Induktiolämmitys - kappaleiden kuumeneminen sähkömagneettisessa kentässä kuumennetun kappaleen läpi virtaavien ja siinä kiihtyneiden pyörteisten sähkövirtojen lämpövaikutuksen seurauksena sähkömagneettisen induktion ilmiön. Tässä tapauksessa kuumennetussa tuotteessa olevaa virtaa kutsutaan indusoiduksi tai indusoiduksi virraksi. Induktioasennuksia kutsutaan sähkötermisiksi laitteiksi, jotka on suunniteltu kappaleiden induktiolämmitykseen taitiettyjen materiaalien sulatukseen . Induktiouuni on osa induktiolaitteistoa, joka sisältää induktorin, rungon, lämmitys- tai sulatuskammion, tyhjiöjärjestelmän , mekanismit uunin kallistamiseksi tai kuumennettujen tuotteiden siirtämiseksi avaruudessa jne. Induktioupokasuuni (ITF) ), jota muuten kutsutaan induktiouuniksi ilman sydäntä, on sulatusupokas , yleensä lieriömäinen, valmistettu tulenkestävästä materiaalista ja sijoitettu vaihtovirtalähteeseen kytketyn induktorin onteloon. Metallivaraus ladataan upokkaaseen ja sulaa absorboimalla sähkömagneettista energiaa.
Upokassulatusuunien edut :
Upokasuunien haittoja ovat kuonan suhteellisen alhainen lämpötila , joka johdetaan sulapeiliin sen teknistä käsittelyä varten. ITP:ssä oleva kuona kuumennetaan metallista, joten sen lämpötila on aina alhaisempi, samoin kuin vuorauksen suhteellisen alhainen kestävyys korkeissa sulamislämpötiloissa ja lämpöjaksojen esiintyminen (vuorauksen lämpötilan jyrkät vaihtelut, kun metalli on täysin tyhjentynyt). ITP:n edut muihin sulatusyksiköihin verrattuna ovat kuitenkin merkittäviä, ja niitä käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla.
Sen mukaan, tapahtuuko sulamisprosessi ilmassa vai suojaavassa ilmakehässä, uunit erotetaan:
Järjestämällä prosessi ajoissa:
Sulatusupokkaan rakenteen mukaan:
Metallien sulatukseen tarkoitetun induktiouunin keksijä on venäläinen insinööri ja keksijä Aleksanteri Nikolajevitš Lodygin . [1] Hän rakensi ensimmäisen sähkötermisen laitteen vuonna 1872. Näin Lodygin kuvailee tuloksiaan: "... induktiouuni on erityinen muuntaja, jossa sulatukseen tarkoitettu metalli on primäärikäämi, joka on suunniteltu maksimaaliseen lämmitykseen. Tässä on tapaus, jossa Joulen laki on täysin sovellettavissa ... tällainen muuntaja voidaan luonnollisesti tehdä yksivaiheiseksi tai monivaiheiseksi, ja kaikki käytännössä olemassa olevat muunnokset muuntajien suunnittelussa ja yhdistelmässä ovat sovellettavissa siihen. ”Hän oli yksi teollisen sähkötermian pioneereista, luotuaan useita alkuperäisiä sähköuuneja, hänellä on 11 patenttia tästä aiheesta. Hänen kiinnostuksensa keskittyvät sähkön käyttöön metallurgiassa ja teollisen sähkötermian ongelmallisiin kysymyksiin. Vuodesta 1900 vuoteen 1905 A. N. Lodyginin johdolla rakennettiin useita tehtaita ferrokromin, ferrovolframin ja ferropiin tuotantoa varten. [2]
Vuosina 1905–1907 A. N. Lodygin ehdotti useita muita induktiolaitteiden malleja metallin lämmittämiseen. [3] Vuonna 1908 A. N. Lodygin julkaisi artikkelin "Electricity"-lehdessä, jossa kuvattiin ensimmäisen kerran upokkaan induktiouunin toimintaperiaate ja suunnittelu ilman magneettipiiriä. [4] Induktiouunien menetelmän ja toimintaperiaatteen patentoi A. N. Lodygin 19. lokakuuta 1909.
Upokasuunin rakenne koostuu sulatusupokkaasta , jossa on tyhjennyskärki, niin sanottu "kaulus", tulisija , kansi ja lämpöeristyskerros. Sulatusupokas on yksi uunin kriittisimmistä komponenteista, joka määrää suurelta osin sen toimintavarmuuden. Siksi upokkaalle ja käytetyille vuorausmateriaaleille asetetaan seuraavat vaatimukset:
Tällä hetkellä ITP:n valmistuksessa käytetään seuraavia menetelmiä:
ITP:lle käytetään happamia, emäksisiä ja neutraaleja vuorauksia, joiden koostumus on hyvin monipuolinen. Tämä mahdollistaa tietyn sulatusprosessin sopivan vuorausmateriaalin, tulenkestävän massan formuloinnin ja valmistustekniikan valitsemisen aiemmin lueteltujen vaatimusten mukaisesti. Happopäällyste on valmistettu piipitoisista tulenkestävästä materiaalista ( kvartsihiekka , kvartsiitti , jauhettu silikatiili ) , jonka piioksidipitoisuus on vähintään 93-98 %. Sideaineena (vahvistavana) käytetään sulfiitti - selluloosauutetta ja mineralisaattorina 1-1,5 % boorihappoliuosta . Tulenkestävän massan raekoostumus: 5 % rakeita 3-2 mm, 50 % rakeita 2-0,5 mm, 45 % rakeita < 0,5 mm. Happovuori kestää 80-100 sulaa. Päävuori on valmistettu magnesiittitulenkestävistä materiaaleista esisintratussa tai sulatetussa tilassa, eli niillä on suurin tilavuusvakaus. Kutistumisen vähentämiseksi korkeissa lämpötiloissa (1500-1600 °C) ja kasvun aikaansaamiseksi keskilämpötilassa (1150-1400 °C), mikä estää kutistumishalkeamien muodostumisen, käytetään mineralisoivia aineita, kuten kromimalmia, kvartsihiekkaa tai kvartsiitteja. Savia käytetään sideaineena (enintään 3 painoprosenttia magnesiittia) kostuttamalla se nestemäisen lasin tai melassin vesiliuoksella (enintään 12 prosenttia). Raekoostumukseltaan parhaan tulenkestävän massan katsotaan olevan: 50 % rakeita 6–0,5 mm, 15 % rakeita 0,5–0,18 mm, 35 % rakeita < 0,18 mm. Tiedot päävuorauksen käyttöiästä ovat äärimmäisen ristiriitaisia ja vaihtelevat eri kapasiteetin upokkaiden osalta. On huomattava, että päävuorauksen vastus on pienempi kuin happovuorauksen, ja siinä on myös haittapuoli: halkeamien muodostuminen. Neutraalille vuoraukselle on ominaista korkea amfoteeristen oksidien (Al 2 O 3 , ZrO 2 , Cr 2 O 3 ) pitoisuus. Monissa tapauksissa sillä on korkeammat tulenkestävyysominaisuudet kuin happamalla tai emäksisellä, ja se mahdollistaa lämmönkestävien metalliseosten ja tulenkestävien metallien sulamisen IHF:ssä. Tällä hetkellä neutraali vuoraus on valmistettu magnesiitti-kromiitti [5] tulenkestävästä materiaalista, elektrokorundista , zirkoniumdioksidista ja zirkonista (zirkoniumortosilikaatti ZrSiO 4 ). Joistakin tulenkestävistä yhdisteistä ( nitridit , karbidit , silisidit , boridit , sulfidit ) on mahdollista valmistaa myös neutraalin koostumuksen omaavia upokkaita, jotka voivat olla lupaavia pienten määrien kemiallisesti puhtaiden tulenkestävien metallien sulattamiseen tyhjiössä ja pelkistävissä tai neutraaleissa väliaineissa. Sulatusta suurikapasiteettisissa upokkaissa, mikä oikeuttaisi niin kalliiden vuorausmateriaalien käytön, ei vielä käytetä.
Säteilyn aiheuttamia lämpöhäviöitä vähentävä uunin kansi on valmistettu rakenneteräksestä [6] ja vuorattu sisältä. Kansi avataan manuaalisesti tai vipujärjestelmän avulla (pienissä uuneissa) tai erityisellä käyttölaitteella ( hydraulinen tai sähkömekaaninen).
Uunin tulisija, joka toimii pohjana, jolle upokas asennetaan, on yleensä valmistettu fireclay -tiilistä tai -lohkoista (isoihin uuneihin) tai päällekkäin pinotuista asbestisementtilevyistä [7] (pienissä). pienet uunit).
Induktori on uunin pääelementti, joka on suunniteltu luomaan sähkömagneettinen kenttä, joka indusoi virran kuormaan. Päätarkoituksensa lisäksi sen tulee suorittaa myös tärkeän rakenneosan tehtävä, joka havaitsee sulatusupokkaan mekaanisen ja lämpökuorman ja määrää suurelta osin uunin luotettavuuden kokonaisuutena. Merkittävät radiaaliset sähködynaamiset voimat vaikuttavat kelaan:
Lisäksi induktorin jäähdytyksen tulee varmistaa sähköhäviöiden aiheuttaman lämmön poisto ja induktorin käämien sähköeristyksen on suljettava pois kelaputken läpipalamiseen ja hätätilanteeseen johtava sähkökatkos. Siten ITP-kelan on tarjottava:
Nämä vaatimukset täyttyvät ITP:ssä seuraavasti. Tyypillisesti kela on sylinterimäinen yksikerroksinen kela ( solenoidi ), jonka kierrokset on asetettu spiraalin muotoon (spiraaliinduktori), jolla on vakio kaltevuuskulma, joka määräytyy tiivistysvälin mukaan, tai kela, kaikki joiden kierrokset sijaitsevat vaakatasoissa, ja siirtymät vierekkäisten kierrosten välillä suoritetaan lyhyillä vinoilla osilla , - tällaista kelaa kutsutaan kelaksi, jossa on kierrosten transponointi. Etuna on täytön yksinkertaisuus (rummulla, kela kelalle asettaminen), mutta kelan käämien päätytasot eivät ole vaakasuorassa, mikä vaikeuttaa kelan aksiaalista kytkemistä. Transpositiolla varustetun induktorin valmistaminen on vaikeampaa, koska transponoinnin suorittamiseen tarvitaan erityisiä laitteita, mutta induktorin päät osoittautuvat tässä tapauksessa vaakasuorissa tasoissa, mikä helpottaa kelan kierrosten kiristämistä. induktori päätylevyillä, kiristysrenkailla jne. Suurista virtakuormista johtuen ITP-induktori suoritetaan käytännössä aina vesijäähdytyksellä. Jotta varmistetaan mahdollisimman pienet sähköhäviöt kelassa, seuraavien ehtojen on täytyttävä:
Nämä ehdot voivat täyttyä, jos kela on valmistettu ontosta kupariputkesta, jossa on pyöreitä, suorakaiteen muotoisia tasaseinäisiä, eriseinäisiä tai erikoisprofiileja. Tässä tapauksessa tasaseinäisiä putkia käytetään pääsääntöisesti suurtaajuusuuneissa ja eriseinäisiä putkia teollisiin taajuuksiin. Induktorin sähköeristyksen tulee olla korkean eristelujuuden, pölyn- ja kosteudenkestävän, tärinän ja kohonneen lämpötilan (≈200–300 °C) kestävä ja korjattavissa. Käytännössä on useita tapoja suorittaa käännösten välinen eristys:
Induktorin jäykkyyden ja mekaanisen lujuuden varmistamiseksi käytetään seuraavia menetelmiä sen kierrosten kiinnittämiseen:
Induktorin vesijäähdytysjärjestelmä on suunniteltu poistamaan induktorissa menetetty aktiivinen teho (Pu) ja lämpöhäviöiden teho johtuen sulasta metallista upokkaan vuorauksen läpi (Rt.p.). Edellytykset järjestelmän luotettavuudelle:
Uunin runko (kotelo) toimii rakentavana perustana kaikkien uunin pääelementtien kiinnittämiseen. Samanaikaisesti sille asetetaan kaksi päävaatimusta: uunin koko rakenteen maksimaalisen jäykkyyden varmistaminen ja runkoelementtien vähimmäistehon absorptio, koska ne ovat kelan hajamagneettikentässä. Tällä hetkellä upokasuuneissa käytetään seuraavia perusrunkomalleja:
Käytännössä käytetään kolmea menetelmää uunin rungon hävikkien vähentämiseksi hajakentistä:
Koska metallikotelo muodostaa suljetun piirin induktorin ympärille, suojusten käyttö on tässä tapauksessa väistämätöntä. Teollisuusuuneissa käytetään pääsääntöisesti magneettisuojuksia (magneettisydämiä). Magneettipiirit suorittavat päätarkoituksensa (ulkoisen magneettivuon johtaminen rungon sisällä) lisäksi rakenne-elementin toiminnon, joka varmistaa induktorin ja koko uunin jäykkyyden. Tämä saavutetaan johtuen siitä, että induktorin kiinnitys ja säteittäinen tasoitus suoritetaan magneettipiirien paketeilla, jotka painetaan kelaa vasten erityisillä painepulteilla, jotka on asennettu uunin runkoon. Puristusvoimaa voidaan säätää. Induktorin kiinnitys aksiaalisuunnassa voidaan suorittaa magneettipiirien sivupokiin (ylempiin kiinnikkeisiin) hitsatuilla kannakkeilla ja nastoilla, jotka houkuttelevat magneettipiirien paketteja uunin pohjalle. Tällaisen rakentavan ratkaisun ansiosta kaikki uunin toiminnan aikana syntyvät ja kelan havaitsemat ponnistelut välittyvät magneettisten piirien kautta runkoon ja pohjaan, mikä mahdollistaa vuorauksen purkamisen ja lisää sen kestävyyttä ja luotettavuutta. uunista kokonaisuutena.
Sähkölaitteet sisältävät:
Korkeiden ja korkeiden taajuuksien sähkölaitteiden ja mittauslaitteiden tulee olla erityinen rakenne, joka mahdollistaa erikoislaitteiden käytön suurtaajuusvyöhykkeellä.
Kytkimellä S voit muuttaa induktorin ja varauksen kytkentäkerrointa sulamisprosessin aikana. Tällainen muutos on tarpeen, koska seoksen aktiivinen vastus on erilainen prosessin eri kohdissa. Kontaktorit K1, K2, K3 mahdollistavat kompensointikondensaattoripariston kapasiteetin muuttamisen sulatusprosessin aikana ja cos.=1:n ylläpitämisen kelapiirissä. Tämä on tehtävä, koska sulamisen aikana myös varauksen induktiivinen resistanssi muuttuu, kun magneettinen permeabiliteetti, pyörrevirtojen suuruus jne. muuttuvat.
Uunin kallistusmekanismi on suunniteltu tyhjentämään metallia ja se on yksi tärkeimmistä komponenteista minkä tahansa upokkaan sulatusuunin suunnittelussa. Metallisuihkun pituuden lyhentämiseksi ja jotta kaatokaukalo ei liikuta uunin nokan liikkeen mukaan (kuten esimerkiksi kaariteräsuunien toiminnassa), IHF-kallistusakseli asetetaan lähelle nokkaa. . Pienen kapasiteetin (60 ja 160 kg) uunien kallistamiseen käytetään uunilaiturin nostinta, joka on suunniteltu lataamaan panos upokkaan. Uunin kallistamiseksi telpher-koukku liitetään uunin runkoon kiinnitettyyn korvakoruun. Kun nostorumpu pyörii, koukku kääntää uunin haluttuun kulmaan (noin 95-100°). Pääosa uunin hydraulisesta kallistusmekanismista on yksitoimiset työsylinterit, jotka on asennettu yksi uunin kummallekin puolelle. Uunin runkoon saranoitujen sylinterien männät siirtyvät ylöspäin käyttönesteen (yleensä öljyn) paineella ja kallistavat uunia. Sylinterit on asennettu saranoihin, jotka mahdollistavat sylinterien pyörimisen uunin kallistuksen aikana männänpään kuvaaman kaaren mukaisesti. Uunia lasketaan omalla painollaan, kun käyttönesteen paine poistetaan sylintereistä. Jos uunia on tarkoitus kallistaa molemmille puolille (kun se toimii lämmitettävänä hamstraussekoittimena), hydraulinen kallistusmekanismi on varustettu kahdella parilla työsylintereitä, joista kukin kallistaa uunia toiselle puolelle ja männän tapet toinen sylinteripari toimii uunin pyörimisakselina. Hydraulinen kallistusmekanismi on rakenteeltaan yksinkertainen, tarjoaa tasaisen käännöksen, mutta sen toimintaa varten on oltava hydraulinen paineyksikkö. Tämän kallistusmekanismin haittana on pidettävä myös melko suuren tilan tarvetta uunin alla hydraulisten (työ)sylintereiden asentamista varten, mikä joissakin tapauksissa sulkee pois sen käytön.
Yleensä käytetään yksinkertaisia vipu- tai nokkanostomekanismeja, joiden avulla kantta on helppo nostaa 1-2 cm, minkä jälkeen se viedään sivulle kääntämällä kiinnikettä, johon se roikkuu. Kansi on mahdollista nostaa pienellä hydraulisylinterillä. Useimmiten tyhjiö-induktiouunien suljetut kannet nostetaan tällä tavalla.
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|
Uunit | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Lämmitys | |||||||||||
Lämmitys ja ruoanlaitto | |||||||||||
keittiö | |||||||||||
Teollinen |
|
Rautametallurgia | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Yleiset käsitteet Mustat metallit Metalliseos Rauta- ja terästehtaat Metallurginen kompleksi Raudan tuotannon ja käytön historia | ||||||||||||
Ydinprosessit _ |
| |||||||||||
Pääyksiköt _ |
| |||||||||||
Päätuotteet ja materiaalit |
|