Selecting the Calculation Procedure and Studying the Electrical Characteristics of Induction Crucible Furnaces with a Conductive Crucible
Abstract
The known procedures for calculating induction crucible furnaces with a conductive crucible are reviewed and compared with one another. It is shown that the electric and power performance characteristics of furnaces of this type can be efficiently calculated and theoretically studied by computer simulation based on the finite element method and implemented in the ELCUT universal software package. The results from electric calculation of a laboratory furnace with a graphite crucible and with aluminum alloy charge carried out using different methods are compared with one another, and the effectiveness of using the ELCUT software package has been demonstrated from that comparison. A laboratory electrical processing facility comprising an induction crucible furnace with a conductive crucible, an adjustable high-frequency transistor inverter serving as a power supply, a microprocessor control system, and a data acquisition system has been set up. The techniques for measuring electrical quantities at high frequency that have been implemented in the laboratory setup are described. The modelling has been carried out at the experimental setup fitted with the necessary instrumentation. The calculation results are compared with the physical experiment data, and adequacy of the theoretical investigation has been confirmed by experiment. The laboratory furnace equipped with a graphite crucible intended for melting 1 kg of copper by heating it to 1100 °C using a current frequency of around 22 kHz has been calculated. The electromagnetic wave penetration into the furnace charge presenting a double-layer conductive body (with the conductive crucible forming the external layer and the metal being melted forming the inner layer) has been investigated. The effect the presence of the charge inner layer on the furnace electrical and power performance characteristics has been investigated. The dependences of electric and power performance characteristics on the frequency, inductor current and temperature, as well as the distribution of magnetic field intensity over the radius and specific volumetric power release in the crucible and charge for the empty crucible and the crucible with liquid copper have been studied. The calculation results were also compared with the experimental data. The performed investigations form the basis for designing induction crucible furnaces with a conductive crucible and also for constructing the control system.
References
2. Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1968.
3. Установки индукционного нагрева / под ред. А.Е. Слухоцкого. Л.: Энергоиздат, 1981.
4. Иванова Л.И., Гробова Л.С., Сокунов Б.А., Сарапулов С.Ф. Индукционные тигельные печи. Екатеринбург: Изд-во УГТУ–УПИ, 2002.
5. Сайт компании РЭЛТЕК [Офиц. сайт]. URL: http://reltec.biz/ (дата обращения 01.03.2017)
6. Сайт компании Азиатские Промышленные Технологии [Офиц. сайт]. URL: http://aitcom.ru/ (дата обращения 02.03.2017)
7. Сайт компании ИнтерСЭЛТ [Офиц. сайт]. URL: http://interselt.ru/ (дата обращения 05.03.2017)
8. Бамунэр А.В., Френкель П.Г. Методика инженерного расчета индукционных печей с немагнитным проводящим тиглем // Исследование и разработка индукционных плавильных печей. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 27—33.
9. Кувалдин А.Б. Теория индукционного и диэлектрического нагрева. М.: Изд-во МЭИ, 1999.
10. Кувалдин А.Б., Погребисский М.Я., Федин М.А. Расчет тепловых и электрических характеристик индукционных тигельных миксеров // Электрометаллургия. 2007. No 12. С. 18—26.
11. Немков В.С., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. Л.: Энергоатомиздат, 1988.
12. Федин М.А. Выбор принципа регулирования и разработка системы управления индукционных тигельных печей с проводящим тиглем // Индукционный нагрев. 2014. No 1 (27). С. 24—28.
13. Федин М.А., Кулешов А.О. Расчет электрических характеристик индукционных тигельных печей с проводящим тиглем // Наука. Техника. Технологии. 2014. No 4. С. 87—90.
14. Федин М.А., Кулешов А.О. Разработка автоматизированной установки индукционной тигельной печи с проводящим тиглем для плавки металлов // Проблемы разработки месторождения углеводородных и рудных полезных ископаемых. 2014. No 1. С. 586—589.
---
Для цитирования: Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кулешов А.О. Выбор методики расчета и исследование электрических характеристик индукционных тигельных печей с проводящим тиглем // Вестник МЭИ. 2017. № 3. С. 77—86. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-77-86.
#
1. Vaynberg A.M. Induktsionnye Plavil'nye Pechi. M.: Energiya, 1967. (in Russian).
2. Farbman S.A., Kolobnev I.F. Induktsionnye pechi dlya Plavki Metallov i Splavov. M.: Metallurgiya, 1968. (in Russian).
3. Ustanovki Induktsionnogo Nagreva / pod Red. A.E. Slukhotskogo. L.: Energoizdat, 1981. (in Russian).
4. Ivanova L.I., Grobova L.S., Sokunov B.A., Sarapulov S.F. Induktsionnye Tigel'nye Pechi. Ekaterinburg: Izd-vo UGTU–UPI, 2002. (in Russian).
5. Sayt kompanii RELTEK [Ofits. sayt]. URL: http://reltec.biz/ (data obrashcheniya 01.03.2017) (in Russian).
6. Sayt kompanii Aziatskie Promyshlennye Tekhnologii [Ofits. sayt]. URL: http://aitcom.ru/ (data obrashcheniya 02.03.2017) (in Russian).
7. Sayt kompanii InterSELT [Ofits. sayt]. URL: http://inter-selt.ru/ (data obrashcheniya 05.03.2017) (in Russian).
8. Bamuner A.V., Frenkel' P.G. Metodika Inzhenernogo Rascheta Induktsionnykh Pechey s Nemagnitnym Provodyashchim Tiglem. Issledovanie i Razrabotka Induktsionnykh Plavil'nykh Pechey. M.: Energoatomizdat, 1986:27—33. (in Russian).
9. Kuvaldin A.B. Teoriya Induktsionnogo i Dielektricheskogo Nagreva. M.: Izd-vo MEI, 1999. (in Russian).
10. Kuvaldin A.B., Pogrebisskiy M.YA., Fedin M.A. Raschet Teplovykh i Elektricheskikh Kharakteristik Induktsionnykh Tigel'nykh Mikserov. Elektrometallurgiya. 2007;12:18—26. (in Russian).
11. Nemkov V.S., Demidovich V.B. Teoriya i Raschet Ustroystv Induktsionnogo Nagreva. L.: Energoatomizdat, 1988. (in Russian).
12. Fedin M.A. Vybor Printsipa Regulirovaniya i Razrabotka Sistemy Upravleniya Induktsionnykh Tigel'nykh Pechey s Provodyashchim Tiglem. Induktsionnyy Nagrev. 2014;1 (27):24—28. (in Russian).
13. Fedin M.A., Kuleshov A.O. Raschet Elektricheskikh Kharakteristik Induktsionnykh Tigel'nykh Pechey s Provodyashchim Tiglem. Nauka. Tekhnika. Tekhnologii. 2014;4:87—90.
14. Fedin M.A., Kuleshov A.O. Razrabotka Avtomatizirovannoy Ustanovki Induktsionnoy Tigel'noy Pechi s Provodyashchim Tiglem dlya Plavki Metallov.Problemy Razrabotki Mestorozhdeniya Uglevodorodnykh i Rudnykh Poleznykh Iskopaemykh. 2014;1:586—589.
---
For citation: Fedin М.А., Kuvaldin А.B., Kuleshov А.О. Selecting the Calculation Procedure and Studying the Electrical Characteristics of Induction Crucible Furnaces with a Conductive Crucible. MPEI Vestnik. 2017; 3:77—86. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-77-86.
