Тигельная печь и ее особенности

Подобные устройства относятся к группе электротермического оборудования, основным предназначением которого является нагревание либо плавка разных металлов и сплавов. Благодаря образованию электрического поля вокруг обрабатываемого материала внутри печи осуществляется его прогрев, за счет перехода электроэнергии в тепловую, через воздействие индукционного тока.

Тигельная печь очень популярна во многих сферах производства и обработки материалов. с ее помощью производят выдержку и плавку высококачественной стали, чугуна, цветных металлов, а также драгоценных металлов. Благодаря применению плавильных печей стало возможным создавать вид металла, имеющего точный химический состав, повышенную степень однородности и чистоту. Помимо этого, тигельную печь часто применяют в паре с другими типами плавильных агрегатов для достижения требуемого химического состава возделываемого вещества. Иногда такие устройства могут эксплуатироваться в качестве миксера-капельника, для поддержания расплавленного металла в жидком виде на протяжении долгого времени.

Что такое тигельная печь?

Приспособление являются электрическим устройством, предназначенным для расплавки либо переплавки шихты. Основной элемент, где и происходит процесс нагрева материала называется тиглем, который в большинстве случаев выполнен из графитовой смеси. Существует много разновидностей модификаций индукционных тигельных печей, каждая из которых имеет отличные характеристики и высокую производительность.

Индукционная тигельная печь: принцип работы

Это устройство включает в себя 3 основных элемента:

1. Рабочий объем в виде тигля;
2. Электрический индуктор;
3. Блок управления электропитанием.

Практически всегда форма тигля имеет цилиндрическую структуру, материал из которого он изготавливается обязан быть огнеупорным. Тело тигля обязательно должно размещаться в индукторе, который подключается через специальные электрические вводы к источнику питания. Перед включением агрегата полость тигля наполняется обрабатываемым материалом, после чего разогрев шихты происходит благодаря поглощению сырьем электрической энергии.

По принципу работы тигельную печень можно сравнить с большим трансформатором, так как, по сути, индуктор является первичной его обмоткой, а сам обрабатываемый металл служит вторичный, который, помимо этого, еще и выполняет функцию нагрузочного действия. В итоге получается, что электрический ток, который поступает на индуктор переходя к шихте превращается в электромагнитное поле, которое после прохода через расплавленный металл снова перетекает в электричество и при столкновении с первичным током преобразовывается в термическую энергию.

Степень мощности и количество выделяемого тепла от вихревых токов зависят от частотности переменных магнитных полей. Это означает, что для обеспечения продуктивной работы устройства электрическая сеть, питающая индуктор, должна обладать высокой частотностью. Так как в стандартном сетевом потоке на 220 или 380 Вольт имеется лишь 50-60 Гц применяются специальные преобразователи, генерирующее требуемую частоту в пределах 400-500 Гц.

Индукционная электрическая тигельная печь

Существует много разновидностей данных устройств, но индукционная тигельная печь – это самое технологически выгодное оборудование, востребованное большинством металлургических предприятий. Такие печи основаны на принципе воздействия электромагнитного поля непосредственно на расплавляемый металл, которые возникают вследствие индукции тока большой частоты.

За счет такого принципа работы достигается максимальная равномерность распределения тепловой энергии по всему пространству обрабатываемого материала, что полностью исключает перегревание металла на протяжении всего процесса плавки. В дополнение, это способствует получению максимально однородной структуры.

Тигельная электропечь для плавки алюминия и меди

Как уже понятно из названия, данные механизмы имеют спецификацию для плавления меди, черного металла, чугуна, алюминия. В зависимости от габаритов в нее может помещаться 5-5000 кг металла. Плавление металла в этих устройствах происходит за счет электромагнитного поля, которое доводит материал до однородного состава, создавая высокое качество сырья для дальнейшей отливки из него разных деталей.

На протяжении всего процесса работы устройства нет необходимости использовать нагревательные элементы, так как разогрев происходит непосредственно внутри обрабатываемого материала, за счет прохождения сквозь его частицы переменного тока, преобразованного электромагнитным полем.

Тигельная индукционная печь: футеровка

В конструкцию футеровки тигельной печи входят: под, отливной нос, крышка, воротник и тигель. В зависимости от качества и огнеупорности материалов для создания футеровки определяется ее срок службы. То есть, чем лучше материал, тем больше плавок можно произвести в тигельной печи. Тигель является основным элементом любой футеровки внутри рабочей камеры печки. Его изготавливают с помощью оббивки буферной части либо производя кладку из огнеупорных кирпичей. Основными материалами для футеровки являются:

• Кварцит Si02;
• Магнезит Мg0;
• Шпинель Мg0 + Al-20З;
• Корунд Al-20З;
• Муллит 3Al-20З х 2Si02
• Муллит корунд Al-20З;
• Шамотный кирпич;
• Цирконий Zr2 х Si02;
• Шамотный графит;
• Чистый графит.

Футеровка из кварцита является наиболее распространенной и называется кислой футеровкой тигельных печей. В такой камере можно плавить сталь, чугун, углеродистые металлы. Существуют определенные ограничения, при которых в кислой футеровке нельзя плавить фосфор, кремний, высоколегированную сталь и металл с большим содержанием углерода. Такие ограничения связаны с выделением оксида кальция при сгорании примесей, которые под воздействием высокой температуры очень быстро абсорбируются. Вдобавок, нельзя при использовании кислой футеровки плавить жаропрочную сталь, так как порог ее расплавления практически равен температуре, при которой начнет плавиться кварцит.

Чтобы максимально продлить срок эксплуатации футеровки для тигельной печи необходимо подбирать ее в соответствии с типом шихты, которая в ней будет расплавляться. Чтобы устройство эксплуатировалось максимально рационально, футеровка должна соответствовать определенным требованиям:

• Способствовать наилучшему качеству получаемого материала;
• Иметь максимальное количество циклов для плавки;
• Быть максимально безопасной для оператора, управляющего тигельной печью;
• Не иметь обстоятельств, провоцирующих прерывания процесса плавки;
• Обладать разумной ценой и иметь максимально низкий расходный потенциал;
• Осуществлять выбросы вредных отходов в окружающую среду на допустимом уровне.

С помощью футеровки достигается максимальная огнеупорность самого тигеля, чтобы не провоцировать физические и химические взаимодействия между шихтой и стенками рабочей камеры. Помимо этого, материалы из которых изготавливается футеровка должны на 100% защищать элементы индуктора и понижать термическое напряжение вокруг тигля.

Преимущества тигельной электрической печи

На самом деле, недостатков в работе тигельной печи практически нет, а к преимуществам можно отнести следующие моменты:

• Полная изоляция обрабатываемого материала от других видов веществ, что исключает попадание в него инородных тел и примесей;
• Однородность полученной массы за счет равномерного распределения температуры прогрева электромагнитным полем;
• Количество выделяемого угарного газа летучих элементов очень мало;
• За счет специального оборудования можно легко регулировать температурный режим;
• Высокий уровень производительности;
• Относительно небольшие размеры устройства, минимизирующие занимаемую им площадь;
• Комфорт при работе с тигельной печью благодаря невысокому уровню шума, маленькому тепловыделению и отсутствию задымления помещения.

Применение тигельных печей

Такая разновидность термического оборудования очень популярна в рабочих процессах ремонтный и литейных цехов, выпускающих маленькое и среднее количество отливки либо ремонтного литья. Что касается условий эксплуатации тигельных печей, то они обусловленные соблюдением техники безопасности наравне с работой электротехнического оборудования к тому же классу. Ни одно из таких устройств не допускается к эксплуатации без наличия специальных датчиков, которые контролируют толщину стенок тигля и в случае аварийной ситуации автоматически отключают питание, а также издают сигнализирующий звук. Для обеспечения необходимой мощности электроэнергии индукционные печи имеют отдельно стоящие узлы системы, которые состоят из трансформатора и генератора для повышения частоты (эти элементы также должны быть хорошо защищены для недопущения поражения током человека).

Что касается управления печью, то здесь нет ничего особо сложного и при минимальных навыках работы с данным оборудованием человек сможет справиться с процессом плавки металла. Более того, работа устройства может быть полностью автоматизирована, включая погрузку и выгрузку обрабатываемого материала.

Наиболее распространенные области применения тигельных печей, следующие:

• Металлургическая сфера и все что связано с термической обработкой металлов и руды;
• Тестирующие лаборатории и исследовательские центры;
• Некоторые области химической промышленности.

Графитовые тигли и их особенности

Это тонкостенный огнеупорный сосуд, из жаропрочного материала, в котором можно долгое время сохранять расплавленный металл, плавить шихту, нагревать ее с помощью воздействия высокой температуры либо создания термической активности внутри обрабатываемого материала. В большинстве случаев графитовый тигель изготавливают в виде конуса для того, чтобы на металлургических заводах было проще делать отливку различных деталей. Для того, чтобы графит был более функциональным, в его состав добавляют цирконий, платину, кварц либо базальт.

Показателем производительности и надежности термического оборудования является именно графитовый тигель, так как он единственный элемент, который подвергается постоянной нагрузке. Помимо этого, очень сильное влияние на КПД самого устройства оказывает толщина стенки тигля. Чем тоньше стенки, тем выше теплопередача и меньше энергозатраты, что может обеспечить графитовый тигель. Такой вид материала имеет массу преимуществ, среди которых присутствует минимальная степень расширения при нагреве, устойчивость к деформации даже при воздействии сверхвысоких температур порядка 1700 градусов.