Енергозбереження в індукційних печах

Індукційні печі доволі широко застосовуються у важкій промисловості України. Тому питання раціонального енергоменеджменту їх використання є дуже важливим для енергозбереження у металургії, гірничодобувній та інших галузях господарського комплексу країни.

Робота індукційних печей (установок індукційного нагрівання) базується на виділенні тепла при взаємодії змінного електромагнітного поля із матеріалами (метали, графіт тощо), які проводять електричний струм. Змінна електромагнітна хвиля, проникаючи в тіло провідника, індукує у ньому струми «Фуко», які й викликають у тілі нагрівання. У зв'язку з тим, що джерела тепла перебувають усередині тіла, нагрівання можна здійснювати за мінімальний час, підбираючи відповідним чином частоту електромагнітної хвилі. При досить високих частотах джерела тепла зосередяться на поверхні й нагрівання буде «поверхневим». І навпаки, при порівняно низькій частоті електромагнітного поля провідник буде нагріватися по всій глибині. Таке нагрівання називається «наскрізним».

Заходи щодо економії електроенергії в індукційних печах.

Правильна експлуатація печі, підтримка футерівки й електроустаткування в робочому стані, дотримання графіка ППР;

Підтримка високих значень коефіцієнта потужності;

Підтримка оптимального рівня «болота» при зливі металу;

Організація цілодобової експлуатації печей замість одно- або двозмінної роботи печей;

Зниження до мінімально необхідних значень часу простою печі;

Заміна малоефективних, морально й фізично зношених печей на сучасні печі з більш високим ККД.

У промисловості, особливо в металургії, знайшли широке застосування індукційні плавильні печі. За конструкцією вони підрозділяються на канальні й тигельні.

  Рис 1. Канальна піч 

1 – розплавлений метал; 2 – футерівка; 3 – канал; 4 – індуктор; 5 – магнітопровід

Канальні печі за конструкцією й схемою заміщення аналогічні силовому трансформатору, у якого індуктор є первинною обмоткою, а в якості вторинної обмотки виступає один виток розплавленого металу 1, що перебуває в каналі 3 з вогнетривкого матеріалу 2. Як і у трансформаторі, є виконаний із трансформаторної сталі 5 магнітопровід. Футерівка 2 захищає індуктор 4 від розплавленого металу. Індуктор виготовляють з міді (частіше із труб), він має інтенсивне примусове охолодження. Метал нагрівається в каналі й під дією електромагнітних сил викидається у ванну 1, де перебуває розплавлений метал. Для електроживлення канальних печей використовують промислову частоту.

  Рис. 2. Тигельна індукційна піч  

Тигельні печі складаються з індуктора, який охоплює тигель, виготовлений з вогнетривкого матеріалу. Для зниження втрат енергії на розсіювання магнітного потоку навколо індуктора встановлюються пакети з трансформаторної сталі. На індуктор подається змінна напруга промислової, середньої або високої частоти. Змінна електромагнітна хвиля попадає в метал, що перебуває в тиглі, нагріває, розплавляє й доводить метал до потрібної температури.

У печах середньої частоти звичайно метал зливається повністю. Продуктивність печі суттєво залежить від укладання шихти в тиглі.

Необхідною умовою економічної роботи тигельної печі промислової частоти є неповний злив металу, залишаючи «болото» ‒ не менше ніж 25÷30% рідкого металу. Це пояснюється тим, що при неповному зливі металу при тій самій напрузі потужність, споживана піччю, буде вищою, ніж при початковій стадії плавки лише дрібної шихти. А найбільш раціональним режимом експлуатації таких печей є режим із частими відборами металу невеликими порціями ‒ по 20÷30% від місткості тигля. При цьому після кожного зливу треба додавати відповідну порцію шихти.