Тигельная печь: ее виды и их особенности. Испытательные климатические камеры соляного тумана и тепла холода влаги

Тигельная печь – это печь с емкостью из огнеупорного материала (тигель), в которой плавиться, варится, нагревается металл или другой материал.

Навигация:

1. Индукционная печь
2. Камера соляного тумана
3. Камера тепла холода влаги

Применяется тигельная печь для плавки практически всех видов металла: сталь, алюминий, медь, драгоценные, цветные металлы и прочее, но в небольшом количестве. Примечание. Вместимость печи составляет от двух килограмм до 30 тн.

Распространение получили тигельные электрические печи за счет того, что в них возможно достигать очень высоких температур, которые легко регулировать электронным блоком. Если есть ограничения по мощности, можно использовать транзисторный преобразователь, который позволяет подобрать необходимую мощность и, соответственно, загрузку печи. Примером является печь индукционная плавильная тигельная ИПП 45 (цена может изменятся в зависимости от комплектации).

Тигельная плавильная печь может иметь три вида тиглей:

• керамический;
• графитовый;
• чугунный.

Керамические тигли получили самое большое распространение, так как они никак не влияют на свойства выплавляемых веществ.

Индукционная тигельная печь эксплуатируется, как самостоятельное оборудование, так и в комплексе с другим оборудованием, доводя плавку до требуемого состава.

Преимущества использования тигельных печей:

• нет надобности в промежуточных нагревательных элементах, так как энергия выделяется непосредственно в загрузочной камере;
• равномерное прогревание металла или сплава за счет электродинамической циркуляции вещества в емкости;
• атмосфера и давление в рабочей камере могут создаваться в любом диапазоне;
• удобство в использовании, поскольку небольшая емкость позволяет полностью сливать металл, а относительно небольшой вес облицовки быстро остывает и позволяет за короткий промежуток времени переходить с одного сплава на другой;
• простота в обслуживании и управлении процессом за счет возможности автоматизации;
• небольшие загрязнения воздуха.

Но есть и недостатки, индукционные плавильные печи тигельные имеют:

• низкую стойкость футеровки в силу ее небольшой толщины, ведь ее температура сменяется достаточно часто;
• небольшую температуру шлаков, которые нагреваются от металла;
• большую стоимость оборудования.

Индукционная тигельная печь, купить которую можно на специализированном заводе, может иметь достаточно разные типы.

Примечание. В силу своей простоты конструкции можно даже заказать печь индивидуального строения или сделать ее самому.

Но в основном шахтная тигельная печь подразделяется по следующим критериям:

• по размерам рабочей емкости;
• по температурному режиму;
• по особенностям конструкции.

Емкость от 2 до 1000 кг имеет маленькая печь и применяются для плавки драгоценных металлов, выплавки сплавов в небольших количествах или как лабораторная тигельная печь. Более емкостная печь тигельная плавильная — для плавки цветных металлов и черных в промышленных масштабах. Все зависит от потребностей производителя и от выплавляемого вещества. Например, тигельная печь для алюминия и сплавов с ним, чаще всего бывает от 0,04 до 2 т, а для меди и медных сплавов – от 0,1 до 0,6 т.

Тигельная печь, цена которой зависит от размеров и конструкции, в основном имеет максимальную температуру до 1400 – 1600 градусов. Но есть высокочастотная печь тигельная, 2000 градусов для которой является рабочей температурой.

Конструктивно различается стационарная электрическая тигельная печь и поворотная. Обычно стационарные печи имеют небольшие габариты и применяются для лабораторных исследований, а поворотные используются в промышленных масштабах для удобства разливки.

Примечание. Стационарная печь отлично подходит для выплавки металла и хранения его в жидком виде.

Кроме того, бывает тигельная печь (купить ее можно какой угодно конструкции) открытого и закрытого типа. Первый тип позволяет производить выплавку на открытом воздухе, а второй – в вакуумном пространстве.

Примечание. Мощность вакуума в закрытых тигельных печах пребывает в диапазоне от 0,1МПа до 10 Па.

Тигельные печи прямого действия, еще называют тигельными печами сопротивления, позволяют производить нагревание металла в очень сжатые сроки за счет преобразования электрической энергии в тепловую.

Если необходимо отойти от электрического носителя, применяются тигельные печи пламенные. Нагрев в них происходит от газовой пламенной горелки между футеровкой и тиглем, производительность их составляет около 400 кг металла в час. Поэтому часто применяют такие тигельные печи для плавки алюминия и других цветных металлов.

Индукционные электрические тигельные печи

Индукционные тигельные печи – являются наиболее технологичным оборудованиям, поэтому печи работают на многих литейных заводах. Индукционная печь работает под воздействием вихревых электрических токов, возникающих внутри металла вследствие электромагнитной индукции.

В индукционных электрических тигельных печах можно избежать перегревов расплавляемых материалов в силу равномерного распределения температуры по всему объему тигля. Благодаря чему состав сплава получается однородным. Такие печи очень популярны в России на сегодняшний день.

Тигельные электропечи для плавки алюминия и меди

Тигельные электропечи используются для плавки алюминия, меди, стали и чугуна. Максимальная загрузка тигля у таких печей составляет от 5 до 5000 кг. Электрические тигельные печи благодаря действию электромагнитного поля осуществляют разжижение металла, доводя его до однородного состояния. Качество такого металла считается наилучшим для получения отливки.

Во время плавки тепловая энергия от нагревательного элемента электропечи не передается, а образуется внутри металла. Ведь через него проходит переменный ток, в результате чего образуется электромагнитное поле. Электрические печи работают на разной частоте тока: промышленная (50 Гц), повышенная (0,5 – 10 кГц), высокая (66 – 440 кГц).

Камера соляного тумана

Камера соляного тумана предназначена для определения коррозионной стойкости материалов при воздействии соляного тумана.

Испытания в камере соляного тумана происходят до 30 суток, в течении которых на материал воздействует солевой туман, равномерно распыляющийся по всей его поверхности. Камера соляного тумана КСТ позволяет максимально воспроизвести условия эксплуатации и добиться необходимых антикоррозийных характеристик.

Аттестация камеры соляного тумана предусматривает определение дисперсности и водности раствора. Методика аттестации камеры соляного тумана подробно изложена в соответствующих нормативных документах.

Согласно аттестации, самые распространенные типы камер имеют следующие характеристики:

• камера соляного тумана КСТ 2 — дисперсность 1-10 мкм, водностью 1-2,5 мл/ч;
• камера соляного тумана КСТ 1м – дисперсность 1-10 мкм, водность 2-3 г/куб.м;

Мировым лидером по разработкам новых технологий является компания Atlas Material Testing Technology, поэтому камера соляного тумана Atlas пользуется успехом в различных отраслях промышленности из-за качества и долговечности.

Камера соляного тумана (цена зависит от конструкции и производителя) полностью автоматизирована, регулируются лишь режимы работы. В процессе эксперимента постоянно контролируется и поддерживается состав раствора и чистота воды. Если есть необходимость, камера соляного тумана, купить которую можно на территории России, может также изменить положение в пространстве образца.

Тигельные электрические печи – футеровка

Футеровка тигельных печей включает в себя основные части: тигель, воротник, подина, сливной нос и крышка. Правильно сделанная футеровка и подбор огнеупорных материалов продлит ее срок службы и обеспечит большое количество плавок. Основная часть футеровки печи – это тигель, он выполняется набивкой буферной части или кладкой из огнестойких материалов:

• кварцит SiO2 (Кислая футеровка);
• магнезит МgO;
• шпинель МgО + Al2O3;
• корунд Al2O3;
• муллит ЗAl2O3 · 2SiO2
• муллитокорунд Al2O3;
• шамот;
• цирконий Zr2 · SiO2;
• шамотографит;
• графит.

Кислая футеровка тигельных печей — это самая распространенная футеровка, ее применяют для плавки стали, чугуна и углеродистых металлов. Кислая футеровка не используется при определенном содержании углерода, фосфора и кремния при выплавке высоколегированных сталей. Ведь сгорание примесей (оксида кальция) при высоких температурах происходит быстрее. Так же жаропрочные стали и расплавы нельзя применять в этой футеровки, ведь их перегрев близок к температуре плавления кварцитов.

Для грамотного выбора футеровки индукционных тигельных печей надо учитывать вид шихты, которая будет использоваться. Основным критерием при выборе является срок службы, для обеспечения следующих требований:

• получение металла хорошего;
• большое количество плавок;
• безопасная работа для обслуживающего персонала;
• исключение прерываний во время плавки;
• стоимость и экономический эффект;
• выброс вредных примесей.

Футеровка тигельной печи необходима для усиления огнеупорных свойств тигля, ведь она оказывает влияние на физические и химические свойства металла. Правильно выбранная футеровка обеспечивает высокое качество выплавленного металла, безопасность работы с тигельной печью, длительную продолжительность работы печи без необходимости ремонта, минимальное количество отходов, вредных для окружающей среды.

При добавлении раскислителей во время плавки и взаимодействии с футеровочными материалами, может повлиять на образование нежелательных примесей, которые в дальнейшем выразятся в неметаллические включения. Благодаря качественной футеровке снижается термическое напряжение в тигле и обеспечивается надежная защита индуктора.

Индуктор

Индуктор предназначен для создания переменного магнитного поля необходимой напряженности. Помимо основного назначения, индуктор выполняет также роль крепления тигля, которое удерживает его от смещения при наклоне печи.

Поскольку мощность, передаваемая садке печи, пропорциональна квадрату ампер-витков индуктора, целесообразно обеспечивать возможно большее число витков индуктора и пропускать через него токи большой силы. В среднем плотность тока в индукторе составляет около 20 А/мм2, а электрические потери в нем даже при изготовлении его из меди достигают 20—30%. Кроме того, индуктор дополнительно нагревается потоком тепла от тигля. Во избежание перегрева индуктор необходимо охлаждать.

Сечение трубки выбирают так, чтобы толщина стенки примерно в 1,3 раза превышала глубину проникновения тока, сечение стенки при заданной силе тока обеспечивало плотность тока не более 20А/мм2, а сечение отверстия трубки обеспечивало проход количества воды, необходимого для отвода тепла.

Наружный диаметр трубки при этом должен позволять разместить по высоте индуктора расчетное число витков.

Индуктор изготовляют, как правило, из медной трубки круглого сечения. Иногда, однако, использование такой трубки невозможно, так как при этом нельзя выполнить изложенные выше требования. Поэтому в некоторых случаях приходится использовать неравностенные (рисунок 2, а, б) или профилированные (рисунок 2, в, г) трубки. Использование профилированных трубок целесообразнее и в связи с уменьшением магнитного потока рассеивания, достигаемого в этом случае в связи с возможностью уменьшения зазора между тиглем и витками индуктора.

Рисунок 2 – Трубки для изготовления индуктора

Иногда расчетное число витков оказывается настолько незначительным, что не позволяет плотно заполнить всю высоту индуктора. В этом случае индуктор целесообразно изготовлять двухсекционным с удвоенным числом витков и параллельным соединением секций. Секции наматывают в противоположные стороны, так как ько в этом случае магнитные потоки секций складываются, а в месте стыка секций напряжение крайних витков секций оказывается одинаковым и не требует усиленной изоляции (рисунок 3). При одинаковом направлении витков в месте стыка напряжение между витками было бы равно напряжению источника.

Рисунок 3 – Включение секций двухсекционного индуктора

На генераторной (подсоединяемой к источнику питания) секции делается несколько промежуточных отводов. Подключая разное число витков секции к источнику питания, можно, как в автотрансформаторе, повышать напряжение на индукторе выше номинального напряжения источника питания и тем самым регулировать потребляемую печью мощность. Подключением nг витков из имеющихся в секции nн витков можно на индукторе получить напряжение Uн:

Витки индуктора изолируют друг от друга стеклотканью с кремнийорганическим лаком. Изолированные витки сжимаются плитами из изоляционного материала, стягиваемыми при помощи брусьев.

В некоторых случаях каждый виток индуктора жестко крепят к изоляционным стойкам независимо от других витков. В этом случае изоляция витков не обязательна.

Тигельные электрические печи – преимущества

Преимущества индукционных тигельных печей очевидны: исключено загрязнение металла другими материалами. Равномерное распределение температуры в тигле и, как следствие, равномерный химический состав сплава. Низкий уровень образования угара легирующих элементов. Легкая регулировка температурного режима. Высокая производительность. Компактные габариты печей, не требующие больших рабочих площадей. Благоприятные условия работы с тигельными печами, за счет низкого уровня шума, минимального теплового излучения и небольшого количества дыма.

Механизм наклона

Механизм наклона должен обеспечивать наклон печи для полного слива металла.

В настоящее время применяют очень разнообразные механизмы. Для печей малой емкости используют механизмы, состоящие из лебедки с ручным или электромеханическим приводом и троса, перекинутого через блок.

Более крупные печи наклоняют при помощи тельфера, сцепляя его крюк с серьгой, укрепленной на каркасе. Крупные печи оборудуют гидравлическим приводом наклона, в принципе аналогичным гидравлическому приводу наклона дуговых печей.

Вращение печи осуществляется, как правило, вокруг цапф, ось которых проходит под носком печи. В некоторых случаях вращение начинается вокруг нижних цапф и осуществляется с большой скоростью, пока в гнездо не уложатся верхние цапфы. После этого печь поворачивается вокруг верхней пары цапф, но уже с меньшей скоростью (увеличивается радиус точки приложения сил).

Тигельные электрические печи – применение

Применение тигельных печей особенно актуально в ремонтных и литейных цехах, которые выпускают малые и средние отливки или ремонтное литье. Меры безопасности при использовании тигельной печи включают в себя соблюдение техники безопасности при использовании электротехнических устройств того же класса. Аварии, которые могут возникнуть в ходе работы с тигельной печью, связанны с повреждением футеровки. Для предотвращения подобного рода ситуаций разработана специальная система, которая отключает питание печи и сигнализирует о недопустимом истончении стенок тигля или появлении трещин. В целях обеспечения безопасности эксплуатации предъявляются высокие требования к оборудованию индукционной тигельной печи. Электроснабжение печи осуществляется через трансформатор, подключенный к генератору повышенной или высокой частоты. Тигельные печи отличаются простотой и удобством регулировки и управления процессом плавки. Процесс плавления в тигельных печах может быть автоматизированным или механизированным. Тигельные печи применяются в следующих направлениях:

• металлургические заводы и небольшие литейные производства: плавление, обжиг, смешивание, разливка металлов, расплав руды;
• металлообработка: литьё, обжиг;
• лаборатории и исследовательские институты: увеличение прочности металлов, сжигание, плавление;
• химическая промышленность: растворение и сжигание.

Каркас

Каркас является основой для крепления всех элементов печи. На печах большой емкости каркас заменяют сплошным кожухом.

Элементы каркаса должны обладать большой прочностью и выдерживать значительные нагрузки. Поскольку каркас расположен в зоне сильного электромагнитного поля индуктора, он может при определенных условиях нагреваться почти так же, как металл в тигле.

Чтобы уменьшить потери на нагрев каркаса, необходимо ослабить наводимые в нем токи. Наиболее просто это достигается тем, что каркас разбивают на отдельные электроизолированные друг от друга элементы, и тогда его лучше изготовлять из немагнитных, а еще лучше — из неэлектропроводных материалов. Однако, по скольку наиболее доступным конструкционным материалом является сталь, каркас чаще всего изготовляют из стальных изолированных друг от друга частей.

Иногда целесообразно снизить вблизи каркаса напряженность магнитного поля. Это может быть достигнута установкой между индуктором и каркасом магнитопроводов или магнитных экранов.

Магнитопровод изготовляют в виде пакетов, набранных из листов электротехнической стали толщиной 0,2—0,5 мм и устанавливаемых по окружности между индуктором и каркасом. Вследствие более высокой магнитной проницаемости электротехнической стали по сравнению с воздухом магнитные силовые линии замыкаются по магнитопроводу и каркаса не достигают. Общее сечение магнитопровода выбирают таким, чтобы концентрация выделяющегося в нем тепла была невелика и он не нагревался. Это условие выполняется тогда, когда магнитопровод выполнен достаточно массивным. Часто масса магнитопровода заметно превосходит массу садки.

Установка магнитопроводов, кроме того, усложняет конструкцию печи и обслуживание индуктора. По этим причинам они находят ограниченное применение.

Более просты и компактны печи с электромагнитными экранами, изготавливаемыми в виде цилиндра из медного или алюминиевого листа и устанавливаемыми между индуктором и каркасом.

Сущность экранирования каркаса заключается в том, что электромагнитные волны, исходящие от индуктора, наводят в экране токи, противоположные по направлению току индуктора. Эти токи создают поле, противоположное полю индуктора, и оно достигает каркаса значительно ослабленным.

Для обеспечения небольших потерь в экране необходимо, чтобы его толщина минимум в 1,3 раза превышала глубину проникновения тока. Поэтому электромагнитные экраны наиболее целесообразно применять на установках высокой частоты. Для печей промышленной частоты толщина медного экрана должна быть не менее 1,3 см.