Do druhé skupiny patří pece s ocelovým, grafitovým nebo grafitovým šamotovým kelímkem 4, který má větší nebo menší elektrickou vodivost. Je-li tloušťka stěny kelímku větší než dvojnásobek hloubky průniku proudu do materiálu kelímku, pak můžeme předpokládat, že indukovaný proud je soustředěn ve stěně kelímku, zatímco zátěž je ohřívána pouze přenosem tepla a nemusí mít el. vodivost. Při menší tloušťce stěny kelímku proniká elektromagnetické pole zátěží a energie se uvolňuje jak ve stěně kelímku, tak v zátěži samotné, pokud je elektricky vodivá. Pece s vodivým kelímkem mají tepelnou izolaci 5.

Podle charakteru pracovního prostředí lze indukční kelímkové pece rozdělit na otevřené, pracující v atmosféře a vakuové. Konstrukce vakuových pecí umožňují jak tavení, tak odlévání kovu ve vakuu, díky čemuž je obsah plynů rozpuštěných v kovu velmi nízký.

Induktor a výstelka, jejíž hlavní částí je kelímek, jsou vyztuženy v tělese pece. Konstrukční díly pouzdra jsou umístěny vně induktoru v malé vzdálenosti od něj, tedy v oblasti, kterou proniká magnetický tok induktoru na dráze jeho zpětného obvodu. Proto se v kovových částech krytu mohou vyskytovat vířivé proudy, které způsobují zahřívání.

Pro snížení ztrát v tělese malokapacitních pecí jsou hlavní části tělesa vyrobeny z nevodivých materiálů. Je také možné odstranit kovové součásti pouzdra ve větší vzdálenosti od induktoru, do oblasti slabšího pole.

Takové konstrukční řešení však vede k prudkému zvětšení rozměrů pece a je tedy přijatelné pouze pro pece nejmenšího výkonu. U pecí s významnou kapacitou musí být jednotky nosné konstrukce chráněny před vnějším polem induktoru.

K ochraně se používá magnetický obvod ve formě svislých pouzder z transformátorové oceli umístěných kolem induktoru, nebo elektromagnetické stínění mezi induktorem a pouzdrem ve formě souvislého pouzdra z plechového materiálu s nízkým odporem; ztráty v takové obrazovce jsou malé.

V souladu se způsobem snižování ztrát v těle jsou tedy indukční kelímkové pece rozděleny do tří tříd:

a) nestíněné; b) s magnetickým jádrem;

c) s elektromagnetickým stíněním.

Velké kelímkové pece pracují s frekvencí 50 Hz; s klesající kapacitou pece se musí frekvence proudu zvyšovat, aby byl zachován poměr mezi hloubkou průniku proudu a průměrem zátěže, čímž je zajištěna vysoká účinnost induktoru.

Podle frekvence napájecího proudu lze indukční kelímkové pece klasifikovat takto:

a) vysokofrekvenční napájené elektronkovými generátory; b) pracující při frekvenci 500-10000 Hz poháněné ventilem

nebo strojní frekvenční měniče; c) pracující na frekvencích 150 a 250 Hz napájené statickým smartem

frekvenční nosiče; d) pracující při frekvenci 50 Hz s napájením ze sítě; s významnými

výkon vybavený vyvažovacími zařízeními.

Keramický kelímek indukční kelímkové pece má nejjednodušší tvar a je spolehlivý v provozu. Z tohoto důvodu je kelímková pec nejběžnějším typem indukční pece.

READ
Jak odstranit lepidlo na dlaždice ze sádrokartonu?

Princip činnosti všech kelímkových pecí je stejný a jejich účel je tedy stejný. Různorodost aplikací také určuje rozdíl v designových formách.

Existují tři provedení, která se liší způsobem vedení magnetického toku z vnější strany induktoru (obr. 2.11):

a) magnetický tok prochází magnetickými jádry vyrobenými z transformátorové oceli;

b) magnetický tok prochází vzduchem, ocelové konstrukční díly jsou chráněny před intenzivním ohřevem měděným plechem, který stíní magnetické pole;

c) magnetický tok prochází vzduchem.

Tyto tři možnosti se nazývají

a) uzavřená struktura;

b) stíněné provedení;

c) otevřený design.

Otevřený design. Mimo kelímek

vzduchem se šíří magnetické pole. Z-

krytá konstrukce je především

typické pro malé trouby.

ruční magnetický tok mimo cívku

obaly z transformátorové oceli – mag-

závitové potrubí. Počet magnetických jader a

jejich parametry závisí na rozměrech pece,

výkon a frekvence. Uzavřené provedení

se používají téměř výhradně v

Rýže. 2.11. Tři možnosti provedení

vysokofrekvenční indukční pece

magnetický tok mimo kelímek:

a – prochází magnetický tok

Stíněné provedení. Ošidit-

Konstrukce je také kompaktní, což však

b – prochází magnetický tok

vzduch, ocelové konstrukce

dosaženo za cenu dodatečných

Tyto prvky jsou chráněny mědí

strávit Navíc uzavřené stínění

Stávající plášť to neumožňuje

c – prochází magnetický tok

pohodlné a komplexní sledování

induktor. V tomto ohledu nelze návrh široce použít [20].

Rozsah kapacit indukčních kelímkových pecí je velmi široký. Jako příklad pece s minimální kapacitou (0,1 kg) můžeme uvést domácí instalaci pro odlévání zubních protéz z nerezové oceli a maximální kapacitou (120 tun) je pec od firmy Juncker (Německo), navržená

pro odlévání velkých lodních šroubů z bronzu.

V průmyslu jsou nejrozšířenější pece s kapacitou nad 140 dm 3 . Pece v této skupině pracují na průmyslové frekvenci nebo na vyšších frekvencích.

Indukční jednotka (induktor spolu s nosnou montážní konstrukcí, zabudovaná do pouzdra tvořeného magnetickými jádry a tuhými ocelovými profily) je u těchto pecí zavěšena na podpěře pomocí šroubového spojení.

vrhací rám, společně se kterým se při nalévání otáčí kolem odtokové ponožky.

Mezizávitová izolace tlumivky se provádí izolačními distančními vložkami určenými pro závitové napětí. Induktor jako celek je pokryt izolačním materiálem, který zajišťuje jeho izolaci od konstrukčních prvků pece při zemním potenciálu.

Z vnějšku je induktor zcela chráněn před prachem a postříkáním ochranným obložením. Uvnitř je induktor potažen keramickou hmotou, která má dobré elektroizolační vlastnosti. To vytváří hladkou, těsnou podporu pro pracovní obložení. Na vnitřním povrchu induktoru je vrstva azbestu, jejíž tloušťka je volena tak, aby zajistila teplotní rozdíl nutný pro dobrou životnost výstelkové hmoty. Tento rozdíl se volí tak, aby se vytvořila tenká, pevná, roztavená vrstva (asi 1/3 celé tloušťky), silná slinutá vrstva (asi 1/3) a blíže k induktoru – volná vrstva, která může snadno odolávají deformacím spojeným se změnami teploty. Naproti tomu vrstva azbestu musí být hustá. Pro trvanlivost keramického kelímku je nesmírně důležité, aby se pečlivým nanesením azbestu (v případě potřeby předem navlhčeného a poté vysušeného, ​​aby si zachoval svůj tvar) vytvořila hladká tuhá podpěra pro vycpávkovou vrstvu.

READ
Jak vyčistit septik bez čerpání, co do něj přidat?

Induktor je izolován takovým způsobem, že vlhkost může být z kelímku odstraněna přes induktor. Obaly transformátorové oceli jsou zabudovány do konstrukce z ocelových profilů a lze je instalovat v blízkosti induktoru. Pečlivým utahováním magnetických jader, jejich neustálým sledováním a dotahováním za provozu vzniká velmi tuhé válcové těleso, ve kterém je umístěn plněný kelímek. Počet a rozměry magnetických jader jsou určeny rozměry a produktivitou pece.

Obaly jsou zabudovány do konstrukce pláště pece tak, že je lze dobře zajistit v blízkosti induktoru a v případě poškození je lze samostatně vyměnit bez jeho demontáže a vyražení kelímku.

Horní výklopný rám je instalován na hlavním rámu spolu s jeho dvěma podpěrami. Je v něm umístěno otočné uložení pro oba hydraulické naklápěcí válce.

Kelímek je uzavřen vyloženým víčkem. Tento kryt může být proveden jako otočný nebo sklopný. Otočné víko má tu výhodu, že je zcela otevřené, umožňuje přístup k tavenine nebo vsázce ze všech stran a zejména zezadu, na rozdíl od sklopného. Vzhledem k tomu, že poměr výhod a nevýhod závisí na místních podmínkách výroby, lze pro realizaci zvolit jednu nebo druhou verzi víka. V obou případech je víko poháněno hydraulicky jednotkou tlaku oleje.

Aby byly poskytnuty dostatečné možnosti pro provoz indukční kelímkové pece, je nutné, aby bylo možné dodávat energii do pece také v nakloněné poloze (neexistují žádné potíže s udržováním taveniny v zahřátém stavu při jakémkoli sklonu).

Elektrická energie je přiváděna přes vodou chlazený kabel, který tedy funguje i jako přívod vody. Obecný přívod vody může také zahrnovat použití samostatných hadic. Instalace trouby musí být provedena tak, aby bylo zajištěno dobré pozorování a ovládání trouby. Konstrukční návrh základu pece, který je spolehlivý z hlediska kovových průrazů, se provádí zhotovením speciální jímací jámy, dále chráněným uložením zásob vody a oleje a keramickým obložením všech nejdůležitějších konstrukčních Prvky.

2.4.1. Návrh otevřené nestíněné kelímkové pece

Hlavními konstrukčními prvky otevřené nestíněné kelímkové pece (obr. 2.12) jsou vyzdívka, induktor, pouzdro, kryt, kontaktní zařízení, sklápěcí mechanismus. Vyzdívka pece obsahuje kelímek, nístěj a keramiku odpichového otvoru, jejichž napojení na horní hranu kelímku je provedeno povlakem.

Tavicí kelímek je jednou z nejkritičtějších součástí pece, která do značné míry určuje její provozní spolehlivost.

READ
Co je výhodnější platit za teplou vodu nebo bojler?

Na kelímek jsou kladeny vysoké nároky: musí odolat vysokému teplotnímu namáhání (teplotní gradient ve stěně kelímku dosahuje 200 K/cm), dále hydrostatickému tlaku sloupce taveniny a mechanickému zatížení, které vzniká při zatěžování a usazování. poplatek. Kromě toho musí být kelímek chemicky odolný vůči roztavenému kovu a strusce a při provozní teplotě elektricky nevodivý. Kelímek by měl mít minimální možnou tloušťku stěny pro dosažení vysoké elektrické účinnosti. Materiál kelímku musí mít nízký koeficient lineární objemové roztažnosti, aby (zabránit vzniku trhlin v kelímku za podmínek vysokých teplotních gradientů ve stěně

(až 3 10 4 o S/m) a ke snížení tepelného napětí v kelímku. Trvanlivost kelímku určuje dobu provozu pece, tj. celkovou dobu tavení mezi výměnami vyzdívky.

Existuje velké množství receptur vyzdívky pro indukční kelímkové pece [21, 22].

Volba složení a distribuce velikosti částic výstelkových materiálů je určena vlastnostmi kovu nebo slitiny, která se taví.

Vyzdívka pecí na tavení železných kovů může být kyselá (na bázi oxidu křemičitého SiO 2), zásaditá (na bázi taveného magnezitu MgO) nebo neutrální (na bázi

oxid hlinitý Al 2 O 3).

Při tavení hliníku a jeho slitin se používá vyzdívka ze žárobetonu na bázi jemně mletého periklasu se šamotovým plnivem. Pece na tavení mědi používají vyzdívku skládající se z jemně mletého korundu a šamotu s vysokým obsahem oxidu hlinitého.

Jako pojiva se používají materiály, které zajišťují spékání suché hmoty obkladu při zahřívání (borax, kyselina boritá apod.), nebo materiály, které tmelí navlhčenou hmotu obkladu (tekuté sklo, jíl apod.).

Kelímky se obvykle vyrábějí plněním v peci, jejíž technologie byla důkladně vyvinuta [21, 22], mnohem méně často formováním mimo pec.

Stěna kelímku není při tavení slinuta na plnou tloušťku, ale má tři zóny: hustou slinutou zónu se struskovým vnitřním povrchem, méně hustou přechodovou zónu a vnější nárazníkovou zónu, která si zachovává volnost, která slouží jako tepelná izolace, kompenzuje pro tepelnou roztažnost výstelky a tlumí rázy a rázy při zatěžování a usazování.náboje, jakož i vibrace přenášené z induktoru.

Trvanlivost vyzdívky indukčních kelímkových pecí závisí na mnoha faktorech: na kvalitě použitých žáruvzdorných materiálů, technologii plnění a slinování, vlastnostech technologie tavení, provozních a údržbových režimech pecí. Nejnižší trvanlivost kelímku je pozorována u pecí na tavení oceli (do 150 taveb), největší – u pecí na tavení hliníkových slitin (do 1 – 1,5 roku).

Zničení kelímku a poškození elektrické izolace induktoru může vést k vyhoření induktorové trubky a rozvoji havárie s možným uvolněním kovu z pece. Proto jsou nutné preventivní prohlídky

obložení a jeho oprava, jakož i včasná výměna opotřebovaných kelímků. Bylo zjištěno, že i když je vnitřní povrch kelímku v dobrém stavu, musí být vyměněn, pokud se tloušťka stěny v kterékoli z sekcí sníží o 30 %.

READ
Jak vyrobit barevný křemičitý písek?

V řadě případů je možné zabránit rozvoji havárie pomocí indikátorů stavu izolace pece založených na sledování změn elektrického odporu izolace induktoru vůči uzemněné tavenině umístěné v kelímku. Vodivé kelímky nejsou vyzdívky pecí. Používají se pro tavení materiálů, které neinteragují s materiálem kelímku (například hořčík lze tavit v ocelových kelímcích a měď a hliník v grafitových kelímcích). Vodivé kelímky mohou roztavit materiály s velmi vysokým měrným odporem. Při tavení materiálu s nízkým odporem v grafitovém kelímku je elektrická účinnost induktoru vyšší než při použití nevodivého kelímku. Takový systém lze považovat za dvouvrstvé médium.

Ocelové kelímky jsou svařované a jejich výroba není náročná; grafitové a grafitovo-šamotové kelímky vyrábí specializované továrny na elektrody.

Mezi vodivým kelímkem a induktorem je umístěna tepelně izolační vrstva vycpávkového obložení nebo zásypu, protože vodivý kelímek se během provozu zahřívá na teplotu taveniny.

Topeniště je spodní deska upevněná v tělese pece, na ní je instalován induktor a kelímek, pro který je kruhové vybrání. Dno malokapacitních pecí je vyrobeno z tvarovaných šamotových tvárnic nebo sklolaminátových desek ve více vrstvách a velké pece jsou vyrobeny z běžných šamotových cihel nebo litých ze žáruvzdorného betonu.

Induktor je vyroben z profilované vodou chlazené měděné trubky obdélníkového průřezu. Tloušťka stěny trubky se volí v souladu s frekvencí proudu. Při frekvenci 50 Hz se často používá nestejná elektronka, jejíž jedna stěna je zesílená na 10 – 13 mm. Zesílená stěna se nachází na straně kelímku. Jako příklad ukazuje obr. 2.13 měděné profily používané při výrobě induktorů a v tabulce. 2.3, 2.4, 2.5 – jejich rozměry Konstrukce induktoru musí mít vysokou mechanickou tuhost a pevnost, protože induktor zachycuje velké síly, zejména při naklápění pece.

Provoz kelímkové pece je založen na transformátorovém principu přenosu energie indukcí z primárního okruhu do sekundárního. Střídavá elektrická energie přiváděná do primárního okruhu se přeměňuje na elektromagnetickou energii, která se v sekundárním okruhu přeměňuje zpět na elektrickou energii a následně na tepelnou energii.

Kelímkové indukční pece se také nazývají indukční pece bez jádra. Pec je tavicí kelímek, obvykle válcového tvaru, vyrobený ze žáruvzdorného materiálu a

Rýže. 2.6. Indukční tavení kovů v kelímkové peci:

1 – induktor; 2 – tavenina;

3 – žáruvzdorný kelímek

umístěna v dutině induktoru připojeného ke zdroji střídavého proudu (obr. 2.6). Kovová vsázka (materiál určený k tavení) se vloží do kelímku a absorbuje elektrickou energii a roztaví se. V kelímkové peci (obr. 2.6) je primárním vinutím induktor obtékající střídavý proud a sekundárním vinutím a zároveň zátěží je samotný roztavený kov, vložený do kelímku a umístěný uvnitř induktoru.

Magnetický tok v kelímkové peci prochází do jednoho nebo druhého stupně samotnou vsázkou. Pro provoz pece bez jádra jsou proto magnetické vlastnosti a také velikost a tvar kusů vsázky velmi důležité.

READ
Jak správně vytvořit pole filtru?

Když se jako náboj použijí feromagnetické kovy, pak dokud jejich teplota ještě nedosáhne Curieho bodu, tzn. C, jejich magnetická permeabilita si zachovává svou hodnotu. V tomto případě bude náboj hrát roli nejen sekundárního vinutí a zátěže, ale také otevřeného jádra. Jinými slovy, při tavení feromagnetických kovů v kelímkové peci dojde v první periodě k ohřevu vsázky (do Curieho bodu) nejen vlivem tepla generovaného cirkulací vířivých proudů v ní, ale také ztrátami kvůli jeho převrácení magnetizace, které je pozorováno během tohoto období nabíjení. Za Curieovým bodem ztrácejí feromagnetická tělesa své magnetické vlastnosti a provoz indukční pece se stává podobným provozu vzduchového transformátoru, tzn. transformátor bez jádra.

Princip činnosti kelímkové pece je podobný jako u vzduchového transformátoru.

Výkon, a tedy i teplo, generované vířivými proudy, které se indukují a cirkulují v kleci, závisí na frekvenci střídavého magnetického pole. Při průmyslové frekvenci Hz je koncentrace energie uvolněné vířivými proudy nevýznamná a nepřesahuje [3] několik wattů na1 cm 2 plochy. Proto je pro efektivní provoz pecí bez jádra nutné napájet je proudy o zvýšené a v některých případech i vysoké frekvenci, čehož je dosaženo instalací speciálních frekvenčních generátorů.

Jak ukázaly teoretické a experimentální studie pecí bez jádra, frekvence napájecího proudu může být odpovídajícím způsobem snížena v závislosti na průměru vsázky, tzn. kapacita pece a měrný odpor taveného kovu. Tyto studie identifikovaly zejména následující základní ustanovení, která umožnila výrazně zjednodušit instalaci bezjádrových pecí:

Každá kapacita pece a odpor vsázky má svou vlastní optimální frekvenci napájecího proudu. Při frekvenci pod optimální účinnost pece velmi klesá, nad optimální zůstává téměř nezměněna;

S rostoucí kapacitou pece lze odpovídajícím způsobem snížit aktuální frekvenci.

Jako výsledek analýzy výše uvedených faktorů (průměr náboje a odpor náboje) ovlivňující frekvenci napájecího proudu byla získána rovnice, která udává minimální hodnotu frekvence pro daný kov a průměr náboje [2, 3]:

kde je minimální frekvence proudu, Hz;

– měrný odpor roztaveného kovu;

Vysokofrekvenční proud procházející induktorem pece zajišťuje indukci indukovaného emf v kleci, který v rovinách rovnoběžných s rovinou závitů vinutí způsobí vířivé proudy.

V důsledku povrchového efektu dosahují tyto proudy indukované v kleci své maximální hodnoty na vnějším povrchu klece a od okrajů ke středu výrazně klesají. K tomuto poklesu proudové hustoty se vzdáleností od povrchu ke středu dochází podle komplexního zákona (kombinace Besselových funkcí).

Při velkém průřezu vodiče nebo při vysoké proudové frekvenci klesá proudová hustota se vzdáleností od povrchu ke středu vodiče podle exponenciálního zákona.