Индукционные установки для термообработки

Содержание

1. Индукционные установки для термообработки                                      3

2 Установки диэлектрического нагрева                                                       8

3 Вакуумно - индукционные печи                                                                10

4 Технология и применяемое оборудование при электролизной обработке 16

5. Задача                                                                                                      23

Список использованных источников                                                            25

Индукционные установки для термообработки

Индукционные установки и установки диэлектричес­кого нагрева по принципу действия относятся к электро­термическим установкам, где электрическая энергия вы­деляется непосредственно в нагреваемых изделиях. Поэ­тому они обладают большей производительностью, а часто и более высоким КПД по сравнению с установка­ми косвенного нагрева (с передачей энергии путем теп­лопроводности, конвекцией, излучением).

Принцип работы индукционных нагревательных и плавильных установок основан на поглощении электро­магнитной энергии металлическим телом, помещенным в переменное электромагнитное поле индуктора, а прин­цип действия диэлектрических установок — на выделении тепловой энергии при помещении диэлектриков и полупроводящих материалов в переменное электричес­кое поле конденсатора. Нагрев металла в индукторе осу­ществляется путем поглощения электромагнитной энер­гии металлом при наведении вихревых токов проводи­мости и превращении ее в тепловую, а нагрев диэлектриков и полупроводников — за счет поглощения электрической энергии поля конденсатора при наведении токов смещения.

В практике индукционного нагрева могут встречаться два основных случая; нагрев плоских металлических по­верхностей (нагрев плиты) и нагрев цилиндрических ме­таллических поверхностей (валов, стержней, заготовок круглого сечения, шеек, фланцев и т. п.).

Нагрев крупных валов или поверхностей с большим радиусом закругления можно рассматривать как нагрев плоских поверхностей, а нагрев металлической загрузки в индукционных тигельных печах — как нагрев цилин­дрического тела, поскольку расплавленный металл при­нимает форму цилиндрического тела (тигля).

Индукционный нагрев металлических тел основан на теории процессов, происходящих в телах, помещенных в переменное электромагнитное поле.

При проникновении электромагнитной волны в про­водящую среду она ослабляется из-за поглощения средой, энергии этой волны. Ослабление волны характеризуется уменьшением амплитуды волны по направлению рас­пространения. На некотором расстоянии от поверхности проводящего тела волна практически поглощается телом (см. рис. 1).

Для индукционных установок, содержащих систему «индуктор — нагреваемое тело», в первую очередь сле­дует рассчитать активную и реактивную энергии, инду­цированные в них электромагнитной волной. Вектор по­верхностной плотности потока электромагнитной энергии определяется вектором Умова — Пойтинга:

Здесь Н* — комплексная величина, сопряженная с Н.

Поскольку вектор Умова — Пойтинга представляет собой энергию, отнесенную ко времени и площади по­верхности, его единица равна Дж/(с-м²) или Вт/м².

Рис. 1. Зависимость ампли­туд электромагнитных волн в металлическом полуограничен­ном теле от отношения .

Поток энергии на глубине Δэ уменьшается в е² раз, т. е. в 7,4 раза, по сравнению с потоком энергии на по­верхности Р_о и составляет 0,136 Р_о (см. рис. 1). Следовательно, в слое толщиной Δэ поглощается 86,4 % всей энергии,, прошедшей через поверхностный слой тела. При выборе сечений токопроводов и индукторов (шин, труб, кабелей, активной части витка индуктора и т. п.) необходимо учитывать влияние поверхностного эффекта и кольцевого эффекта, когда плотность тока неравномер­но распределяется по сечению проводника. Так, наиболь­шая плотность тока в цилиндрических одновитковых и многовитковых индукторах (катушках) наблюдается на внутренних сторонах витков индуктора, что носит назва­ние «катушечного эффекта» (рис. 2, а, б). В шинопро-водах наибольшая плотность тока будет иметь место на внутренних сторонах проводников при параллельном расположении проводников с разнонаправленным током, а при одинаковом направлении тока — по наиболее уда­ленным друг от друга сторонам (рис. 2, в,г).

При коаксиальном расположении проводников сече­ние их также используется не полностью: у проводника большего диаметра ток проходит по внутренней стороне, а у проводника меньшего диаметра — по наружной сто­роне (рис. 2, д).

Рис 2. Распределение переменного тока по сечению проводников.

а — в одновитковой катушке; б — в многовитковой катушке;

в — при разнона­правленном токе в шинах; г — при одинаково направленном токе в шинах; д — при разнонаправленном токе и коаксиальных трубах.

По назначению индукционные установки делятся на плавильные печи, миксеры и нагревательные установки. Под индукционными электропечами подразумевают индукционные установки, предназначенные для нагрева металлов и сплавов выше температуры их рас­плавления и перегрева металла до температуры разливки. Сюда от­носятся электропечи для плавки черных металлов и для плавки цвет­ных металлов и сплавов. Миксеры служат как для подогрева жид­кого металла до температуры разливки, так и для выравнивания его состава и поддержания его температуры.

Под нагревательными индукционными установками подразумева­ют установки для нагрева деталей до температуры термообработки или горячей деформации металла, т. е. меньшей, чем температура расплавления металла. Это — индукционные установки для сквозно­го нагрева под горячую деформацию металлических заготовок и установки для термообработки (поверхностная закалка, отпуск и пр.).

По частоте тока источника питания индукционные установки де­лятся на печи и нагревательные установки низкой (промышленной) частоты (50 Гц), печи и нагревательные установки средней частоты (150—10 000 Гц), печи и нагревательные установки высокой частоты (50—1000 кГц) и установки диэлектрического нагрева — установки сверхвысокой частоты (5—5000 МГц).

По конструкции индукционные печи и нагревательные установки могут выполняться открытыми, т. е. работающими при атмосферном давлении воздуха, и герметически закрытыми, т. е. работающими или с разрежением воздуха внутри плавильного пространства, или с по­вышенным давлением при заполнении рабочего пространства ней­тральным газом1 (азотом, аргоном, водородом). Закрытые установки могут быть выполнены как вакуумно-компрессионные.

По режиму работы различают печи и установки периодического действия и печи и установки непрерывного действия.

По принципу действия индукционные печи подразделяются на ти­гельные (печи без сердечника) и канальные (печи с сердечником), названные так по элементам конструкции печи, где находится рас­плавленный металл.

Индукционный нагрев металлов в настоящее время широко при­меняется в различных областях промышленности для самых разно­образных целей: для плавки металлов и сплавов, горячей деформа­ции металла, термообработки, зонной очистки металлов и т. п.