тарау. Индукциялық және диэлектрлік қыздыру қондырғылары

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 22Следующая ⇒

4 – тарау. Индукциялық және диэлектрлік қыздыру қондырғылары

§4.2 Индукциялық балқыма қондырғылары

Конструкциялық ерекшеліктеріне қарай индукциялық балқыма қондырғыларын екі түрге бөледі:каналды және тигельді. Бұл пештердің конструкциясын көп жағдайда олардың электрлік параметрлері, энергетикалық сипаттамалары және технологиялық мүмкіндіктері анықтайды.

Жартылай өткізгішті материалдарды, жоғары жиілікті металлдарды, химиялық белсенді металлдардың негізінде балқымаларды, сонымен қатар жоғары жиілікті отқа шыдамды материалдарды алу, берілген материалдарды қоспасыз алу мүмкіндігі және жоғары температураларда

металлдарды алу,тигельді және каналды индукциялық пештерде алу мүмкіндігі жоғары болады.Мұндай процесстің түріне индукциялық жер күйесін балқыту, индукциялық ағын балқымасы, өлшенген жағдайдағы балқыма күйі, суық тиглдегі балқу аумағы, кристаллизациялық балқу жатады.

Индукциялық каналды пештер.Бұл пештерде балқытылған металлдың каналы трансформатордың екінші орамасының қысқа тұйықталу тетігі болып есептеледі, онда пешке барған электр энергиясының сіңіріледі.Электротехникалық сипаттама бойынша каналды пештер жүктеменің екінші ретті ормасының ұзындығына бөлінген күштік трансформаторларға ұқсайды.Индукциялық канал пешінің (ИКП) сұлбасы 4.2 суретте көрсетілген.

4.2 сурет. Индукциялық канал пешінің сұлбасы

Ыдырау аумағын  азайту мақсатында біріншіретті және екіншіретті орамаларды магнит өткізгішінің  бір стерженіне ораналастырады, ол бойынша негізгі магнит ағыны ағады.

Индукциялық каналды пеш күштік трансформаторлардан келесі белгілер бойынша ерекшеленеді:

1) екіншіретті орама жүктемемен бірлесіп қосылған, және бірінші ораманың биіктігімен салыстырғанда салыстырмалы кіші биіктікке ие болатын тек бір ғана тетіктен тұрады;

2) пешті қайта құру мүмкіндігін туғызатын, ыдырау ағыны  жоғары болғандықтан, ол -дің төменгі мәніне ие болады.

Бірінші орамадағы магнит ағыны  , каналды металлмен бірге қиған кезде, оның ішінде электр қозғаушы күшін тудырады

Қысқа тұйықталу (балқытылған металл каналы) тетігінде пайда болатын ток , металлдан өтіп, Джоуль-Ленц заңына сәйкес жылу бөледі.

Ыдырау ағыны  негізгі ағынға қарағанда  шамамен   құрайды, сондықтан  ( -трансформация коэффициенті:  каналды пештер үшін ).

4.3 сурет.Алмастыру және ИКП векторлық диаграммасының сұлбасы.

Индукциялық канал пешінің алмастыру және векторлық диаграммасының эквиваленттік сұлбасы 4.3а,б суреттерінде көрсетілген.Ол трансформаторды қысқа тұйықталу режимінде алмастыру сұлбасымен сәйкес келеді.

Векторлық диаграммаға сәйкес

мұндағы -екінші ретті ораманың ЭҚК, В; -пештің каналындағы ток, А; -каналға сәйкес келтірілген активті және реактивті кедергілер, Ом; - толық кедергі, Ом.

Пештің қуат коэффициенті кернеуінің шарты кезінде

Формуладан шығатыны, бұл -дің металлдың активті кедергісінің төмендеуімен және ток ыдырауының жоғарылауымен азаятынын білдік.Қайта құру мүмкіндігінен пайда болған индуктор және канал пешінің арасында үлкен саңылаудың болу нәтижесінде, пештің реактивті қуаты оның активті қуатынан бірнеше рет асады, ал тұрақты тең болады. Қуат коэффициентінің аз мәндері салыстырмалы электр кедергісі төмен (мыс, алюминий) металлдарды балқыту үшін канал пештеріне сәйкес келеді, ал үлкен мәндер –жоғарымен (болат,шойын).

Канал пештерінде біртекті химиялық құрамы және сұйық металлдың бірдей температурасы металлды қарқынды араластырумен анықталады, бұл магнит өрісі индукторының каналдағы токпен әрекеттесуін тудырады, және ол пеште магнитогидродинамикалық әсердің пайда болуына әкеледі.

Екі каналдың аумағында К канал тогы мен магнит өрісінің әрекеттесуін талдаймыз (4.4,а сурет): І-каналдың тұрақты көлденең қимасының аумағындағы  коаксиальді индуктор И, және ІІ ұзындығы бойынша тұрақты емес және көлденең қимасы бар индукторға коаксиальді емес аумақ.Канал қимасы бойынша токты бірдей таратамыз.

І аумақта (4.4, б сурет) жүйенің айналмалы симметриясының нәтижесінде токтың векторлік тығыздығы тек бір ғана коаксиальді жиынтықтан тұрады , ал магнит индукциясы – бір ғана тангенциальді жиынтықтан тұрады .

Егер қызған тығыз балқытылған электродтардағы доғаның қуаты,олардың жоғары жылулық инерциясынан көп болса, онда ол индуктивтіліктің барлық төмен мәндерінде тұрақты жанып тұрады.

Егер доға әр түрлі температурада және эмиссиялық қасиеттеріне ие болатын әр түрлі электродтардың арасында жанатын болса, онда доғаның тогында түзеткіш әсер пайда болады (мысалы, доға көміртекті және мысты суды суыту электродтардың арасында жанатын болса).Көміртекті электродтың температурасы өте жоғары, сондықтан термоэлектронды эмиссияның шарттары онда жақсы жүреді және ол токтың жеткілікті кедергісін қамтамасыз етеді. Жеңіл еритін катодта термоэлектронды эмиссияның ток кедергісі аз және доғаның тогы бұл жарты периодтың арасында аз немесе мүлдем болмайды. Бұған металл электродына жақын тұрған доғаның суытуы да байланысты болады, сонымен қатар ол арқылы доғаның орын ауыстыруы да байланысты болады. Тұрақты құрылымның мәні және бағыты үзіліссіз өзгеріп отырады, бұл оның айнымалы токтың доғалы қондырығыларындағы қоректену көздерінің қосымша шығындалуына әкеледі және оның жұмыс сипаттамасына әсерін тигізеді.

Канал пешінің түрін таңдау, олардың ерекшеліктері бойынша анықталады, солардың негізгілеріне тоқталайық:

1) үзіліссіз жұмыс режимі;

2) металлдың құйылмайтын бөліктерін қалдыру – «саз» (пештің толық сыйымдылығынан );

3) басқа металлдарды балқытуға көшкен кездегі қиындық.

Конструкция жағынан -ның қазіргі кездегі түрлері, ережеге сай, жабық каналмен орындалады.Олардың сипаттамалық ерекшеліктері –екі аумақтың болуында – энергияны бөлетін аумақ («индукциялық бірлік») және балқу аумағы (ванналар, пештер).ИКП-дағы индукциялық бірлік болып трансформатор есептеледі,оның екінші ретті орамасы болып канал пешіндегі металл болады.Конструкция жағынан индукциялық бірліктер біреселі және екіеселі болады (4.5 сурет),бір редукторға бір немесе екі каналдан келеді. Канал арнайы үлгілердің көмегімен жасалынады.Каналдың қайта құрылуын әр түрлі құрамға байланысты жасайды, ол балқымаға және балқытылған металлға байланысты болады.

4.5 сурет. Канал пештеріндегі индукциялық бірліктің конструкциясы

Индукциялық бірліктердің қайта өңделуінің жұмыс уақыты ваннаның өңделуімен салыстырғанда кіші болады, өйткені ол термиялық жүктемеге ие болады.Сондықтан қазіргі замандағы ИКП-ларда орынды индукциялық бірліктер қолданылады, бұл оның алмасуын ваннаның қайта өңделуінсіз орындалады,ал кейбір кездері пештің қаналмауын орындайды.

Магнит өткізгіш трансформатор болатының парағынан дайындалады, және қондырғының, катушка-индукторының қондырғыларын орнатуға көмектеседі.

ИКП-ның параметрі және конструкциясы балқытылған металлдар және олардың міндеттеріне байланысты.Канал пештерінің үш негізгі конструктивті түрлері таралған:шахталы, барабанды және екі камералы (4.6 сурет).

ИКП-ның шахталы түрінде балқыма камерасы вертикаль цилиндр формасынан тұрады, оның донналы бөлігіне балқыту бірлігі қосылған (4.6, а сурет).Металлды құю кезінде, гидравликалық қондырғының көмегімен пешті еңкейтеді.Мұндай түрдегі пеш конструкциясының құндылығы болып жөндеудің және ваннаның, пештің қарапайым жасалуында.

ИКП-ның барабанды түріндегі балқу камерасы горизонталь орналасқан цилиндрде жасалынады. Олар цапфаларда және катканың жетек механизмінің әр түрлі көлбеуінде орналасады. Пеш бірнеше индукциялық бірліктерден тұрады, олар пештің төменгі бөлігінде орналасқан (4.6,б сурет).

Екі камералы каналды пештер көлбеу немесе горизонталь орналасқан каналдармен орындалады, олар екі ваннаны да қосады.Сол кезде олардың біреуі балқыма түрінде, ал екіншісі тарату түрінде қолданылады.

4.6 сурет. ИКП конструкциясының негізгі түрлері:

а-шахталы; б-барабанды; в-екі камералы

4.7 сурет. Индукциялық тигель пешінің сұлбасы

Өндірісте электромиксерлі және сұйық металлдың копильниктері қолданылады – қыздыру және құю алдында оның температурасын түзететін құрал, яғни құйылатын бұйымның көлемі балқытылған пештің көлемінен үлкен болған кезде. Электромиксерлер үзіліссіз қозғалыс жасайтын машинаның кристаллизаторына құю ретінде қолданылуы мүмкін,олар құю жылдамдығының реттелуін талап етеді. Миксерлер әрқашанда балқыту пештерімен бірге жұмыс жасайды.

ИКП – да жылу энергиясы сұйық металлдың каналында бөлінеді және ваннаның пешіне жылуөткізгіштік және конвекция нәтижесінде беріледі.Конвекция металл температурасының түрлілігімен және металл каналында пайда болатын, электромагнит күштерінің әркетімен ескеріледі.Металлдың айналуы жетіспегендіктен, оның каналдағы температурасы -ге дейін ванна температурасынан асуы мүмкін.Бұл жағдай негізінде ИКП-ның салыстырмалы қуатын, олардың өнімділігін, сонымен қатар канал өңделуінің жұмыс уақытын анықтайды.

Индукциялық тигельді пештер.Индукциялық тигельді пештердің электротехникалық сипаттамасы болып, оларда қыздырылған электрөткізгіш денелер индуктормен бірге,айнымалы электромагнит өрісін жасап, контур тогымен екі индуктивті жүйені байланыстырады.

Индукциялық тигельді пеш (ИТП)(4.7 сурет) келесі негізгі бөліктерден тұрады:айнымалы ток көзіне қосылған индуктордан 1, отқа төзімді тигельдің ішінде орналасқан 3,балқытылған металлдан 2, және сыртқы магнит өткізгішінен 4, жоғары сыйымдылықты пештерде энергия шығынын төмендету үшін, сонымен қатар ток өткізгіштерін және металлды құйған кезде пештің көлбеу қондырғысын орнату үшін қажет.

Металл дайындамасының қызуы және балқуы Джоуль-Ленц заңы бойынша, индукциялық электромагнит өрісінің электр тогының шығынын өткізу.

ИТП-да металлды балқыту энергия шығынын тарату болып есептеледі. ИТП –ның сипаттама ерекшелігі ИКП-ға қарағанда балқыманың басқа маркасына өткен кезде, немесе пеш ұзақ уақыт тұрған кезде пешті мүмкіндігінше орап өтуінде.

Сонымен қатар, индукциялық тигельді пештердің келесі қасиеттерін бекітуге болады:

а) химиялық құрамы жағынан таза металлдарды және балқымаларды алу мүмкіншілігі, өйткені жанармаймен және электродпен жанасу болған жоқ;

б) бейтарап ортада немесе вакуумда сапасы жоғары металлды алу үшін балқыту мүмкіндігін жасау; 

в) футеровкада қызып кетудің жоқтығы, пештің жұмыс істеу уақытын жоғарылатады.

Егер қызған тығыз балқытылған электродтардағы доғаның қуаты,олардың жоғары жылулық инерциясынан көп болса, онда ол индуктивтіліктің барлық төмен мәндерінде тұрақты жанып тұрады.

Егер доға әр түрлі температурада және эмиссиялық қасиеттеріне ие болатын әр түрлі электродтардың арасында жанатын болса, онда доғаның тогында түзеткіш әсер пайда болады (мысалы, доға көміртекті және мысты суды суыту электродтардың арасында жанатын болса).

Барлық сіңірілетін энергия металл қабатында қалыңдығы болған кезде бөлінеді, мұндағы - токтың ыстық металлға ену тереңдігі.Шарбақтың қызуына қарай магнит өтімділігі және металлдың салыстырмалы электр кедергісі өзгереді, сондықтан индуктордағы ток жиілігі балқу режимінің үйлесімділік шартымен анықталады, және ол балқыманың максималды жылдамдығымен сәйкес келеді.

Қызудың ПӘК-ін жоғарылату үшін токтың қоректену жиілігін мына формула бойынша анықтаймыз

мұндағы және ( -тигльдің диаметрі,м); -ыстық металлдың салыстырмалы электр кедергісі, Ом·м.

Формуладан шығатыны, пештің қоректену көзінің жиілігі геометриялық өлшемдерден ( диаметрі) тәуелді болады.Үлкен сыйымдылықты ИТП – да (диаметрі үлкен) өндіріс жиілігіндегі қоректену көздері қолданылады, сыйымдылығы орташа және кішкентай пештерде -үлкен және жоғары жиілікті қолданады.

Пештің пайдалы әсер коэффициенті шарбақ және индуктор арасындағы саңылаумен анықталады. Тигль қабырғасының қалыңдығы азайған кезде, электрлік ПӘК жоғарылайды, ал жылулық – төмендейді, өйткені сол кезде жылулық шығындар өсе бастайды. Индукциялық тигілді пештер  ие болады (жоғары салыстырмалы электр кедергісі бар металлдарды балқыту үшін сыйымдылығы үлкен пештерге үлкен мән беріледі, мысалы болат, шойын) – түсті металлдарды балқытатын пештер үшін (мыс, алюминий).Жылулық ПӘК футеровка түрімен және балқыманың температурасымен анықталады, сонымен қатар  құрайды. Тигельді пештің жалпы ПӘК-і  анықталады.

Индукциялық тигельді пештер қуаттың табиғи коэффициентіне ие болады  және реактивті қуатты өтеу үшін конденсатор батареясының орнатылуын талап етеді.

Тигельді электропештер «сазбен » және «сазсыз»жұмыс істей алады. «Саз » көлемі бойынша әдетте тигль сыйымдылығының құрайды. Сол кезде тигельге әр түрлі габаритті өлшемдегі шихталарды жүктеуге болады:құйма өндірісінің қалдықтары, торайлар және ұсақ жоңқалар, т.б

Қазіргі кездегі орташа сыйымдылықты тигельді электро пештердің конструкциясы жеке суырылған түйіндерді дайындауға мүмкіндік алады, ол индуктор және тигльден тұрады, бұл оларды алмастырған кезде уақытын қысқартады.Балқымалы тигельді пештер қоректену тогының жиілігіне қарамастан, -тен -ке дейін және тигель сыйымдылығы он мың тоннадан бірнеше килограммға дейінгі металлдарды балқытады, және дәл сондай конструктивті элементтерге ие болады.

Кварцитті, магнезитті, цирконды массасынан тұратын электрөткізгіштікті емес тигельдер тікелей  индуктор көлемінің ішкі жағында дайындалады, олар электромагнит өрісіндегі энергияны сіңірмейді және бір мезгілде балқытылған металл мен индуктордың суытылған қабырғасының арасында, жылу изоляторы болып саналады.

Ыстыққа төзімді болаттардын, легірленген шойын және графиттен жасалынатын электрөткізгіш тигілдер, айнымалы электромагнит өрісінде энергияның көп бөлігін сіңіреді, және қосымша әрекеттегі қыздыру болып табылады (4.8 сурет). Бұл тигльдерді толтыру коэффициенті аз бөлінген шихтамен жүктеген кезде оның балқуына дейінгі энергиясы тигль қабырғасынан негізінде сәулелену арқылы беріледі, ал балқытқаннан кейін -жылу өткізгіш тәсілі арқылы беріледі.Электрөткізгіш тигльдерде сыртқы қабырғалар индуктордың ішкі қабырғаларынан бөлек орналасады.

Суытылған мыстан жасалынған индукторды, бірқабатты бірнеше катушкадан тұратын, бөлек суыту жүйесі бар дөңгелек, квадрат немесе қимасы тік бұрышты үшбұрыш болатын трубкадан жасайды.Мыс трубкасы қабырғасының қалыңдығы аспау керек, мұндағы -жұмыс жиілігі кезінде токтың мысқа кіру тереңдігі.

Пеш каркасын магнит өрісімен қыздырудан қорғау үшін, тигельді пештердің конструкциясында магнитөткізгіштер қарастырылады.

Үлкен пештер пештің массасын балқытылған металлдың (прессдукторлар) массасымен бірдей жасау үшін массаны өлшейтін арнайы қондырғылар қолданылады, бұл шихтаның берілу жүрісін және балқыманың күшін реттейді, сонымен қатар тәртіптің сақталу дәлдігін жоғарылатады және пешке қызмет көрсету жұмыстарын жеңілдетеді.

Балқыманың футировкамен жанаспауынсыз жасалынатын индукциялық балқыту. Жер күйесінің балқымасы –балқу, ол кезде балқытылған металл химиялық құрамы дәл сондай болатын қатты фазамен жанасады,және оны пештің конструкциялық элементтерінен бөліп алады. Металлдың индукциялық жер күйе балқымасы кезінде энергияны шеткі жер күйеге өткізу цилиндр индукторының ішінде немесе қайта балқытылған металлдың ұнтағын жер күйе қабатындағы тигілінің ішінде жүзеге асырады.

Ілінген күйдегі индукциялық балқуды кейбір кездері электромагнит балқымасының тиглі деп атайды.Бұл әдістің физикалық негіздері келесідей болады. Берілген конфигурация бойынша айнымалы электр өрісін жасайтын,индукторға немесе индуктор жүйесіне қайта балқытылған металлды салады. Жеткілікті шарттар кезінде, магнит өрісінде металлдардың булану күйі пайда болатын, электромагнит өрісіндегі индукторда индуцияланған металл токтарының әрекеттесу нәтижесі болып есептеледі.Металл магнит өрісіндегі кернеуліктің минималды аумағында орналасуына қарай ұмтылады (потенциалды шұңқыр).

4.9 сурет.Аумақты балқудың сұлбасы.

1-поликристалл; 2-индуктор;

3-балқыған аумақ; 4-монокристалл

Индукторға баратын жеткілікті қуат кезінде металл айнымалы электромагнит өрісінде балқиды, және потенциалды шұңқырда ұсатап тұратын конструкциясыз ілініп тұрады. Жоғары сапалы монокристаллдарды өсіреді және тигелі жоқ балқыту аумағының көмегімен энергияны индуктивтілік әдісімен балқымаға береді (4.9 сурет). Аумақты балқу үшін жұқа балқыған аумақтың, ұзын қатты үлгі арқылы баяу орын ауыстыруы, соның нәтижесінде қоспалардың қайта таралуы және берілген материалдың кристаллды құрамының өзгеруі сипат алады. Беттің сәулеленуінің кесірінен, қайта бағытталған материалдардың кішкене жылу өткізгішінің (кремний,германий және т.б) нәтижесінде және олардың максималды аумақтағы температурасы салыстырмалы кедергінің температурасынан, күшті байланыс арқасында кристалл бетінің астында пайда болатындықтан, сақина формасына ие болады.

Жоғары температуралы кристалл заттарын өсірудің үлкен мүмкіндігі сумен суытылған металлдан жасалынған тигльдердегі индукциялық балқыманы ашады. 

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США