Încălzirea prin inducție - încălzirea corpurilor într- un câmp electromagnetic datorită acțiunii termice a curenților electrici turbionari care circulă printr-un corp încălzit și excitați în acesta datorită fenomenului de inducție electromagnetică . În acest caz, curentul din produsul încălzit se numește curent indus sau indus. Instalațiile de inducție sunt numite dispozitive electrotermice concepute pentru încălzirea prin inducție a corpurilor sau topirea anumitor materiale. Un cuptor cu inducție este o parte a unei instalații de inducție, care include un inductor, un cadru, o cameră pentru încălzire sau topire, un sistem de vid , mecanisme de înclinare a cuptorului sau de mutare a produselor încălzite în spațiu etc. Un cuptor cu creuzet cu inducție (ITF). ), care altfel se numește cuptor cu inducție fără miez, este un creuzet de topire , de obicei de formă cilindrică, realizat din material refractar și plasat în cavitatea unui inductor conectat la o sursă de curent alternativ . Sarcina metalică este încărcată în creuzet și, absorbind energia electromagnetică, se topește.
Avantajele cuptoarelor de topire cu creuzet:
Dezavantajele cuptoarelor cu creuzet includ temperatura relativ scăzută a zgurii , care sunt direcționate către oglinda de topire în scopul prelucrării sale tehnologice. Zgura din ITP este încălzită din metal, astfel încât temperatura acestuia este întotdeauna mai scăzută, precum și durabilitatea relativ scăzută a căptușelii la temperaturi ridicate de topire și prezența ciclurilor de căldură (fluctuații bruște ale temperaturii căptușelii atunci când metalul este complet drenat). Cu toate acestea, avantajele ITP față de alte unități de topire sunt semnificative și sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii.
În funcție de faptul că procesul de topire are loc în aer sau într-o atmosferă protectoare, cuptoarele se disting:
Prin organizarea procesului în timp:
Conform designului creuzetului de topire:
Inventatorul cuptorului cu inducție pentru topirea metalelor este inginerul și inventatorul rus Alexander Nikolaevich Lodygin . [1] Primul dispozitiv electrotermic a fost construit de el în 1872. Iată cum își descrie Lodygin rezultatele: „... un cuptor cu inducție este un tip special de transformator în care metalul destinat topirii este înfășurarea primară, concepută pentru încălzire maximă. Aici este cazul în care legea lui Joule este pe deplin aplicabilă ... un astfel de transformator, evident, poate fi realizat monofazat sau multifazat și toate modificările în proiectarea și combinația de transformatoare care există în practică îi sunt aplicabile. . ”A fost unul dintre pionierii electrotermiei industriale, după ce a creat o serie de modele originale de cuptoare electrice, deține 11 brevete pe această temă. Interesele sale se concentrează pe utilizarea energiei electrice în metalurgie și pe problemele problematice ale electrotermiei industriale. Din 1900 până în 1905 sub conducerea lui A. N. Lodygin, au fost construite mai multe fabrici pentru producerea de ferocrom, fero-tungsten și ferosiliciu. [2]
Din 1905 până în 1907, A. N. Lodygin a propus mai multe modele de echipamente de inducție pentru încălzirea metalului. [3] În 1908, A. N. Lodygin a publicat un articol în revista „Electricity”, în care au fost descrise pentru prima dată principiul de funcționare și proiectarea unui cuptor cu inducție cu creuzet fără circuit magnetic. [4] Metoda și principiul de funcționare a cuptoarelor cu inducție a fost brevetat de A. N. Lodygin la 19 octombrie 1909.
Designul cuptorului cu creuzet constă dintr-un creuzet de topire cu un vârf de scurgere, așa-numitul „guler”, un focar , un capac și un strat de izolație termică. Crezetul de topire este una dintre cele mai critice componente ale cuptorului, ceea ce determină în mare măsură fiabilitatea operațională a acestuia. Prin urmare, următoarele cerințe sunt impuse creuzetului și materialelor de căptușeală utilizate:
În prezent, în practica de fabricație a ITP sunt utilizate următoarele metode:
Pentru ITP se folosesc căptușeli acide, bazice și neutre, a căror compoziție este foarte diversă. Acest lucru permite ca un anumit proces de topire să selecteze materialele de căptușeală adecvate, formularea masei refractare și tehnologia de fabricație în conformitate cu cerințele enumerate anterior. Căptușeala acidă este realizată din materiale refractare silicioase ( nisip de cuarț , cuarțit , cărămidă de silice măcinată ) cu un conținut de oxid de siliciu de cel puțin 93-98%. Un extract sulfit - celuloză este folosit ca material de liant (întărire) și se adaugă o soluție de acid boric 1-1,5% ca mineralizator . Compoziția granulelor a masei refractare: 5% boabe 3-2 mm, 50% boabe 2-0,5 mm, 45% boabe < 0,5 mm. Căptușeala acidă rezistă la 80-100 de topituri. Căptușeala principală este realizată din refractare de magnezit în stare pre-sinterizată sau topită, adică au cea mai mare constanță de volum. Pentru a reduce contracția la temperaturi ridicate (1500-1600 °C) și pentru a asigura o oarecare creștere la temperaturi medii (1150-1400 °C), care previne formarea fisurilor de contracție, se folosesc mineralizatori precum minereul de crom, nisipul cuarțos sau cuarțitele. Argila este folosită ca liant (până la 3% din greutatea magnezitului) cu umezirea cu o soluție apoasă de sticlă lichidă sau melasă (până la 12%). Se consideră cea mai bună masă refractară din punct de vedere al compoziției granulelor: 50% boabe 6–0,5 mm, 15% boabe 0,5–0,18 mm, 35% boabe < 0,18 mm. Datele privind durata de viață a căptușelii principale sunt extrem de contradictorii și fluctuează pentru creuzetele de diferite capacități. Trebuie remarcat faptul că rezistența căptușelii principale este mai mică decât cea a căptușelii acide și există și un dezavantaj: formarea de fisuri. Căptușeala neutră se caracterizează printr-un conținut ridicat de oxizi amfoteri (Al 2 O 3 , ZrO 2 , Cr 2 O 3 ). În multe cazuri, are caracteristici refractare mai mari decât acide sau bazice și face posibilă topirea aliajelor rezistente la căldură și a metalelor refractare în IHF. În prezent, căptușeala neutră este realizată din refractare magnezit-cromit [5] , electrocorindon , dioxid de zirconiu și zircon (ortosilicat de zirconiu ZrSiO 4 ). De asemenea, este posibilă fabricarea creuzetelor cu o compoziție neutră din unii compuși refractari ( nitruri , carburi , siliciuri , boruri , sulfuri ), care pot fi promițătoare pentru topirea unor cantități mici de metale refractare pure din punct de vedere chimic în vid și în medii reducătoare sau neutre. Topirea în creuzete de capacitate mare, care ar justifica utilizarea unor materiale de căptușeală atât de scumpe, nu este încă utilizată.
Capacul cuptorului, care servește la reducerea pierderilor de căldură prin radiație , este realizat din oțel structural [6] și este căptușit din interior. Capacul se deschide manual sau cu ajutorul unui sistem de pârghie (la cuptoare mici), sau cu ajutorul unui antrenament special ( hidraulic sau electromecanic).
Vatra cuptorului, care servește drept bază pe care este instalat creuzetul, este de obicei realizată din cărămizi sau blocuri de argilă refractă (pentru cuptoare mari) sau din plăci de azbociment [7] stivuite una peste alta (pentru mici cuptoare de capacitate mică).
Inductorul este elementul principal al cuptorului, conceput pentru a crea un câmp electromagnetic care induce un curent în sarcină. Pe lângă scopul său principal, trebuie să îndeplinească și funcția unui element structural important care percepe sarcina mecanică și termică din creuzetul de topire și determină în mare măsură fiabilitatea cuptorului în ansamblu. Forțe electrodinamice radiale semnificative acționează asupra inductorului:
În plus, răcirea inductorului trebuie să asigure îndepărtarea căldurii cauzate de pierderile electrice, iar izolarea electrică a bobinelor inductorului trebuie să excludă posibilitatea defecțiunii electrice care să conducă la arderea tubului inductor și o situație de urgență. Astfel, inductorul ITP trebuie să ofere:
Aceste cerințe sunt îndeplinite în ITP după cum urmează. De obicei, inductorul este o bobină cilindrică cu un singur strat ( solenoid ), ale cărei spire sunt așezate sub forma unei spirale (inductor spiralat) cu un unghi constant de înclinare, determinat de pasul de împachetare, sau o bobină, toate ale căror spire sunt situate în planuri orizontale, iar tranzițiile dintre spirele adiacente sunt efectuate prin secțiuni scurte înclinate, - un astfel de inductor se numește inductor cu transpunere de spire. Avantajul este simplitatea umpluturii (pe tambur, așezând bobină la bobină), cu toate acestea, planurile de capăt ale bobinelor inductorului nu sunt orizontale, ceea ce face dificilă cuplarea axială a inductorului. Fabricarea unui inductor cu o transpunere este mai dificilă, deoarece sunt necesare dispozitive speciale pentru a efectua transpunerea, cu toate acestea, capetele inductorului în acest caz se dovedesc a fi situate în planuri orizontale, ceea ce facilitează strângerea spirelor. inductor folosind plăci de capăt, inele de tensiune, etc. Datorită sarcinilor mari de curent, inductorul ITP este practic întotdeauna realizat cu răcire cu apă. Pentru a asigura pierderi electrice minime în inductor, trebuie îndeplinite următoarele condiții:
Aceste condiții pot fi îndeplinite dacă inductorul este realizat dintr-un tub de cupru tubular din secțiuni rotunde, dreptunghiulare cu pereți egali, cu pereți diferiți sau secțiuni speciale. În acest caz, tuburile cu pereți egali sunt utilizate, de regulă, pentru cuptoarele de înaltă frecvență, iar tuburile cu pereți diferiți sunt utilizate pentru frecvența industrială. Izolația electrică a inductorului trebuie să aibă o rigiditate dielectrică ridicată, să fie rezistentă la praf și umiditate, să reziste la vibrații și la temperaturi ridicate (≈200–300 °C) și să fie reparabilă. În practică, există mai multe moduri de a efectua izolarea între ture:
Pentru a asigura rigiditatea și rezistența mecanică a inductorului, se folosesc următoarele metode de fixare a spirelor sale:
Sistemul de răcire cu apă al inductorului este proiectat pentru a elimina puterea activă pierdută în inductor (Pu) și puterea pierderilor de căldură prin conducerea căldurii din metalul topit prin căptușeala creuzetului (Rt.p.). Condiții pentru fiabilitatea sistemului:
Cadrul (carcasa) cuptorului servește ca bază constructivă pentru fixarea tuturor elementelor principale ale cuptorului. În același timp, îi sunt impuse două cerințe principale: asigurarea rigidității maxime a întregii structuri a cuptorului în ansamblu și absorbția minimă a puterii de către elementele cadru, deoarece acestea se află în câmpul magnetic rătăcit al inductorului. În prezent, în cuptoarele cu creuzet sunt utilizate următoarele scheme de bază:
În practică, sunt utilizate trei metode pentru a reduce pierderile în cadrul cuptorului din câmpurile rătăcite:
Deoarece carcasa metalică formează un circuit închis în jurul inductorului, utilizarea ecranelor în acest caz este inevitabilă. De regulă, ecranele magnetice (nucleele magnetice) sunt utilizate în cuptoarele industriale. Circuitele magnetice, pe lângă scopul lor principal (conducerea unui flux magnetic extern în interiorul cadrului), îndeplinesc funcția de element structural care asigură rigiditatea inductorului și a cuptorului în ansamblu. Acest lucru se realizează datorită faptului că fixarea și șapa radială a inductorului se realizează prin pachete de circuite magnetice presate pe inductor prin șuruburi speciale de presiune montate în corpul cuptorului. Forța de apăsare poate fi reglată. Fixarea inductorului în direcția axială poate fi efectuată cu ajutorul consolelor sudate pe obrajii laterali ai circuitelor magnetice (la consolele superioare) și știfturi care atrag pachetele de circuite magnetice la fundul cuptorului. Datorită unei astfel de soluții constructive, toate eforturile care apar în timpul funcționării cuptorului și percepute de inductor sunt transmise prin circuitele magnetice către corp și fund, ceea ce face posibilă descărcarea căptușelii și creșterea durabilității și fiabilității acesteia. a cuptorului în ansamblu.
Echipamentele electrice includ:
Echipamentele electrice și instrumentele de măsură în cazul frecvențelor înalte și înalte trebuie să aibă un design special care să permită utilizarea echipamentelor speciale în zona de înaltă frecvență.
Comutatorul S vă permite să modificați coeficientul de cuplare al inductorului și să încărcați în timpul procesului de topire. O astfel de schimbare este necesară datorită faptului că rezistența activă a amestecului este diferită în diferite puncte ale procesului. Contactoarele K1, K2, K3 vă permit să modificați capacitatea bateriei de condensatoare compensatoare în timpul procesului de topire și să mențineți cos.=1 în circuitul inductor. Acest lucru trebuie făcut, deoarece în timpul topirii și rezistența inductivă a sarcinii se modifică, pe măsură ce se modifică permeabilitatea magnetică, magnitudinea curenților turbionari etc.
Mecanismul de înclinare al cuptorului este conceput pentru a drena metalul și este una dintre componentele importante ale designului oricărui cuptor de topire cu creuzet. Pentru a reduce lungimea jetului de metal și pentru a nu deplasa oalul de turnare în conformitate cu mișcarea nasului cuptorului (ca, de exemplu, în funcționarea cuptoarelor cu arc din oțel), axa de înclinare IHF este plasată lângă nas. . Pentru a înclina cuptoarele de capacitate mică (60 și 160 kg), se folosește un palan al cuptorului, conceput pentru a încărca încărcătura în creuzet. Pentru a înclina cuptorul, cârligul telpher este conectat la un cercel fixat pe cadrul cuptorului. Când tamburul de ridicare se rotește, cârligul întoarce cuptorul la unghiul necesar (aproximativ 95-100°). Partea principală a mecanismului hidraulic de înclinare a cuptorului sunt cilindrii de lucru cu acțiune simplă, instalați câte unul pe fiecare parte a cuptorului. Pistonurile cilindrilor, articulate de corpul cuptorului, sunt deplasate în sus de presiunea fluidului de lucru (de obicei ulei) și înclină cuptorul. Cilindrii sunt montați pe balamale care permit cilindrilor să se rotească în procesul de înclinare a cuptorului în conformitate cu arcul descris de capul pistonului. Cuptorul este coborât cu propria greutate atunci când presiunea fluidului de lucru este îndepărtată din cilindri. Dacă cuptorul urmează să fie înclinat pe ambele părți (atunci când acționează ca un acumulator-malater încălzit), mecanismul hidraulic de înclinare este echipat cu două perechi de cilindri de lucru, fiecare dintre care înclină cuptorul într-o parte și știfturile pistonului de a doua pereche de cilindri servește drept axă de rotație a cuptorului. Mecanismul hidraulic de înclinare este simplu în design, oferă o viraj lină, dar pentru funcționarea acestuia este necesar să existe o unitate de presiune hidraulică. Dezavantajul acestui mecanism de înclinare ar trebui luat în considerare și necesitatea unui spațiu destul de mare sub cuptor pentru instalarea cilindrilor hidraulici (de lucru), care în unele cazuri exclude utilizarea acestuia.
De obicei, se folosesc mecanisme simple de ridicare cu pârghie sau came, care fac posibilă ridicarea cu ușurință a capacului cu 1-2 cm, după care este dus în lateral prin rotirea suportului de care atârnă. Este posibil să ridicați capacul cu un mic cilindru hidraulic. Cel mai adesea, capacele sigilate ale cuptoarelor cu inducție în vid sunt ridicate în acest fel.
Dicționare și enciclopedii | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |
|
Cuptoare | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Incalzi | |||||||||||
Încălzire și gătit | |||||||||||
bucătărie | |||||||||||
Industrial |
|
Metalurgia feroasă | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Concepte generale Metale negre Aliaj Fabrica de Siderurgie Complex metalurgic Istoria producerii și utilizării fierului | ||||||||||||
Procesele de bază |
| |||||||||||
Unități principale |
| |||||||||||
Principalele produse și materiale |
|