Основные типы металлургических печей цветной металлургии

Металлы, сплавы, специальные лигатуры, шлакообразующие присадки и другие материалы, которые используют для приготовления различных сплавов, в литейном производстве называют шихтовыми материалами или шихтой. В состав шихты входят: свежие материалы (доменные чугуны различных марок, медь, алюминий, цинк, никель и др.), которые поступают в литейные цехи с металлургических заводов; лом черных сплавов и лом цветных сплавов, представляющие собой переработанные промышленные отходы; специальные ферросплавы и лигатуры (промежуточные сплавы более тугоплавких элементов с легкоплавкими), поступающие с металлургических заводов; отходы литейного производства и механических цехов (литники, прибыли, бракованные детали и брикетированная стружка). Количественное соотношение различных материалов в шихте зависит от качества исходных материалов и от требований, которые предъявляют к изготовляемым сплавам.

Основные типы плавильных печей

В литейном производстве используются плавильные печи, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе (коксе, нефти, мазуте, газе), и печи электрические. К первому типу печей относят вагранки и тигельные печи, ко второму типу — дуговые электрические печи и электрические индукционные печи. Наибольшее распространение для плавки чугуна получили печи шахтного типа—вагранки. Серый чугун, получаемый в этих печах, используют для отливок различных по сложности деталей. В электрических печах плавится сталь, легированный чугун, а также белый чугун, перерабатываемый затем в ковкий чугун. Схема вагранки приведена на рис. 35. Вагранка представляет собой шахтную печь, основой которой является сварной металлический кожух 1, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом 2. Щель между кожухом и футеровкой засыпается сухим кварцевым песком 3. В верхней части вагранки находится загрузочное окно 4. Часть шахты вагранки, расположенная ниже загрузочного окна, футеруется чугунными пустотелыми кирпичами 5, которые предохраняют ее от разрушения при загрузке шихты 7.

Загружают вагранку с помощью скипового подъемника или консольного крана. Верхняя часть вагранки заканчивается искрогасителем 6.

Для поддержания горения в вагранке через специальные отверстия 8, называемые фурмам и, подается воздух (дутье), нагнетаемый вентилятором. Расплавленный чугун по поду 9, расположенному в нижней части шахты, стекает через специальное отверстие и желоб в копильник 10. В начале работы в вагранку загружают слой кокса высотой 500—1500 мм и поджигают его. Этот слой кокса называется холостой колошей. Затем на холостую колошу загружают рабочую коксовую колошу, флюс и первую порцию металлической шихты. После загрузки материалов через фурмы подают воздух, необходимый для горения топлива. В плавильном поясе чугун и шлаки расплавляются и стекают в горн вагранки. Образующиеся газы, поднимаясь вверх, нагревают металлическую шихту и топливо, а затем уходят в трубу.

По мере сгорания кокса и плавления чугуна загружаемая в вагранку шихта опускается вниз, а на ее место загружают новые порции шихтовых материалов. В процессе плавки жидкий чугун скапливается в горне вагранки. Шлак всплывает на поверхность чугуна и периодически выпускается через шлаковую летку. Накопившийся чугун сливается через летку по желобу в специальный копильник, а затем в ковш. Производительность вагранок 0,5—30 т чугуна в час.

В целях пожарной безопасности и предохранения от загрязнения окружающей местности вагранки снабжают искрогасителями, которые одновременно являются и пылеуловителями.

Для плавки стали в литейных цехах используют мартеновские и электродуговые печи с основной и кислой футеровкой, а также индукционные тигельные печи.

На рис. 36 показана схема дуговой электропечи. Источником тепла в этой печи является электрическая дуга, возникающая между расплавом 3, находящимся в ванне печи 4, и тремя графитовыми электродами 1 (проходящими через свод печи 6), по которым подается электрический ток. Вместимость таких печей составляет 1,5—10 т. Длительность плавки 1,5—4 ч. Приготовленный металл выливается при наклоне печи, осуществляемом специальным механизмом, через желоб 5. Загрузка шихты в печь производится через окно 2 или через свод печи, поднимаемый и поворачиваемый специальным механизмом.

Плавка стали в дуговой электрической печи состоит из следующих операций: заправки электропечи, завалки шихты, расплавления шихты и разливки готовой стали.

Индукционная печь (рис. 37) состоит из каркаса 6, сделанного из немагнитного материала, внутри которого находится индуктор (катушка), выполненный из витков 7 медной трубки, по которым протекает охлаждающая вода. Витки отделены друг от друга изоляцией ‘8. Плавильный тигель 5 в этой печи выполнен из набивной футеровки. Верхние части футеровки 1 и 3 и ее нижняя часть 4 делают из фасонных огнеупорных кирпичей, слой 2 выполняется огнеупорной обмазкой. Источником тепла в этих печах является индукционный ток, возбуждаемый в загруженной в тигель шихте при пропускании по индуктору переменного тока повышенной частоты.

Читать также: Приспособления для деревообрабатывающих станков своими руками

Рис. 38. Дуговая однофазная электропечь для плавки медных сплавов

Плавка цветных сплавов производится в тигельных печах с мазутным или газовым отоплением, в электрических печах сопротивления, а также в дуговых или индукционных электрических печах.

Медные сплавы плавят в тигельных, пламенных и электрических печах. Наиболее широко применяют дуговые однофазные электрические печи типа ДМК (рис. 38). Печь представляет собой металлический барабан 1, футерованный огнеупорным кирпичом 2. Тепло, необходимое для расплавления меди, создается электрической дугой, возникающей между двумя горизонтально расположенными электродами 3. Установленный на роликах 4 барабан 1 может поворачиваться на определенный угол двигателем и зубчатой передачей.

Шихтовые материалы загружают через рабочее окно, снабженное желобом, по которому выпускают готовый расплав. Для выплавки медных сплавов шихтовыми материалами служат чушки, машинный лом, отходы собственного производства и т. д. В процессе плавки меди, цинка и свинца выделяются вредные газы и пары, поэтому плавильные печи снабжают мощной вытяжной вентиляцией.

Алюминиевые сплавы плавят в тигельных и пламенных печах, электрических печах сопротивления и индукционных печах. На рис. 39 показана тигельная печь с газовым обогревом для плавки алюминиевых сплавов. Печь имеет огнеупорную футеровку 1, внутрь которой вставлен чугунный тигель 2. Газ подводится в горелку 4 и сгорает в пространстве между футеровкой и тиглем. Отверстие 3 предусмотрено для выпуска металла при прогорании тигля. Продукты горения и газы из сплава отводятся вытяжным колпаком 5. Печь подвешена цапфами на боковых опорах и может наклоняться с помощью штурвала и червячной передачи.

В отличие от промышленного оборудования, самодельная печь для плавки металла — компактное приспособление. На таком портативном оборудовании можно вести выплавку, закалку или плавку цветных металлов.

Плавка металла и чугуна

Печь для плавки металла представляет собой корпус, изготовленный из шамотного кирпича. Связующим элементом является глина. Топка предназначена для горения угля. Снизу предусматривается отверстие, через которое ведется наддув в пекло. Внизу размещается чугунная решетка, которая называется колосником. На ней выкладывается кокс или уголь. Его можно снять со старой печи. Иногда огнеупорный кирпич, при формировании корпуса, укладывается на ребро. Готовая конструкция скрепляется снаружи металлическим поясом.

Печь для переплавки металлов должна иметь тигель. Это может быть эмалированный или чугунный казанок. Месторасположение тигля — рядом с горящим коксом. С целью улучшения поддува рядом устанавливают вентилятор. Оборудование применяется для выплавки стали, но можно использовать как печь для выплавки чугуна.

Печи для приготовления и плавки литейных сплавов

Индукционная печь состоит из огнеупорного тигля, вмещающего в себя от 1 до 30 т расплава. Загружаемые в печь металлы нагреваются и плавятся за счет тепла, выделяющегося в самом металле при преобразовании в нем электрической энергии индуктируемой специальной обмоткой ( индуктором), окружающей тигель снаружи.

Дуговая вакуумная печь состоит из водоохлаждаемого тигля (кристаллизатора), изготовленного из сплава того же состава, что и выплавляемый в печи, или из меди. Кристаллизатор герметизирован и соединен с камерой, находящейся под вакуумом, что обеспечивает высокое качество получаемых в печи сплавов. Сплавы получаються при плавлении под действием электрической дуги расходуемого электрода.

Электрические печи для плавки металла

Основу такой печи составляет асбест, который можно заменить кафелем. Электроды, установленные в плавильной печи своими руками должны иметь напряжение 25 В.

Изготавливаются они в следующем порядке:

• Вытачиваются из щеток электрического мотора.
• Сбору сверлятся отверстия 6 мм.
• В них пропускается провод, сечением 5 мм.
• Для закрепления проводки вбивается гвоздь.
• С целью улучшения контакта с графитом, напильником, делаются насечки.

В качестве теплоизолятора, внутри печи выкладывается слюда. При подключении к сети нужно использовать понижающий трансформатор. После изготовления, печь включается и работает некоторое время в холостом режиме.

Переплавные печи

Плазменные, электроннолучевые, электрошлаковые и вакуумные дуговые печи некоторых типов работают на расходуемых электродах, специально выплавляемых в других агрегатах. Поэтому печи этих типов часто вы­деляют в особую группу переплавных печей. Некоторые типы переплавных печей, в связи с их относительно про­стой конструкцией носят названия установок, например установки электрошлакового переплава.

Электропечи классифицируются и по ряду других признаков: конструкции, типу футеровки и т. д.

Муфельная печь

Муфельные печи часто используются для термообработки деталей. Такое оборудование характеризуется большим температурным диапазоном, от 20 до 1000 градусов.

Муфельная печь для закалки металла работает на разных видах энергии. Однако в домашних условиях лучше применять агрегат, работающий на электроэнергии. Закаливание ведется в муфеле печи.

Муфельная печь своими руками изготавливается за несколько этапов:

• Изготовление муфеля ведется из шамотного кирпича. Из-за круглой формы корпуса печи, у них скашиваются углы. В каждом кирпиче выбираются канавки, куда ведется закладка спирали.
• Если муфельная печь для плавки изготавливается из духовки, то внутри она обкладывается огнестойким кирпичом. В кладке прорезаются канавки для спирали.
• Изготовленная из огнеупорного кирпича камера, помещается в корпус, сделанный из стали. На дно укладывается изоляция. Зазор между боковыми стенками камеры и корпуса составляет 4 см, куда вставляется утеплитель. Верх состоит из 2 слоев металла и утеплителя.
• В корпусе сверлятся отверстия, и через них выводятся концы спирали, которые подключаются к сетевому кабелю.
• В случае использования духовки, утеплитель не требуется. Он в ней уже предусмотрен.

Читать также: Токарный станок 1у61 технические характеристики

Индукционная печь своими руками

В повседневную жизнь печи, работающие по принципу электромагнитной индукции, пришли из промышленности.

В металлургической отрасли они применяются для плавки цветных и черных металлов.

Конечно, для того, чтобы индукционные отопительные приборы стали пригодны для использования в бытовых условиях, их конструкция претерпела ряд кардинальных изменений. Неизменным остался только принцип преобразования энергии.

Рассмотрим, как можно сделать простейшую индукционную печь своими руками.

При изготовлении необходимо помнить о некоторых важных моментах, влияющих на скорость правления металла.

Это:

• мощность;
• частота;
• вихревые потери;
• интенсивность теплопередачи;
• потери на гистерезисе.

Конструкция индуктора очень проста.

Центром его является электропроводящая заготовка, как правило, графитовая или металлическая.

Вокруг заготовки наматывается провод. Питание осуществляется от мощного генератора, способного запускать токи разной частоты.

В результате вокруг индуктора образуется электромагнитное поле. Оно, в свою очередь, создает вихревые токи в заготовке. Под воздействием токов графит и металл сильно разогреваются и их тепло передается окружающему воздуху помещения.

Во время работы индукционного нагревателя создается высокая температура. Именно этим и объясняется применение подобных печей в промышленности.

Получаемых температур достаточно для плавки и поверхностной закалки металлов, термической обработки металлических заготовок.

В быту индукторы стали применяться относительно недавно.

Необходимо правильно подобрать все необходимые детали схемы для получения достаточных условий для плавки в мастерской.

Если агрегат собирают своими руками, частота генератора должна составлять 27,12 МГц. Катушку следует делать из провода или тонкой медной трубки, при этом не должно быть больше 10 витков.

Мощность электронных ламп должна быть большая.

Схема предусматривает установку неоновой лампы, которая будет использоваться в качестве индикатора готовности устройства. В схеме также предусмотрено применение дросселей и керамических конденсаторов.

К домашней розетке подключение осуществляется через выпрямитель.

Индукционная печь, изготовленная своими руками, выглядит следующим образом: небольшая подставка на ножках, к которой крепится генератор со всеми необходимыми деталями схемы. А уже к генератору подключается индуктор.

Самодельная индукционная печь не таит в себе никаких сложностей, чтобы её не смог собрать обычный человек, хоть немного знакомый с электротехникой.

У неё всего три основных блока:

• Генератор.
• Индуктор.
• Тигель.

Индуктор – медная обмотка, которую можно смастерить самостоятельно. Тигель придётся искать или в соответствующих магазинах, или доставать иными способами. А в качестве генератора могут быть использованы: сварочный инвертор, собственноручно собранная транзисторная или ламповая схема.

Самодельные индукционные печи чаще всего применяются для обогрева помещений.

Небольшие тигельные конструкции хорошо подходят для плавки и обработки металлов в небольших объемах, например, при самостоятельном изготовлении ювелирных украшений или бижутерии.

Индукционная плита – идеальное решение для дачного домика. Даже в городской квартире самоделки нашли свое применение. Их можно применять в качестве дополнительного нагревателя, на случай сбоев в центральной системе отопления.

Промышленные плавильные установки оснащены системой принудительного охлаждения на воде или антифризе.

Выполнение водяного охлаждения в домашних условиях потребует дополнительных затрат, сопоставимых по цене со стоимостью самой установки для плавки металла.

Выполнить воздушное охлаждение с помощью вентилятора можно при условии достаточно удаленного расположения вентилятора.

В противном случае металлическая обмотка и другие элементы вентилятора будут служить дополнительным контуром для замыкания вихревых токов, что снизит эффективность работы установки.

Важным вопросом использования печи индукционного типа является безопасность.При эксплуатации изготовленной своими руками индукционной печи необходимо принимать меры для защиты пользователя печью от возможного высокочастотного излучения и учитывать возможность ожога индуктором.

Индукционная печь на сварочном инверторе

Самый простой и широко распространённый вариант. Усилия придётся затратить лишь на сооружения индуктора.

Берётся медная тонкостенная трубка 8-10 см в диаметре, и загибается по нужному шаблону. Витки должны располагаться на расстоянии 5-8 мм, а их количество зависит от характеристик и диаметра инвертора.

Закрепляется индуктор в текстолитовом или графитовом корпусе, а внутрь установки помещается тигель.

Индукционная печь, созданная на основе инвертора, не обладает какими-либо установками, которые позволяли бы людям устанавливать нужную температуру воды. Поэтому можно говорить о том, что данное оборудование не является совершенно безопасным для постоянного использования.

Поэтому лучше всего во время процесса формирования индукционной печи предусматривать установку автоматики и устройства контроля. В этом случае можно не только повысить безопасность устройства, но и упростить его использование, а ремонт будет требоваться очень редко.

Чтобы во время использования оборудования не возникало перегрева, необходимо выполнить установку элемента аварийного отключения, которым можно управлять с помощью термостата.

Может быть установлен терморегулятор, оснащенный датчиком температуры.

Можно смонтировать реле, которое обеспечивает размыкание цепи в том случае, если температура теплоносителя достигает определенного уровня.

Индукционная печь на транзисторах

В этом случае придётся поработать не только руками, но и головой. И побегать по магазинам в поисках нужных запчастей. Ведь понадобятся транзисторы разной ёмкости, парочка диодов, резисторы, плёночные конденсаторы, два разных по толщине медных провода и парочка колец от дросселей.

1. Перед сборкой необходимо учитывать, что полученная в итоге схема во время работы будет сильно нагреваться. Поэтому необходимо использовать довольно большие радиаторы.
2. Конденсаторы параллельно собираются в батарею.
3. На дроссельные кольца наматывается медная проволока диаметром 1,2 мм. В зависимости от мощности, витков должно быть от 7 до 15.
4. На цилиндрический предмет, подходящий по диаметру к размерам тигля, наматывают 7-8 витком медной проволоки диаметром 2 мм. Концы проволоки оставляют достаточно длинными для подключения.
5. По специальной схеме всё монтируется на плату.
6. Источником питания может быть 12-вольтовый аккумулятор.
7. Если есть необходимость, можно изготовить текстолитовый или графитовый корпус.
8. Мощность устройства регулируется путём увеличения или уменьшения витков обмотки индуктора.

Собрать такое устройство самостоятельно не просто. И браться за эту работу можно только в том случае, когда есть уверенность в правильности своих действий.

Индукционная печь на лампах

В отличие от транзисторной, ламповая печь получится намного мощнее, а значит, и обращаться и с ней и со схемой придётся осторожнее.

1. Соединённые параллельно 4 лучевые лампы будут генерировать токи высокой частоты.
2. Медную проволоку сгибают спиралью. Расстояние между витками 5 и более миллиметров. Сами витки диаметром 8-16 см. Индуктор должен быть такого размера, чтобы внутри легко помещался тигель.
3. Индуктор помещают в корпус из материала, не проводящего ток (текстолит, графит).
4. На корпус можно поставить неоновую лампу-индикатор.
5. Так же можно включить в схему подстроечный конденсатор.

Индукционную печь можно изготовить самостоятельно, но это не всегда целесообразно. Лучше не браться за такую работу, если нет совершенно никаких знаний в области электрооборудования и физики.

Перед тем как приступить к конструированию даже самого простого устройства, его следует разработать, спроектировать и составить схему. Если нет никакого опыта в изготовлении электроприборов, лучше всего приобрести такой агрегат заводского изготовления.

Плавка алюминия

Изготовить печь для плавки алюминия своими руками вещь реальная. В промышленном производстве, агрегаты с названием — печи карусельного типа — очень дорогостоящие.

Чтобы понять, как сделать печь для плавки алюминия, нужно понять их принцип действия. Существует несколько видов, где проводится плавление цветного металла.

Мини-печь

Берется автомобильный диск и закапывается в землю так, чтобы верхний срез не выступал наружу. Посередине изготавливается отверстие для патрубка. Один конец пропускается в отверстие, а другой выводится наружу. На него одевается кулер, для нагнетания воздуха. Плавильня заполняется углями и алюминиевым ломом. Подается воздух и температура поднимается.

Металлический бак

Изготовить печь для алюминия можно из металлического бака. Например, корпуса стиральной машины с вертикальной загрузкой. Внутренняя часть конструкции выкладывается огнеупорным кирпичом. Снизу монтируется труба для подачи воздуха. Таким образом, получается переносное оборудование.

Из бутылки

Один из необычных способов, каким расплавляют алюминий. Вокруг бутылки наматывается проволока нихром. Предварительно поверхность бутылки смазывается маслом. Сверху наносится смесь жидкого стекла и глины. Просушивание ведется в течение недели. Затем наматывается еще слой проволоки и наносится глина. После 7 дней, бутылка вынимается и остается только термостойкая оболочка. К концам проволоки подключается напряжение для накаливания нихрома, а в очаг загружается сырье.

Преимущества индукционных печей

• Высокая чистота получаемого расплава.

  В других типах металлоплавильных термопечей обычно имеется прямой контакт теплоносителя с материалом, и, как следствие, — загрязнение последнего.

  В индукционных печах нагрев производится поглощением внутренней структурой проводящих материалов электромагнитного поля индуктора. Поэтому такие печи идеальны для ювелирных производств.

• Для термических печей главной проблемой является уменьшение содержания в расплавах черных металлов фосфора и серы, ухудшающих их качество.
• Высокий кпд индукционно плавильных устройств, доходящий до 98%.
• Большая скорость плавки благодаря нагреву образца изнутри и, как следствие высокая производительность ИПП, особенно для маленьких рабочих объемов до 200 кг.
• Разогревание муфельной электропечи с загрузкой 5 кг происходит в течение нескольких часов, индукционной печи — не более часа.
• Аппараты с загрузкой до 200 кг просты в размещении, монтаже и эксплуатации.

Плавка свинца

Электрическая печь для плавки свинца состоит из следующих элементов:

• Круглый кожух, сделанный из нержавейки, внутри которого проложен утеплитель. Он прикреплен кронштейнами к стене.
• Снизу подводится промышленный ТЕН.
• Сверху расположен клапан поворотного типа.
• Датчик, который находится на расстоянии 3 см от дна.
• Сбоку расположен температурный регулятор.

Устанавливая регулятор на определенную температуру, прогреваем прибор. Находящийся внутри свинец плавится. В конце плавки, под низ подводится форма и открывается клапан. Расплавленный свинец заполняет внутреннее пространство формы.

Классификация металлургических печей.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Промышленная печь – устройство для тепловой обработки материалов. Классификация печей: по принципу теплогенерации, по технологическому назначению, по конструктивным отличиям.

1.Классификация печей по принципу теплогенерации.

Генерация теплоты в печи происходит путем превращения химической или электрической энергии в теплоту. В зависимости от источника тепловыделения печи делятся на топливные, автогенные и электрические. Топливные печи.

В топливных печах источником теплоты является химическая энергия твердого, жидкого или газообразного топлива. Теплота выделяется в результате сгорания топлива. Теплоносителями являются газообразные продукты сгорания топлива – дымовые газы. Топливные металлургические печи подразделяются на два класса: пламенные и слоевые. Рабочее пространство пламенных печей в малой степени заполнено обрабатываемым материалом, который располагается на поду. Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу. Современные пламенные печи работают на газообразном или на жидком топливе – мазуте. Для сжигания газообразного топлива служат горелки, для сжигания мазута – форсунки.

К классу пламенных печей относятся сталеплавильные (мартеновские) печи, разнообразные печи прокатного и кузнечно-прессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом. Известны три разновидности слоевых топливных печей: с плотным, «кипящим» и со взвешенным слоем обрабатываемого материала. В вертикальных шахтных печах с плотным слоем шихта, в состав которой может входить и твердое кусковое топливо, расположена по всему объему печи и медленно опускается сверху вниз. Горячие газы – продукты горения

топлива – движутся через слой между кусками шихты снизу вверх, т.е. в противотоке. Шахтные печи с плотным слоем шихты широко распространены в металлургии. К ним относятся доменные печи, вагранки, печи для производства извести путем обжига известняка. В печах с «кипящим» слоем под действием движущихся снизу вверх газов размельченная шихта, в состав которой может входить и размельченное топливо, разуплотняется. Отдельные частицы шихты потоком газов поднимаются над слоем подобно кипящей жидкости. Иногда вместе с воздушным дутьем снизу в печь подают газообразное топливо. В основном эти печи используют в цветной металлургии для обжига и сушки материалов. В печах со взвешенным слоем обрабатывают материалы, доведенные до пылевидного состояния. Каждая частица материала находится во взвешенном состоянии под действием потока газов, идущего снизу вверх, и движется вместе с потоком. Применяют в этих печах размолотое и газообразное топливо. В основном эти печи используют в цветной металлургии для плавки сульфидов цветных металлов.

Автогенные печи.

Источником теплоты в этих печах является тепловой эффект экзотермических реакций окисления и горения ряда элементов, содержащихся в обрабатываемых материалах. В черной металлургии примером автогенных печей являются кислородные, сталеплавильные конвертеры и двухванные сталеплавильные печи. В них при продувке жидкого чугуна кислородом происходит окисление углерода и ряда других элементов с выделением теплоты. Этот процесс не требует расхода топлива. В мартеновской печи, наряду с выделением теплоты сгорания топлива, происходит тепловыделение от окисления углерода и других элементов, содержащихся в жидкой ванне. Такие печи занимают промежуточное положение между топливными и автогенными печами. Электрические печи.

По способу преобразования электрической энергии в теплоту можно выделить три класса печей, применяемых в металлургии: электродуговые, индукционные и печи сопротивления. В дуговых печах используется

принцип пропускания электрического тока через газовый промежуток между двумя электродами. Под действием электрического напряжения газ между электродами ионизируется и становится электропроводным. При этом в газовом промежутке возникает электрическая дуга, представляющая собой яркосветящуюся смесь электронов, положительных ионов, атомов и молекул. Дуга является зоной, в которой энергия электричества преобразуется в теплоту, при этом температура дуги составляет от 3000 до 20000 К. В индукционных печах используется свойство переменного электрического тока создавать вокруг проводника переменное магнитное поле. Если поместить в такое поле нагреваемое тело, являющееся проводником, то в нем будут индуктироваться вихревые токи. Энергия вихревых токов преобразуется в теплоту, которая выделяется внутри нагреваемого тела. Работа так называемых печей сопротивления основана на действии закона Джоуля-Ленца, согласно которому при протекании тока в проводнике выделяется теплота, пропорциональная его электрическому сопротивлению. В печах сопротивления можно использовать постоянный и переменный ток. В металлургии электрические печи применяют для выплавки стали, производства ферросплавов, для нагрева металла перед обработкой давлением и при термической и термохимической обработке металлоизделий.

2.Классификация печей по технологическому назначению и по режиму работы.

По технологическому назначению металлургические печи разделяют на плавильные и нагревательные. Плавильные печи служат для получения и переплавки металлов. В этих печах материалы, как правило, изменяют своё агрегатное состояние. Плавильные печи могут быть чугуноплавильными, сталеплавильными, медеплавильными и т.д.

Нагревательные печи служат для нагрева материалов без изменения их агрегатного состояния.

Нагревательные печи применяют в металлургии для обжига огнеупорных изделий, известняка, магнезита, для сушки материалов, для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением, для термической обработки металла с целью изменения его структуры и механических свойств.

По режиму работы печи

можно разделить на два класса: непрерывного и периодического (циклического) действия. К печам непрерывного действия относятся рудовосстановительные дуговые печи, шахтные слоевые печи, такие печи прокатного производства, как методические печи с шагающими подом или балками, кольцевые и роликовые печи. В этих печах технологический процесс идет непрерывно, материалы, как правило, перемещаются от загрузочных устройств к устройствам для выпуска готовой продукции. К печам периодического действия относятся сталеплавильные дуговые и мартеновские печи, конвертеры, нагревательные колодцы, садочные камерные печи с выкатным и с неподвижным подом, применяемые в кузнечно — прессовом производстве и в термических печах и отделениях. Эти печи работают циклами. Цикл состоит из последовательных операций загрузки шихты или изделий, их тепловой обработки и затем выпуска или выгрузки готовой продукции.

4.

Паропровод диаметром d1/d2= 160/170 мм покрыт слоем изоляции толщиной δ = 80 мм с коэффициентом теплопроводности, зависящим от температуры следующим образом λиз = 0,062(1 + 0,363*10-2t) Вт/(м*град). Определить потерю теплоты с 1 погонного метра паропровода и температуру на внутренней поверхности трубопровода, если температура наружной поверхности трубы t2 = 2500C, а температура внешней поверхности изоляции tиз = 400С.

Решение:

Потеря теплоты с 1 погонного метра паропровода:

ql = (t2 — tиз)*π/[1/2 λиз*ln(d3/d2)],

где d2 = 170 мм – диаметр наружной поверхности трубы;

d3 = d2 + 2 δ = 170 + 2*80 = 330 мм – диаметр внешней поверхности изоляции.

Коэффициент теплопроводности изоляции:

λиз = 0,062(1 + 0,363*10-2(t2 + tиз)/2) = 0,062(1 + 0,363*10-2(250 + 40)/2) =

= 0,095 Вт/(м*град).

ql = (250 — 40)*3,14/[1/2*0,095*ln(0,330/0,170)]= 189 Вт/м.

Так как теплопроводность стационарная, то справедливо равенство

ql = (t2 — tиз)*π/[1/2 λиз*ln(d3/d2)] = (t1 – t2)*π/[1/2 λст*ln(d2/d1)], отсюда получаем температуру на внутренней поверхности паропровода:

t1 = t2 + (ql/π)*1/2λст*ln(d2/d1)] = 250+(189/3,14)*1/(2*50)*ln(0,17/0,16) = 250,10C,

где λст = 50 Вт/(м*град) – коэффициент теплопроводности стальной стенки паропровода.

5

.Определить коэффициент теплопроводности материала стенки, если при толщине δ = 40 мм и разности температур на поверхностях ∆t = 200C плотность теплового потока составляет q = 145 Вт/м2.

Решение:

Плотность теплового потока через стенку:

q = ∆t*λ/δ, отсюда коэффициент теплопроводности материала стенки равен:

λ = q *δ/∆t = 145*0,040/20 = 0,29 м Вт/(м*град).

Литература

1.Ляшков В.И.2002г. «Теоретические основы теплотехники»

2.Чечёткин А.В.1986г «Теплотехника»

3.Тепловые устройства в чёрной металлургии: Учебник для вузов/Филимонов Ю.П.,Старк С.Б.,Морозов В.А.,-М.:Металлургия,1974,520с.

4. Ерохин В.Г. 1979 г. Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники.

⇐ Предыдущая2

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Плавка меди

В домашних условиях для плавки меди можно использовать материал пенобетон. Вырезается из такого материала 2 цилиндра, диаметром 100 мм. Высота одного 100 мм, а второго 15. Накладывая один на другой, сверлится посередине отверстие диаметром 15 мм. В большем цилиндре, посередине, изготавливается отверстие в виде воронки на глубину 85 мм. В середине цилиндра, с наружной стороны, прорезается канавка и ведется стяжка проволокой. Она нужна для того, чтобы деталь не развалилась от температуры.

На газовую плиту, ставится переходник. Сверху располагается больший цилиндр так, чтобы конусная воронка была направлена вверх. Сверху накрывается маленьким цилиндром с отверстием. Зажигая горелку, опускают кусочек медного стержня в маленькое отверстие до упора в стенку воронки. Через минуту стержень расплавится.

Печи сопротивления

Печи сопротивления характеризуются выделением те­пла в специальных нагревательных элементах или ис­ходных материалах в результате прохождения через них электрического тока. В печах сопротивления косвенного нагрева нагревательные элементы выполняют в виде угольных, графитовых и карборундовых электродов, в виде засыпки (угольная крупка), а также в виде нагревательных трубок. Печи косвенного нагрева кон­струкции С.С. Штейнберга и И. П. Грамолина (рис.25, а) применяются преимущественно в цветной металлургии. Недостатком этих печей является частый выход из строя контактов и трудность замены электродов в процессе плавки.

Печь Таммана (рис. 25.б) в связи с простотой кон­струкции и возможностью плавного регулирования тем­пературы в большом диапазоне температур (до 2000° С) широко используется в лабораториях.

К печам сопротивления относятся и установки электрошлакового переплава, тепло в которых выделяется при прохождении тока через шлак, в результате чего расходуемый электрод, опущенный в шлак, плавится.

Плавка золота и серебра

Печь для плавки золота легко сделать в домашних условиях. Она применима и для плавки серебра.

Порядок работы следующий:

• Берется шамотный кирпич и разрезается на 2 части. Победитовым сверлом диаметра 48 мм, делается в одной половинке, в середине, сквозное отверстие. А во второй отверстие сверлится на половину высоты.
• Через отверстие, проводится спираль и обе половинки стягиваются болтами, отверстия для которых сверлятся с боков.
• Сверху устанавливается графитовый тигель.
• Изготавливается металлический каркас и обе половинки вставляются в него.
• Все боковые зазоры замазываются глиной.
• К выведенным концам спирали подводится напряжение.
• В тигель бросаются куски золота или серебра.
• В процессе нагрева идет расплавление цветного металла.

Изготовление печей для плавки металла своими руками процесс сложный, но выполнимый. Для этого нужно изучить характеристики видов оборудования. Определиться какое из них наиболее предпочтительно к данным условиям. Затраты на изготовление быстро себя окупят.

На крупных предприятиях системы Вторчермета экономически выгодно производить не только первичную переработку металлолома, но также и его плавление с последующей прокаткой полученных полуфабрикатов — слитков. Этим повышается рентабельность функционирования таких предприятий, поскольку эксплуатационные затраты на приобретение оборудования окупаются быстрой реализацией продукции. Она, при условии соблюдения технических норм производства, оказывается практически того же качества, что и сталь, выпущенная на специализированных металлургических комбинатах. Первым звеном в этой цепи являются печи для выплавки металла из металлолома.

Читать также: Станина для циркулярной пилы своими руками чертежи

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или частного дома зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

Схема индукционного водогрейного котла

• Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
• Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
• Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
3. КПД – более чем 99,5%
4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
6. Не требует отдельного заземления.
7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Виды печей для получения слитков из металлолома

Из всего многообразия плавильных агрегатов, предназначенных для плавки металлолома, наибольшее практическое применение находят два вида: электродуговые печи и печи электрошлакового переплава. Первые более подходят для производств со сравнительно небольшим товарооборотом, вторые – более производительные и позволяющие автоматизировать процесс выплавки – устанавливаются на крупных предприятиях.

Каждый из указанных типов плавильного оборудования имеет свои преимущества и недостатки. Например, дуговые печи отличаются более высоким КПД и возможностью в одном и том же агрегате производить плавку различных сортов стали. В свою очередь, в печах электрошлакового переплава металл получается более высокого качества. Например, в слитках, полученных этим способом, отсутствует газовая пористость, а конечный металл выходит гораздо более чистым, что способствует увеличению спроса на него. В отличие от электродуговых печей печи электрошлакового переплава могут быть заказаны и на неспециализированных металлообрабатывающих производствах.

Оба типа оборудования одинаково подходят для получения не только чёрных, но и цветных металлов. Преимущество дуговых печей при этом заключается в том, что для строительства таких печей потребуются значительно меньшие площади.

Печи для нагрева и термической обработки цветных металлов

Методическая печь обычно имеет прямоугольное рабочее пространство, вытянутое по горизонтали. Нагреваемые изделия непрерывно передвигаются механическими толкателями от загрузочного торца печи к торцу выгрузки нагретых изделий. Температура методической печи по ее длине не одинакова и имеет максимальное значение на стороне выгрузки изделий. Топливо подается в методическую печь со стороны выгрузки изделий, а отходящие газы отводятся через отверстия в поду в воздухоподогреватели.

Камерная печь отличается от методической печи несколько меньшими размерами и периодичностью в работе, так как нагреваемые изделия неподвижно лежат на поду от начала и до конца нагрева, после чего происходит смена всей садки печи. Температура по всему рабочему пространству камерной печи одинакова. Нагревательные и термические печи для цветных металлов и сплавов во многих случаях работают на электронагреве.

Электродуговые печи для плавки лома

Наиболее компактная печь электродугового переплава состоит из следующих узлов:

Устройство дуговой печи

1. Графитизированных электродов, с помощью которых к расплавляемой массе металла подводится электрический ток (с увеличением числа электродов производительность агрегата возрастает, но их увеличение более трёх параллельно и усложняет конструкцию печи).
2. Цилиндрического стального корпуса, которые внутри облицлван кислыми или щелочными футеровочными материалами.
3. Подиной, куда загружается исходный материал (лом).
4. Огнепрочного свода с отверстиями, через которые подводятся электроды.
5. Узла выпуска готового расплава с отводящим жёлобом.
6. Привода для поворота и наклона корпуса для слива полуфабриката.
7. Опорной рамы.

Для функционирования такой печи при переплавке подготовленных металлоотходов потребуется шихта – добавки и примеси, обеспечивающие получение металла необходимого качества. При выплавке легированных сталей достаточно иметь на подине сырьё необходимого химического состава. В условиях действующих предприятий Вторчермета это выполнить трудно, поскольку необходима предварительная и точная сортировка металлолома по сорту стали.

Электродуговая печь Siemens

В состав сырья для загрузки печи входят:

• Предварительно размельчённый или порезанный для мерные фрагменты металлолом;

• Чушки из передельного чугуна;

• Кокс или бой электродов;

• Известь, предназначенную для раскисления.

Процентный состав составляющих должен быть точно рассчитан для получения стали необходимого качества в соответствии с требованиями ГОСТ 1050. На практике это возможно далеко не всегда, поэтому в большинстве случаев ограничиваются выплавкой стали с заданными механическими свойствами, т.е., обыкновенного качества по ГОСТ 380.

Получение стали происходит в следующей последовательности. После опускания электродов до контакта с ломом, включают ток и производят расплавление сырья. В подаче воздуха в рабочее пространство печи происходит окисление компонентов сырья, а образующиеся шлаки связывают вредные добавки – серу и фосфор. При достижении температуры расплава более 1560 0 С, производится удаление шлаков, после чего выполняют раскисление жидкого металла алюминием и силикатами кальция. Готовую продукцию по жёлобу сливают в подготовленные под заливку формы.

Старый советский обучающий фильм — Устройство дуговой электросталеплавильной печи (современные конструкции печей принципиально ни чем не отличаются).

Печи для обжига сырья и полупродуктов

Многоподовая печь представляет вертикальный цилиндр диаметром 4—8 м и высотой 4—12 м, разделенный по высоте горизонтальными подами. Исходная шихта загружается на верхний под и последовательно перемещается с пода на под перегребающим устройством, состоящим из центрального вала и рукоятей с гребками. Топливо и воздух подаются в печь через окна, имеющиеся на каждом поду.

Барабанная вращающаяся печь имеет форму горизонтально расположенного цилиндра диаметром 2—5 м и длиной 20— 150 м. Шихта и топливо поступают в печь обычно с противоположных концов печи. Движение шихты происходит вследствие вращения и некоторого наклона самой печи.

Агломерационная машина состоит из непрерывно движущейся цепочки стальных решеток шириной 1—4 м и длиной 10—50 м. Шихта насыпается слоем на поверхность решеток и зажигается в голове машины, а воздух, необходимый для обжига, просасывается через слой материала на решетках.

Печь для обжига в кипящем слое представлена камерой, имеющей поперечный размер 2—8 м и высоту 3—15 м. Воздух, поступающий в печь через под с большим числом отверстий, поддерживает обрабатываемый материал в состоянии непрерывного движения, напоминающего кипение жидкости.