Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Августа 2014 в 20:59, курсовая работа
Промышленной печью называется устройство, где химическая энергия топлива, электроэнергия или другие виды энергии превращающиеся в тепло, под действием которого совершаются технологически необходимые превращения обрабатываемых материалов или изменения их свойств. При этом имеется в виду, что обработка материалов ведется в промышленных масштабах .Если в печах обрабатывается малые количества материалов в опытных целях, такие печи называют лабораторными или полупромышленными. В случаях, когда выделяющееся в печи тепло расходуется для бытовых нужд (обогрева помещений, приготовление пищи и т.п.), печь называется бытовой.
При использовании электрических печей для нагрева деталей и заготовки существенно облегчается регулирование теплового режима, резко возрастает точность соблюдения заданной температуры в печи и обеспечивается высокая степень равномерности нагрева всех изделий, находящихся в печной камере. Кроме того, электронагрев позволяет осуществить при необходимости местный нагрев отдельных участков изделия, а так же нагрев поверхности (для поверхности закалки). Рабочая камера электрической печи может сравнительно легко герметизирована, что позволяет широко применять нагрев в защитных или специальных атмосферах или в вакууме.
Чистота, хорошие условия труда в цехах, оборудованных электрическими печами, отсутствие отходящих дымовых газов, что резко повышает тепловую эффективность работы электрических печей и упрощает их конструкции по сравнению с топливными, являются также очень существенными преимуществами электрического нагрева.
Все эти преимущества предопределяют ту большую роль, которую электрохимические процессы играют в производстве и обработке металлов и сплавов.
Однако электроэнергия остается пока сравнительно дорогой, поэтому ее применение должно быть четко технически и экономически обосновано, а исходя из других народнохозяйственных соображений (месторасположение предприятия, сравнительная доступность различных энергетических ресурсов и т.д.). Поскольку для получения тепла в рабочих камерах металлургических печей обычно используют химическую энергию топлива, при выборе наиболее рационального способа теплогенерации необходимо в каждом отдельном случае способствовать преимущества и недостатки применения для этой цели топлива или электроэнергии.
Индукционные нагревательные печи
Индукционный нагрев металла для различных целей, начиная с нагрева заготовок перед прокаткой и кончая термической обработкой сортового проката является чрезвычайно перспективным. Благодаря выделению тепла в нагревательном металле могут быть достигнуты очень высокие скорости повышения температуры при минимальном образовании окалины без возникновения значительной разности температур по сечению и, следовательно, без опасных термических напряжений.
Магнитное поле переменного тока индуцирует вихревые токи в нагреваемом изделии, которые, протекая по металлу, выделяют джоулево тепло. При токе промышленной частоты, создающем магнитном поле, плотность вихревых токов практически одинаковая по всему сечению изделия.
При повышенной и высокой частоте тока плотность индуцируемого тока у поверхности изделия выше, чем внутри сечения. Это явление называется поверхностным эффектом. Магнитное поле, создаваемое индуктором, разделяется на два потока: полезный поток, идущий через нагреваемое изделие, и поток рассеяния – поток потерь. Для индукционного нагрева стальных изделий с учетом поверхностного эффекта применяют ток следующей частоты: для нагрева деталей толщиной от 0.03 до 1мм частота тока 200 кГц. Для питания нагревательных печей прогрева деталей на глубину более 2мм применяют ток промышленной частоты 50 Гц. Источниками тока от 400 Гц до 10 Гц является машинные генераторы, вращаемые синхронными двигателями, работающими на токе промышленной частоты.
Индукционный нагрев при термической обработке или при нагреве перед обработкой давлением позволяет проводить прогрев на любую глубину изделия и осуществлять местный нагрев.
Индуктор – основной элемент печи. Это электромагнитное устройство, предназначенное для индукционного нагрева. Практически во всех промышленных печах индуктор изготавливают из медной водоохлаждаемой трубки. При нагреве круглых изделий небольшего диаметра (до 60 мм) между индуктором изделием был минимальный. Форма индуктора соответствует сечению нагреваемого изделия.
При нагреве круглых изделий диаметром более 70 мм время нагрева достаточно велико, поэтому с целью уменьшения тепловых потерь индуктор помещаеют в огнеупорный чехол, который образует стену печи, сохраняет тепло садки, разделяет витки индуктора между собой, защищает от окалины, отскакивающей от металла садки.
Каркас печи делают достаточно жестким. Его металлические части не должны создавать замкнутый контур вокруг индуктора, так как при этом индуктор будет нагревать каркас печи.
Необходим элемент установки для индукционного нагрева является устройство для фиксирования садки в центре индуктора. Эксцентрично расположенная садка в местах с минимальным зазором между садкой и индуктором перегревается.
Слиток или изделие, нагреваемые в горизонтальной плоскости, поддерживаются по окружности короткими лотком или стержнями.
Время нагрева изделия в индукторе контролируется по температуре садки.
При нагреве однородных деталей, как правило, опытным путем устанавливают время нагрева и контроль за временем осуществляют с помощью реле времени.
Индукционный нагрев удобен и экономичен при нагреве массовой продукции и нагреве в непрерывной технологической линии.
Теплоизоляция индуктора.
Обычный способ выполнения электрической, тепловой изоляции и крепления индукторов нагревательных установок состоит из многих трудоемких операций. Электрическая изоляция индуктора включает покрытие катушки лаком и обмотку стеклолентой, на которую накладывается обмоточная изоляция или покровная эмаль. Между электрической изоляцией и тепловой изоляцией из огнеупоров прокладываются листовой миканит и асбест. Крепление индукторов выполняется стойками, зажатыми между плитами, которые изготавливаются из асбоцемента или тексолита. С этой целью к виткам катушки привариваются шпильки с нарезкой для затяжки гайками в стойках.
Следует отметить, что, кроме недостатков, связанных с трудоемкостью изготовления, указанная конструкция не обеспечивает достаточной надежной и экономичной работы установок. Нередко наблюдаются случаи электрического пробоя катушки, а короткий срок службы применяемых для тепловой изоляции огнеупоров приводит к простоям оборудования и удорожанию производства.
Применение монолитной заформовки индукционных нагревателей в жаростойкий бетон во многих случаях позволяет упростить технологию изготовления и улучшить эксплуатационные характеристики индукторов. В общем случае преимущества монолитной заформовки в жаростойкий бетон, по сравнению с указанным выше способом выполнения электрической и тепловой изоляции индукторов, заключается в следующем: улучшается электрическая и тепловая изоляция индуктора; повышается виброустойчивость установки; имеется возможность изготовления материала футеровки на местах; отпадает необходимость крепления индуктора к стяжным стойкам; снижается стоимость, повышаются стойкость и надежность тепловой изоляции.
При изготовлении монолитной футеровки катушек могут применяться различные конструктивно-технолгические решения. Она может быть выполнена из бетона одного или нескольких видов. Футеровка из одного вида бетона рекомендуется в том случае, если требуется повышенная механическая прочность материала. Это бывает тогда, когда бетон испытывает воздействие обрабатываемых в установке заготовок или подвержен вибрации, которая может передаваться от катушки индуктора, работающей на промышленной частоте тока.
Если бетон не испытывает воздействия обрабатываемых заготовок или вибрации, то с целью улучшения теплового к.п.д. футеровка может быть выполнена из двух видов бетона, один из которых с более высокими плотностью и прочностью обеспечивает надежное крепление катушки в монолите, а другой с более низкой плотностью – лучшую тепловую изоляцию. При разработке конструктивных решений индукторов с монолитной футеровкой следует учитывать следующие обстоятельства:
1.Адгезия бетона с медью
невелика, если же медная трубка
покрыта электроизоляционным
2.Футеровка цилиндрических
катушек длиной свыше 1000-1300 мм
технологически неудобна –
3.Желательно иметь зазор порядка 4-5 мм между витками с тем, чтобы обеспечить сцепление наружного и внутреннего слоев бетона.
4.Следует избегать малых (5-10 мм) толщин бетона, особенно на лобовых (торцевых) стенках катушек.
Основные компоненты марки сплава Д1
Алюмиий не менее 99,30%
Медь – 3,8-4,8%
Магний 0,4-0,8%
Марганец 0,4-0,8%
Сплав Д1
Относится к 4-х компонентной системе Al-Cu-Mg-Mn. Он интенсивно упрочняется термической обработкой; Основные упрочнители , и . Сплав хорошо обрабатывается с холодом и горячем состояниях. Температурный интервал горячей деформации 380-470.
Охлаждение после горячей деформации на воздухе.
Прессованые профили имеют пониженную коррозионную стойкость. При нагреве до 100 возникает склон к межкристаллической коррозии, поэтому, как и для сплава Д20, необходимы анодирование и лакокрасочные покрытия.
Сплав хорошо сваривается точечной сваркой, однако газовая и оргоно-дуговая сварки сплава затруднены и могут быть применены только для неответственных узлов.
Профили из сплава Д1 могут поставляться в заколенном и естественно состаренном, а так же в оттоженном состояниях.
Отжиг может проводить по двум режимам: сокращенному (нагрев до 350-370 охлаждение на воздухе) и полному – (нагрев до 390-430, охлаждение до 250- 270 с печью по 30 градусов в час затем на воздухе) Второй режим обеспечивает значительно более высокие пластические характеристики профилей.
Плотность сплава Д1 составляет:
Расчет индуктора
Индекс «м» сверху, обозначает заготовку малых размеров 190*720мм относительно заготовки с индексом «б» размеров 265*800мм
где - диаметр нагреваемой заготовки
Производительность печи в час при нагреве заготовок 190х720 из сплава марки Д1 равна 450 кг/час.
Производительность печи в час при нагреве заготовок 265х800 из сплава марки Д1 равна 1000 кг/час.
где - увеличение длины для устранения краевого эффекта рассеяния магнитного потока:
где - масса заготовки
где - удельное электросопротивление сплава Д1 в горячем состоянии:
где – глубина проникновения тока в заготовку:
По графику на рис.2 определяем функции А и В;
где - площадь поперечного сечения заготовки:
где - коэффициент заполнения индуктора медью по высоте:
- глубина проникновения тока в медь:
Средняя длина индуктора:
где
где глубина проникновения тока в медь
где - тепловые потери