Предварительный расчет

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1722

Активная мощность печи, кВт

(4.1)

где М – емкость печи, т;

i – теплосодержание металла при температуре нагрева. Для алюминия i = 720 кДж/кг; для латуни i = 650 кДж/кг; для чугуна i = 1100 кДж/кг; для цинка i = 300 кДж/кг;

η – полный КПД печи. Предварительно выбирают равным 0,75...0,85;

τ₁ – длительность плавки, ч.

При выборе числа фаз печи не следует печи мощностью свыше 200…300 кВт при наличии устройства для компенсации соsφ проектировать однофазными, так как это может вызвать большую неравномерность загрузки фаз. В этом случае следует выбирать двухфазные или трехфазные печи, либо применять несколько однофазных единиц. Выбор между двух- и трехфазными печами можно сделать, начертив размерный эскиз обоих вариантов печи и сравнив формы ванны. Если ванна получается слишком узкой или низкой, это значит, что следует выбрать двухфазную печь.

Активная мощность индуктора однофазной печи в кВт

Активная мощность индуктора двухфазной печи в кВт

,

(4.3)

Активная мощность индуктора для трехфазной печи в кВт

,

(4.4)

Количество индукционных единиц, шт:

,

(4.5)

где Р_с - рекомендуемая мощность индукционной единицы, кВт.

для алюминия Р_с = 200 кВт;

для латуни и цинка Р_с = 350-400 кВт;

для чугуна Р_с = 500 кВт.

Число индукционных единиц округляем до целого числа.

Сечение стали магнитопровода, м²

(4.6)

где Р_И – активная мощность индукционной единицы;

С – коэффициент зависящий от конструкции трансформатора печи. Для стержневого трансформатора (сердечник выполнен П-образным) коэффициент С равен: для однофазного - 0,3; для трехфазного - 0,18; для броневого трансформатора (сердечник выполнен Ш-образным) коэффициент с равен: для однофазного - 0,34; для трехфазного - 0,2.

ψ– отношение массы стали магнитопровода к массе меди. Для водяного охлаждения ψ=25...30, для воздушного принудительного охлаждения ψ=0,9...1,3;

В_м– предельно допустимая индукция в магнитопроводе. В_м=0,9...1,2 Тл;

j_И– плотность тока в индукторе. При воздушном принудительном охлаждении j_i<4 A/мм², при водяном охлаждении j_i<10 A/мм²;

f– частота питающего тока, Гц. Канальные печи питаются током промышленной частоты f = 50 Гц;

cos φ – коэффициент мощности индуктора (для чугуна 0,7-0,8; для алюминия и меди 0,4-0,45, для латуни, цинка и бронзы 0,64-0,7).

Допустимое минимальное сечение должно быть не менее 0,03 м².

Сечение магнитопровода с учетом изоляции между пластинами, м²

(4.7)

где k_ИЗ - коэффициент, учитывающий толщину изоляции (табл. 4.1).

Таблица 4.1 – Значения коэффициента заполнения сталью
магнитопровода печного трансформатора

Форма поперечного сечения стержня при небольшой мощности трансформатора квадратная или прямоугольная, а при значительной мощности – крестообразная или ступенчатая

Диаметр окружности, описанной вокруг сердечника магнитопровода, м

(4.8)

где k_d– коэффициент заполнения окружности сердечника магнитопровода, зависящий от числа ступеней сердечника. Для квадратного сечения k_d= 0,64. Для ступенчатого сечения при числе ступеней 2, 3, 4 и 5 соответственно k_d= 0 ,785 ; 0,81; 0,83; 0,85.Чем выше мощность печного трансформатора, тем больше число ступеней сердечника. Выбрав число ступеней, можно найти наивыгоднейшую ширину каждой ступени, дающую наибольшую величину для коэффициента k_d.

Число витков индуктора, шт

(4.9)

где U_И– напряжение на индукторе, В. Номинальное напряжение на индукторе не превышает 1000 В и чаще всего соответствует стандартному напряжению сети 220, 380 или 500 В при питании от электропечного трансформатора.

Ток в индукторе, А

(4.10)

Сечение меди индуктора, мм²

.

(4.11)

По полученному значению выбираем медную трубку. 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 (обращенной к каналу) 10…15 мм (табл. 3.2) или равностенная с толщиной стенки 2…5 мм (табл. 3.3).

Внутренний диаметр индуктора, м

где b_из– толщина изолирующего цилиндра при зазоре между сердечником и индуктором, м. Индуктор изолируют киперной, асбестовой лентой или лентой из стеклоткани b_{из .а}= 2…3 мм, b_{из .ст .т.}= 1…2 мм.

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 b_И≥ 1,57 ∆₁, где b_И- радиальный размер провода индуктора, ∆₁- глубина проникновения тока в материал индуктора.

Средний диаметр индуктора, м

Наружный диаметр индуктора, м

Высота индуктора, м

где h_Т.И – высота трубки индуктора, м;

δ_из – толщина межвитковой изоляции, м.

(4.16)

где k_З.И – коэффициент заполнения индуктора. Принимают в пределах 0,75…0,9;

b_Т.И – радиальный размер трубки индуктора, м.

Ток в канале печи, А

Площадь сечения канала, м²

(4.18)

где j_К– предельно допустимая плотность тока в канале печи,А/мм². Для алюминия j_К = 6 А/мм² (в печах с вертикальными каналами), j_К = 10 А/мм² (в печах с горизонтальными каналами); для латуни и цинка j_К = 12 А/мм²; для чугуна: в режиме миксера j_К = 3,5 А/мм², в плавильном режиме j_К = 8 А/мм².

При выборе формы поперечного сечения канала следует стремиться к максимальной величине cosφ, для чего необходимо соблюдать условие

где Δ₂– глубина проникновения тока в расплавленный металл, м

(4.20)

где ρ₂– удельное электрическое сопротивление металла, Ом·м.Лишь для алюминия толщину каналов приходится брать значительно большей по избежание быстрого зарастания их, – она берется не меньшей, чем 80…100 мм.

Высота сечения каналов h_К для большинства металлов берется в пределах h_К = (3…5) ∙ b_К. Лишь для алюминия принимают h_К = b_К (в печах с вертикальными каналами).

Осевой размер канала прямоугольного сечения, м

(4.21)

Проверяем отношение размеров канала. Если , то принимаем два параллельных канала с осевым размером, м

Перемычка между каналами, м

Диаметр проема подового камня, м

где d_В– расстояние от наружной поверхности индуктора до внутренней поверхности проема подового камня. При воздушном охлаждении подового камня рекомендуется принимать d_В≥ 0 ,015 м. 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 нем водой для охлаждения.

Внутренний диаметр канала, м

где d_Ф – толщина футеровки канала. В печах для плавки сплавов на медной основе и цинка d_Ф составляет 65 − 70 мм, для плавки алюминия 70 − 120 мм, для плавки чугуна 120 − 140 мм.

Толщина наружной части футеровки канала d_Ф.Ндолжна быть больше толщины футеровки между каналом и проемом подового камня d_Ф. Принимают d_Ф.Н = 0,1 –0,25 м.

На основании полученных данных выполняют эскиз (рис.4.1).

Рисунок 4.1 – Эскиз к расчету параметров системы «индуктор – канал»