Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах
Рассмотрены особенности плавки металлов в плазменно-индукционных печах, приведены технические характеристики плазменных приставок к индукционным печам. Показано, что дополнительный нагрев металла в индукционных печах позволяет повысить скорость плавки и качество металла, а также снизить энергоемкост...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95987 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах / В.Л. Найдек, В.Н. Костяков, А.А. Волошин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 50-52. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-95987 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Найдек, В.Л. Костяков, В.Н. Волошин, А.А. 2016-03-08T17:53:24Z 2016-03-08T17:53:24Z 2009 Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах / В.Л. Найдек, В.Н. Костяков, А.А. Волошин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 50-52. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95987 621.365.5:533.9 Рассмотрены особенности плавки металлов в плазменно-индукционных печах, приведены технические характеристики плазменных приставок к индукционным печам. Показано, что дополнительный нагрев металла в индукционных печах позволяет повысить скорость плавки и качество металла, а также снизить энергоемкость процесса. Peculiarities of melting of metals in plasma-induction furnaces are considered, the technical characteristics of plasma attachments to induction furnaces are given. It is shown that the auxiliary heating of metal in induction furnaces allows increasing the melting speed and quality of metal and also decreasing the power intensity of the process. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Энергоресурсосбережение Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах Plasma attachments tor intensification of metallurgical processes in induction furnaces Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах |
| spellingShingle |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах Найдек, В.Л. Костяков, В.Н. Волошин, А.А. Энергоресурсосбережение |
| title_short |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах |
| title_full |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах |
| title_fullStr |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах |
| title_full_unstemmed |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах |
| title_sort |
плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах |
| author |
Найдек, В.Л. Костяков, В.Н. Волошин, А.А. |
| author_facet |
Найдек, В.Л. Костяков, В.Н. Волошин, А.А. |
| topic |
Энергоресурсосбережение |
| topic_facet |
Энергоресурсосбережение |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Plasma attachments tor intensification of metallurgical processes in induction furnaces |
| description |
Рассмотрены особенности плавки металлов в плазменно-индукционных печах, приведены технические характеристики плазменных приставок к индукционным печам. Показано, что дополнительный нагрев металла в индукционных печах позволяет повысить скорость плавки и качество металла, а также снизить энергоемкость процесса.
Peculiarities of melting of metals in plasma-induction furnaces are considered, the technical characteristics of plasma attachments to induction furnaces are given. It is shown that the auxiliary heating of metal in induction furnaces allows increasing the melting speed and quality of metal and also decreasing the power intensity of the process.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95987 |
| citation_txt |
Плазменные приставки для интенсификации металлургических процессов в индукционных печах / В.Л. Найдек, В.Н. Костяков, А.А. Волошин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 50-52. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT naidekvl plazmennyepristavkidlâintensifikaciimetallurgičeskihprocessovvindukcionnyhpečah AT kostâkovvn plazmennyepristavkidlâintensifikaciimetallurgičeskihprocessovvindukcionnyhpečah AT vološinaa plazmennyepristavkidlâintensifikaciimetallurgičeskihprocessovvindukcionnyhpečah AT naidekvl plasmaattachmentstorintensificationofmetallurgicalprocessesininductionfurnaces AT kostâkovvn plasmaattachmentstorintensificationofmetallurgicalprocessesininductionfurnaces AT vološinaa plasmaattachmentstorintensificationofmetallurgicalprocessesininductionfurnaces |
| first_indexed |
2025-11-27T06:51:22Z |
| last_indexed |
2025-11-27T06:51:22Z |
| _version_ |
1850802401284456448 |
| fulltext |
УДК 621.365.5:533.9
ПЛАЗМЕННЫЕ ПРИСТАВКИ
ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ
В. Л. Найдек, В. Н. Костяков, А. А. Волошин
Рассмотрены особенности плавки металлов в плазменно-индукционных печах, приведены технические характерис-
тики плазменных приставок к индукционным печам. Показано, что дополнительный нагрев металла в индукционных
печах позволяет повысить скорость плавки и качество металла, а также снизить энергоемкость процесса.
Peculiarities of melting of metals in plasma-induction furnaces are considered, the technical characteristics of plasma
attachments to induction furnaces are given. It is shown that the auxiliary heating of metal in induction furnaces allows
increasing the melting speed and quality of metal and also decreasing the power intensity of the process.
Ключ е вы е с л о в а : индукционная печь; плазма; плав-
ка; металл; качество; шихта; дуга; плазменная приставка
В машиностроении для изготовления отливок из
черных и цветных металлов широко применяют ин-
дукционные печи, позволяющие проводить термо-
временную обработку, рафинирование, легирова-
ние и модифицирование металла в печи. Для них
характерна высокая технологическая гибкость, бла-
годаря которой обеспечивается получение металла
заданного химического состава, выпуск жидкого ме-
талла произвольными порциями, длительное его
хранение без изменения свойств, использование
шихты малой объемной массы.
К достоинствам индукционных печей следует от-
нести также наиболее благоприятные санитарно-ги-
гиенические условия труда и существенное оздоров-
ление воздушного бассейна вследствие резкого
уменьшения промышленных выбросов [1].
В последние годы созданы более совершенные
индукционные печи [2, 3]. Однако по-прежнему их
технологические возможности весьма ограничены,
поскольку не позволяют вести активный металлур-
гический процесс плавки. Малая вместимость ин-
дукционных печей исключает также применение в
технологическом цикле производства отливок тра-
диционных способов внепечной обработки металла,
столь широко используемых в металлургии.
Таким образом, требуется совершенствование
технологии и интенсификация процесса плавки в
индукционных печах, создание новых высокопро-
изводительных плавильных агрегатов на базе ин-
дукционных печей.
Повышение эффективности работы индукцион-
ных печей связано с комплексом мероприятий по
организации рациональной технологии и увеличе-
нию их КПД.
Анализ работы индукционных печей показал их
неэффективность в режиме подогрева шихты до
плавления, а также низкие значения КПД [4].
Среди всех известных способов интенсификации
плавки в индукционных печах наиболее эффектив-
ным является дополнительный нагрев металла плаз-
менной дугой постоянного или переменного тока.
Такой способ позволяет не только интенсифициро-
вать процесс плавки металла, но и повысить его
качество [5].
Физическая сущность дополнительного нагрева
металла плазменной дугой в индукционных печах,
влияние его на основные показатели работы печей
и характер протекания металлургических процес-
сов в металлической ванне подробно рассмотрены
в работе [6].
При комбинированном плазменно-индукцион-
ном нагреве расплавление металла осуществляется
путем прямого нагрева шихты индуктором и кос-
венного нагрева металла плазменной дугой.
Коэффициент интенсификации плавки в индук-
ционной печи с дополнительным нагревом металла
плазменной дугой может быть выражен следующим
образом [4]:
© В. Л. НАЙДЕК, В. Н. КОСТЯКОВ, А. А. ВОЛОШИН, 2009
50
K = I +
Pпл
Pи
⋅
ηпл
ηи
.
Из этого уравнения следует, что значение коэф-
фициента интенсификации плавки в индукционной
печи при комбинированном нагреве зависит от со-
отношения мощностей Рпл, Ри и КПД плазмотрона
ηпл и индуктора ηи.
Расчетные и экспериментальные данные показа-
ли, что коэффициент интенсификации плавки с уве-
личением термического КПД индукционной печи
уменьшается. Поэтому для индукционных печей
большой вместимости, работающих с высоким зна-
чением термического КПД, эффективность нагрева
металла плазменной дугой снижается. Однако не
представляется возможным учесть особенности на-
грева металла плазменной дугой, для которой условия
теплопередачи улучшаются с увеличением геометри-
ческих размеров плавильной ванны.
В реальных условиях интенсификации процесса
плавки в индукционной печи достигают за счет эф-
фективного использования энергии плазменной ду-
ги в период расплавления шихты, когда дуга прак-
тически полностью экранируется кусками шихты и,
следовательно, вся выделенная мощность в столбе
дуги расходуется на расплавление металла [7]. При
этом горячий газ довольно хорошо омывает куско-
вую шихту, а большой градиент температуры обес-
печивает высокую скорость теплопередачи к метал-
лу. В этот период конвективный теплообмен в тигле
плазменно-индукционной печи аналогичен таково-
му в шахтных печах, характеризующихся большой
поверхностью нагрева.
Некоторое различие состоит в том, что в плаз-
менно-индукционных печах не достигается равно-
мерное распределение плазмообразующего газа по
сечению плавильного тигля, и на отдельных участ-
ках процесс теплопередачи к металлической шихте
интенсифицируется за счет выделения дополни-
тельного тепла вследствие рекомбинации молекул
газа. В результате на дне тигля уже в начальный
период плавки образуется жидкое «болото», повы-
шающее эффективность работы индуктора. После
расплавления шихты интенсивность теплопередачи
от плазменной дуги к жидкой ванне снижается.
Плазменно-индукционные печи являются про-
грессивными плавильными агрегатами, предназна-
ченными для плавки черных и цветных металлов и
сплавов. С металлургической точки зрения эти печи
имеют определенные преимущества, по сравнению
с индукционными: возможность ведения активного
металлургического процесса плавки, незначитель-
ный угар легирующих элементов, высокая скорость
плавки, более низкая энергоемкость плавки, равно-
мерное распределение температуры в объеме тигля и др.
Благодаря таким преимуществам плазменно-ин-
дукционные печи могут использоваться для вы-
плавки практически всех марок стали, чугуна, алю-
миниевых и медных сплавов. Кроме того, в них
можно выполнять жидкофазное восстановление
хрома, никеля, ванадия, молибдена и других эле-
ментов из оксидных расплавов металлургических
шлаков и шламов, окалины, золы ТЕС, гальвано-
шламов. Это обеспечивает существенное снижение
стоимости выплавляемого металла.
Многолетний опыт ФТИМС НАН Украины по
созданию оборудования и технологии плавки ме-
таллов с применением плазменного нагрева позво-
лил создать плазменные приставки к индукционным
печам различной вместимости (таблица). .
Данные таблицы показывают, что с увеличением
вместимости индукционных печей эффективность
нагрева металла снижается, о чем свидетельствуют
результаты экономии электроэнергии. Так, для пе-
чей малой вместимости экономия энергии составля-
Технические характеристики плазменных приставок
Тип печи Вместимость тигля
Подводимая
к плазмотрону
мощность
Ток, A Напряжение, B
Экономия
электроэнергии на 1 т
жидкого металла,
кВт⋅ч
ИСТ 0,16… 0,25 50 1000 230 400
0,4… 0,5 70 1000 230 350
1,0 150 1600 300 270
ИЧТ 6,0 100 1250 230 100
10,0 100 1250 230 100
Прим е ч а н и е . Использован постоянный ток; рабочий газ в ИСТ – аргон, в ИЧТ – воздух.
Плазменно-индукционная печь вместимостью 1,5 т
51
ет 270…400 кВт⋅ч/т, а с увеличением вместимости
удельный расход электроэнергии снижается до
100 кВт⋅ч/т.
Однако эффективность дополнительного нагре-
ва металла плазменной дугой в индукционной печи
не уменьшается, поскольку металлургические воз-
можности этих печей довольно высокие. Так, на-
пример, от вида шихты при выплавке стали не за-
висит качество выплавленного металла [8]. Кроме
того, рафинирующее воздействие плазменной дуги
на металл в процессе плавки влияет на поведение
неметаллических включений. В выплавленном ме-
талле они измельчаются и равномерно распределя-
ются в объеме отливки. Это обусловливает повыше-
ние пластических характеристик и ударной вязкос-
ти сплавов. При выплавке чугуна уменьшение вред-
ных примесей, например серы, способствует сокра-
щению расхода модифицирующих добавок в несколь-
ко раз.
По инициативе и при участии ФТИМС НАН
Украины организовано производство плазменно-
индукционных печей малой вместимости на ПО
«ДагЗЭТО» г. Избербаш (Россия). Однако распад
СССР затормозил широкое внедрение на предпри-
ятиях машиностроительного комплекса прогрессив-
ной технологии плазменно-индукционной плавки.
Следует отметить, что на предприятиях маши-
ностроительного комплекса Украины не проявили
интерес к этой прогрессивной технологии плавки,
преимущества которой в условиях энергетического
кризиса очевидны, в отличие от предприятий бурно
развивающегося Вьетнама.
В 2008 г. на одном из предприятий Вьетнама
введена в эксплуатацию плазменно-индукционная
печь вместимостью 1,5 т (рисунок), для которой
плазменную приставку разработали и изготовили
во ФТИМС НАН Украины.
Таким образом, в условиях кризиса в Украине
одним из направлений экономии энергоресурсов в
литейном производстве, характеризующимся боль-
шой энергоемкостью на этапе приготовления спла-
вов, является дооборудование индукционных печей
плазменными приставками. Это позволит не только
сократить энергозатраты, но и внедрить новые ре-
сурсосберегающие технологии.
1. Современный уровень индукционных печей для плавки
чугуна / М. Я. Свистунова, В. Г. Ладожский, А. А. Про-
стяков, В. С. Шумихин. – Киев, 1980. – 39 с. (Препр. /
АН УССР. Ин-т проблем литья, № 11).
2. Лузгин В. И. Индукционные системы и методы среднечас-
тотной плавки черных металлов // Металлург. –
2008. – № 5. – С. 38—43.
3. Лузгин В. И., Петров А. Ю. Современные технологии
переработки лома и цветных металлов // Металлургия
машиностроения. – 2008. – № 1. – С. 6—11.
4. Интенсификация процесса плавки и рафинирования ме-
талла в индукционных печах / В. А. Ефимов, Г. П. Бо-
рисов, В. Н. Костяков, А. И. Шевченко // Технология и
организация производства. – 1969. – № 11. – С. 8—10.
5. Костяков В. Н. Интенсификация плавки в индукционных
плавильных печах // Литейн. пр-во. – 1972. – № 8. –
С. 41—42.
6. Костяков В. Н. Плазменно-индукционная плавка. – Ки-
ев: Наук. думка, 1991. – 208 с.
7. Лакомский В. И., Костяков В. Н. Перспективы примене-
ния плазменного нагрева при выплавке высококачествен-
ных сталей и сплавов в плавильных печах // Рафиниру-
ющие переплавы. – 1974. – Вып. 1. – С. 212—224.
8. Полетаев Е. Б. Выплавка шихтовой заготовки из нержа-
веющей стали 09Х16Н4БА в плазменно-индукционной пе-
чи ИСТП-0,16 // Прогрессивные способы плавки литей-
ных сплавов: Сб. науч. тр. – Киев: ИПЛ АН УССР,
1987. – С. 23—26.
Физико-технолог. ин-т металлов и сплавов
НАН Украины, Киев
Поступила 11.03.2009
52
|