьями канала по средней линии на уровне оси стержня магнитопровода печного трансформатора:
где: - радиальный размер канала.
6. Расстояние между наружными стенками устьев канала на уровне оси стержня магнитопровода печного трансформатора:
7. Ток в канале индукционной единицы находится исходя из предположения, что . Как указывалось выше, число витков канала , поэтому ток в жидком металле в канале определяется:
8. Плотность тока в жидком металле в канале печи:
где: - удельная мощность в жидком металле, Вт/м3; Вт/м3.
- удельное сопротивление расплавляемого металла или сплава в расплавленном состоянии, Ом∙м.
Для некоторых металлов и сплавов значения и приведены в справочных таблицах. Эти значения получены на основании большого опыта проектирования и эксплуатации ИКП.
Рекомендованная плотность тока в жидком металле в канале печи для меди (100% Cu) . Рассчитанное значение близко к рекомендуемому.
9. Сечение канала:
где: - плотность тока в канале, А/м2;
10. Осевой размер канала (прямоугольное сечение канала):
Отношение осевого размера канала к радиальному:
Так как , целесообразно принять два параллельных канала, разнесённых в осевом направлении на расстояние :
Осевой размер каждого канала:
Отношение осевого размера канала к осевому размеру индуктора:
11. Активное сопротивление меди индуктора:
где: 1,15 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока по сечению провода индуктора.
12. Мощность потерь в меди индуктора:
13. Мощность потерь в стали магнитопровода печного трансформатора:
где: - удельные потери в стали определённой марки при индукции, принятой при расчёте (определяется по справочной литературе); .
- масса стали.
14. Активная мощность, передаваемая в канал печи:
Мощность отличается от мощности в жидком металле (в "чистом " виде) на величину тепловых потерь в ванне и подовом камне ИКП.
Энергетическая диаграмма:
где: - активная мощность печи;
- электрические потери в меди индуктора;
- электрические потери в стали печного трансформатора;
- тепловые потери в подовом камне печи;
- тепловые потери ванны печи;
- активная мощность в канале печи.
15. Объём двух каналов определяется через передаваемую мощность в канал печи:
16. Расчётное значение длины канала по средней линии:
где: - объём канала;
- сечение канала.
17. Минимальная длина канала, рассчитанная по эскизу:
Полученные значения и должны быть достаточно близкими, причём очевидно, что расхождение должно определяться неравенством . В противном случае необходимо проводить коррекцию расчёта.
18. Размеры отдельных участков канала печи определяются с использованием эскиза печи:
Длина участка ;
Длина участка ;
Длина участка .
Полная длина канала по средней линии:
19. Диаметр наружной части подового камня на уровне горизонтальной оси стержня магнитопровода:
Толщина наружной части футеровки канала должна быть больше толщины футеровки между каналом и проёмом подового камня .
20. Оценка соотношения размеров подового камня и "окна" магнитопровода проводится с целью возможности размещения подового камня в "окне" магнитопровода. Используя результаты расчёта длин отдельных участков магнитопровода, определяется расстояние между участками и .
Расстояние от горизонтальной оси стержня магнитопровода до наружной стенки подового камня по вертикальной оси:
Длина части подового камня, размещённая в "окне" магнитопровода:
Расчёты показывают, что . Подовый камень может быть размещён в "окне" магнитопровода.
21. Масса металла в канале:
22. Масса металла в ванне печи:
23. Объём ванны печи, занятой жидким металлом:
24. Высота жидкого металла в ванне печи:
Диаметр ванны печи принимается большим, чем осевой размер индуктора.
25. Высота несливаемой части жидкого металла в ванне печи:
где: - объём несливаемой части жидкого металла в ванне печи.
Масса несливаемой части жидкого металла в ванне печи:
Объём несливаемой части жидкого металла:
24. Величина давления, создаваемого электродинамическими силами и сжимающего металл в закрытых каналах:
Полученное значение меньше атмосферного давления, поэтому нет необходимости увеличения высоты жидкого металла в ванне печи.
Эскиз канальной части индукционной печи:
Расчёт электрических параметров ИКП Определение мощности конденсаторной батареи, необходимой для повышения коэффициента мощности печи
1. В зависимости от конструкции канальной части активное сопротивление расплавленного металла или сплава в канале и ванне печи определяется по выражениям:
где: - длина (по средней линии) пути тока канальной части, ограниченной стенками канала;
- длина (по средней линии) пути тока канальной части, не ограниченной стенками канала.
На этом участке сечение канальной части определяется как произведение осевого размера канала и глубины проникновения тока канала в расплавленный металл или сплав, т. е. предполагается, что радиальный размер канала .
2. Активное сопротивление нагруженного индуктора:
где: - активное сопротивление меди индуктора.
Приведённое сопротивление жидкого металла или сплава в канальной части печи:
3. Индуктивное сопротивление нагруженного индуктора:
где: - средний (расчётный) диаметр зазора;
- приведённое расстояние между индуктором и каналом;
- коэффициент Роговского, учитывающий конечную длину системы индуктор - канал;
- коэффициент, учитывающий увеличение индуктивного сопротивления вследствие различия осевых размеров индуктора и .
Индуктивное сопротивление системы индуктор - канал возрастает с уменьшением отношения её поперечного сечения к её длине. Индуктивность системы тем больше, чем больше поток рассеяния, который растёт с увеличением площади пространства между индуктором и каналом, что и учитывается произведением .
Средний (расчётный) диаметр зазора:
Приведённое расстояние между индуктором и каналом:
Индуктор, к которому приводится сопротивление системы индуктор - канал, представляет собой соленоид. Индуктивность соленоида обратно пропорциональна его высоте, т. е. его осевому размеру . Конечная длина системы индуктор - канал учитывается коэффициентом Роговского.
Коэффициент Роговского:
Поток рассеяния увеличивается с увеличением отношения осевых размеров индуктора и канала .
Коэффициент :
где: .
4. Полное сопротивление нагруженного индуктора:
где: ;
.
5. Коэффициент мощности печи:
Полученное значение отличается от первоначально выбранного незначительно .
6. Ток индуктора:
7. Полная мощность индуктора:
8. Активная мощность индуктора:
Полученные значения тока и мощности не значительно превышают ранее рассчитанные значения тока и мощности. Принятый в начале электропечной трансформатор сможет обеспечить соответствующее питание ИКП.
Полученное значение активной мощности не превышает 300 кВт, поэтому число индукционных единиц и число фаз остаются такими же.
9. Мощность конденсаторной батареи, необходимой для повышения коэффициента мощности до величины 0,95:
где: - соответствует рассчитанному значению коэффициента мощности ИКП;
- соответствуют заданному коэффициенту мощности.
После определения , используя справочную литературу, подбирается соответствующий конденсатор.
Выбираем конденсатор косинусный КС-2-0,38-50-2УЗ с номинальным напряжением 380 В, номинальной мощностью и номинальной ёмкостью .
Для того, чтобы обеспечить повышение коэффициента мощности до величины 0,95, необходимо включить параллельно индуктору печи пять конденсаторов КС-2-0,38-50-2УЗ.
Коэффициент мощности с учётом компенсации:
.
Реактивный ток индуктора печи до компенсации:
Реактивный ток печи после компенсации:
Активная составляющая тока печи:
Потребляемый ток печи после компенсации:
Плотность тока в меди индуктора:
Ток в канале печи:
Плотность тока в канале печи:
10. Электрический КПД:
где: - суммарная мощность потерь в меди индуктора и стали магнитопровода;
.
18. Тепловой КПД:
Более точно тепловой КПД печи может быть получен на основании теплового расчёта. Если по тепловому расчёту значение окажется ниже, то это означает, реальная производительность печи будет ниже рассчитанной.
Тепловой расчёт
Задачей теплового расчёта является определение температуры наружной поверхности футеровки, расчёт тепловых потерь и теплового КПД печи.
Тепловые потери рассчитываем для установившегося теплового режима при номинальном заполнении ванны расплавом, причём температуру внутренней стенки печи принимаем равной .
Расчёт тепловых потерь произведён методом последовательных приближений до сходимости значений температур на границах слоёв футеровки.
1. Тепловые потери излучением с зеркала ванны:
где: - степень черноты расплава; (табл. П-21);
- температура окружающего воздуха, К; ;
- абсолютная температура газов на уровне садочного окна, К;
;
- коэффициент диафрагмирования; (табл. П-22);
- коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, .
2. Тепловые потери через боковую стенку ванны:
где: - допустимая температура наружной поверхности тепловой изоляции (на границе с электрической изоляцией индуктора), для расчётов можно принять ;
- теплопроводность футеровки и теплоизоляции при средней температуре соответствующего слоя;
На боковых стенках ИКП используется слой футеровки из огнеупорного материала и один теплоизоляционный слой. В качестве материала теплоизоляции используется каолиновая вата ВК, материала огнеупора - корунд легковесный марки КЛ-1,3.
Принимаем температуру на границе футеровки и теплоизоляционного слоя , а температуру снаружи теплоизоляционного слоя , при этом допустимая температура наружной поверхности тепловой изоляции .
Средние температуры слоя футеровки и теплоизоляции:
Средние значения коэффициентов теплопроводности слоёв (табл. П-14, 15):
Теплопроводность слоя огнеупора:
Теплопроводность слоя теплоизоляции:
Толщина теплоизоляционного слоя:
Внутренний диаметр теплоизоляционного слоя:
Тепловое сопротивление слоя футеровки:
Тепловое сопротивление теплоизоляционного материала:
Тепловые потери через боковую стенку ванны:
Проверка значений температур на границах слоёв:
Расхождение расчётных значений с ранее заданными незначительные.
3. Тепловые потери через крышку:
Предполагается, что крышка плоская.
Толщина внутреннего слоя огнеупорного бетона составляет ; слой кирпичной кладки марки ШЛБ-1,0 составляет ; слой асбестового картона марки КАОН составляет .
Значения температур на границах слоёв:
Средняя по толщине температура соответствующего слоя:
Средняя температура слоя огнеупорного бетона:
Средняя температура слоя кирпичной кладки:
Средняя температура слоя асбестового картона:
Площадь сечения того слоя футеровки крышки:
где: - диаметр соответствующего слоя в крышке.
Средние значения коэффициентов теплопроводности слоёв:
Для слоя огнеупорного бетона:
Для слоя кирпичной кладки:
Для слоя асбестового картона:
Тепловые сопротивления слоёв:
Для слоя огнеупорного бетона:
Для слоя кирпичной кладки:
Для слоя асбестового картона:
Тепловое сопротивление слоя воздуха на внешней поверхности крышки:
где: - коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией с наружной поверхности крышки; (табл. П-18).
Тепловые потери через крышку:
Проверка значений температур на границах слоёв:
Расчётные значения температур совпадают с ранее заданными.
4. Общие тепловые потери:
где: - коэффициент дополнительных (неучтённых расчётом) тепловых потерь;
;
- коэффициент, учитывающий время работы печи с закрытой крышкой;
5. Полезная мощность, необходимая для нагрева шихты до температуры плавления, расплавления загрузки и перегрева расплава до конечной температуры.
где: - энтальпия; .
6. Активная мощность, которую нужно подвести к нагрузке, чтобы обеспечить требуемую производительность:
7. Тепловой КПД печи:
|
Основные технические характеристики ИЛК-0,75 (100% Cu) |
|||
|
№ |
Характеристика |
Единица измерения |
Величина |
|
1 |
Ёмкость |
||
|
полезная |
кг |
750 |
|
|
остаточная |
кг |
300 |
|
|
полная |
кг |
1050 |
|
|
2 |
Мощность печи |
||
|
полная |
кВА |
404,5 |
|
|
активная |
кВт |
295,3 |
|
|
3 |
Электропечной трансформатор |
ЭПОМ-350 |
|
|
полная номинальная мощность |
кВА |
400 |
|
|
первичное напряжение |
кВ |
6/10 |
|
|
вторичное напряжение |
В |
414 - 298 |
|
|
число фаз |
1 |
||
|
4 |
Коэффициент мощности |
||
|
без компенсации |
0,73 |
||
|
с компенсацией |
0,968 |
||
|
5 |
Ток печи |
||
|
без компенсации |
А |
1064 |
|
|
с компенсацией |
А |
802,3 |
|
|
6 |
КПД печи |
0,7 |
|
|
электрический КПД |
0,96 |
||
|
тепловой КПД |
0,73 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК