ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Кафедра материаловедения и физики металлов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к расчету параметров

плавильных индукционных тигельных печей

в курсовых проектах по дисциплине

«Технологическое оборудование литейных цехов»

для студентов специальности 150104.65

«Литейное производство чёрных и цветных металлов»

и направления 150400.62 «Металлургия», профиля

«Технология литейных процессов»

очной формы обучения

Воронеж 2013

Составитель канд. техн. наук А.Т. Кучер

УДК 621.745

Методические указания к расчету параметров плавильных индукционных тигельных печей в курсовых проектах по дисциплине «Технологическое оборудование литейных цехов» для студентов специальности 150104.65 «Литейное производство чёрных и цветных металлов» и направления 150400.62 «Металлургия», профиля «Технология литейных процессов» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.Т. Кучер. Воронеж, 2013. 66 с.

В методических указаниях изложена последовательность расчета геометрических и электрических параметров и элементов плавильных индукционных тигельных печей (ИТП) открытого типа.

Предназначены для студентов четвертого и пятого курсов.

Методические указания подготовлены в электроном виде в текстовом редакторе Word 2007 и содержатся в файле «Мет. указ. РПИТП. doc».

Табл. 5. Ил. 8. Библиогр.: 6 назв.

Рецензент канд. физ.-мат. наук, доц. В.А. Юрьев

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. А.Т. Косилов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет», 2013

1 Общие положения

1.1 Методические указания составлены на основе метода расчета ИТП, изложенного в учебных пособиях /1,2/, без привлечения метода, применяемого в пособии /3/, которое также может быть полезным при изучении ИТП.

1.2 В методических указаниях не рассматриваются теория индукционного нагрева металлов, конструкции ИТП и их узлов, источники питания (ИП) и конденсаторные батареи (КБ), комплектовка и планировка индукционных плавильных установок (ИПУ). Эти вопросы следует изучить самостоятельно в соответствующих литературных источниках (ЛИ) и отразить в курсовом или дипломном проектах.

1.3 КП может быть посвящен проектированию новой или проверочному расчету существующей ИТП. В обоих случаях перед началом проектирования необходимо изучить конструкции и технические характеристики типовых ИТП – аналогов с комплектующим оборудованием, а в процессе проектирования сопоставлять результаты расчетов и применяемые решения с аналогичными параметрами действующих печей.

1.4 В результате проектирования должна быть предложена наиболее рациональная конструкция ИТП; определены ее основные геометрические размеры, электрические параметры и технико-экономические показатели; подобрано комплектующее оборудование (ИП, компенсирующая КБ, система водяного охлаждения, маслонапорная установка, шкафы и щиты управления и др.).

1.5 Расчетно-пояснительную записку (РПЗ) необходимо оформлять в соответствии с ГОСТ 2.105 - 95, СТП ВГТУ 001 - 98 и СТП ВГТУ 004 - 2003.

1.6 Звездочкой (*) отмечены пункты, таблицы и формулы, в которых содержатся дополнительные, справочные сведения, поэтому с ними надо ознакомиться, но их не обязательно использовать в курсовых или дипломных проектах.

2 Расчет конструктивных параметров тигля

2.1 Полезный объем и геометрические размеры тигля

2.1.1 Прежде всего необходимо сделать анализ промышленных конструкций плавильных узлов, включающих футеровку, важнейшей частью которой является тигель; индуктор; корпус печи, в котором укреплены тигель с индуктором; контактное устройство, при помощи которого индуктор присоединяется к питающему шинопроводу; свод [1, с. 173 - 208]; выбрать геометрическую форму внутренней поверхности тигля; поместить в РПЗ рисунок принятого узла.

В данных методических указаниях в качестве примера взята конструкция плавильного узла, показанного на рисунке 2.1.

2.1.2 По соображениям механической прочности внутреннюю поверхность тигля делают не цилиндрической, а конической (рисунок 2.1) с углом α между образующей конуса и осью тигля в пределах от 2 до 5 ^о /3, с. 253/. (По другим источникам α = 2 – 4 ^о /1, с. 174/; α ≈ 3 ^о у печей ИСТ-0,16 и ИСТ-0,4; α ≈ 2 ^о у печи ИСТ-1/0,5 М4 – согласно их техническим паспортам.)

Благодаря этому толщина стенки увеличивается от поверхности металла к дну тигля в соответствии с ростом гидростатического давления.

1 – тигель, 2 – теплоизоляционный слой, 3 – обмазка, 4 – индуктор, 5 – садка печи.

Рисунок 2.1 - Расчетная схема ИТП

2.1.3 Полезный объем, м³, тигля, т.е. объем жидкого металла в тигле

= , (2.1)

где m _мет – масса садки печи, т.е. номинальная полезная металлоемкость тигля, кг;

γ _мет.ж – плотность жидкого металла в тигле при температуре разливки, кг/м³.

2.1.4 Геометрическую форму внутренней полезной части тигля, занимаемую жидким металлом, характеризуют углом конусности поверхности и безразмерностным коэффициентом формы жидкого металла в тигле

= , (2.2)

где d _{мет.ж.ср} – средний диаметр жидкого металла в тигле, м (средний потому, что внутренняя поверхность полезной части тигля имеет форму усеченного конуса);

h_мет.ж – высота жидкого металла в тигле, примерно равная высоте садки, м.

Коэффициент К_мет.ж по формуле (2.2) не вычисляют, а предварительно принимают равным К_мет.ж = 0,8. Предельные значения коэффициента К_мет.ж = 0,5 – 1,0 /1 - 4/.

2.1.5* В разных ЛИ коэффициент К_мет.ж обозначают по разному.

Так, в работе /1, с. 220/ К_мет.ж = А, и далее сказано, что величина этого коэффициента у современных тигельных печей колеблется в широких пределах, но в среднем для большого количества печей К_мет.ж = А = 0,8 независимо от выплавляемого металла или сплава, емкости и типа печи (вакуумной или открытой).

В работе /2, с. 75/ К_мет.ж = А = 0,5 – 1,0, причем меньшие значения выбирают для малых печей.

Авторы работы /3, с. 253/ обозначают коэффициент К_мет.ж = С₁ = 0,65 – 0,95 и предлагают его оптимальные значения для чугуна и алюминия определять по графикам в зависимости от массы m_мет.

В работе /4, с. 222/ используют коэффициент 1/ К_мет.ж = = В, зависящий от вместимости печи (таблица 2.1*):

Таблица 2.1*

Металлоемкость mмет печи, кг	Коэффициент В
До 1000 включ. Св. 1000 " 3000 " " 3000	От 2,00 до 1,50 включ. Св. 1,50 " 1,35 " " 1,35 " 1,25 "

Типовые ИТП имеют К_мет.ж ≈ 0,525 (ИСТ-0,16); К_мет.ж ≈ ≈ 0,931 (ИСТ-0,4); К_мет.ж ≈ 0,765 (ИСТ-1/0,5 М4).

2.1.6 Средний диаметр , м, жидкого металла в тигле

d_{мет.ж.ср} = . (2.3)

Диаметр d_{мет.ж.ср} = 0,245 м у печи ИСТ-0,16; d_{мет.ж.ср} = = 0,405 м у печи ИСТ-0,4; d_{мет.ж.ср} = 0,514 м у печи ИСТ-1/0,5 М4.

2.1.7 Высоту, м, металла в тигле находят из формулы (2.2):

h_мет.ж = . (2.4)

У типовых ИТП h_мет.ж ≈ 0,467 м (ИСТ-0,16); h_мет.ж ≈ ≈ 0,435 м (ИСТ-0,4); h_мет.ж ≈ 0,672 м (ИСТ-1/0,5 М4).

2.1.8 Высота h_тиг.вн внутренней поверхности тигля (т.е. его глубина) должна быть больше высоты h_мет.ж жидкого металла в тигле на некоторую величину h^'_тиг.вн:

h_тиг.вн = h_мет.ж + h^'_тиг.вн . (2.5)

Эти высоты у типовых ИТП равны: h^'_тиг.вн = 0,053 м, h_тиг.вн = 0,520 м у ИСТ-0,16; h^'_тиг.вн = 0,175 м, h_тиг.вн = 0,610 м у ИСТ-0,4; h^'_тиг.вн ≈ 0,128 м, h_тиг.вн = 0,800 м у ИСТ-1/0,5 М4.

Общие рекомендации по определению h^'_тиг.вн любых ИТП не обнаружены.

2.1.9 Внутренний диаметр, м, дна тигля

d_{тиг.вн.min} = d_{мет.ж.ср} – h_мет.ж tgα. (2.6)

Диаметр d_{тиг.вн.min} = 0,22 м у печи ИСТ-0,16;d_{тиг.вн.min} = = 0,38 м у ИСТ-0,4; d_{тиг.вн.min} = 0,48 м у ИСТ-1/0,5 М4.

2.1.10 Внутренний диаметр, м, верхнего торца тигля

d_{тиг.вн.max} = d_{мет.ж.ср} + (h_мет.ж + 2h´_тиг.вн ) tgα. (2.7)

Диаметр d_{тиг.вн.max} = 0,275 м у ИСТ-0,16; d_{тиг.вн.max} = = 0,450 м у ИСТ-0,4; d_{тиг.вн.max} = 0,560 м у ИСТ-1/0,5 М4.