Министерство образования Российской Федерации.

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

Кафедра АТПС.

ДОКЛАД

По дисциплине «Основы электротехнологии» Тема доклада: Установки диэлектрического и индукционного нагрева

Преподаватель: Махорский Ю.Л.

Студенты: Станилевич О.В.

Кортев Е. Ю.

Группа: 574 ЭАПУ

Нижний Тагил

2007

Содержание

Введение.

Индукционные тигельные печи.

Канальные печи с магнитопроводами.

Плазменные индукционные установки.

Установки для сквозного нагрева под пластическую деформацию.

Пайка и наплавка при индукционном нагреве. Технологический обогрев.

Индукционный нагрев в сварочном производстве.

Установки высокочастотного нагрева диэлектриков.

Установки нагрева диэлектриков в поле рабочего конденсатора.

Библиографический список.

Введение

Индукционный нагрев металлов, применяемый в про­мышленных установках с конца XIX века, в настоящее время получил широкое распространение во многих об­ластях промышленности. Причиной такого успеха индук­ционного нагрева являются те достоинства, которые присущи этому виду нагрева. Они в основном опреде­ляются тем, что при индукционном нагреве теплота вы­деляется непосредственно в нагреваемом теле, благодаря чему использование тепла оказывается более совер­шенным и обеспечивается значительно большая скорость нагрева. Большая скорость нагрева является дополни­тельным преимуществом по сравнению с нагревом в печах сопротивления, в пламенных печах и т. д., когда нагреву подвергается лишь внешняя поверхность металла, а подопрев глубинных частей осуществ­ляется за счет теплопроводности, т. е. сравнительно мед­ленно.

Устройство для индукционного нагрева металлов в самом общем виде представляет собой обмотку, пи­таемую переменным током. В переменном магнитном поле, создаваемом этой обмоткой, называемой индукто­ром, помещается нагреваемое металлическое тело. Пе­ременный магнитный поток возбуждает в металлическом теле переменную э. д. с. и вихревые токи, которые и на­гревают тело. Таким образом, теплота, выделяющаяся в теле, зависит, помимо других факторов, от удельного сопротивления нагреваемого металла. Так как в непроводниках ток проводимости не возникает, то в них тепло не выделяется; это позволяет при индукционном нагреве выделять энергию исключительно в нагреваемом ме­талле.

В настоящее время индукционный нагрев применяет­ся почти во всех областях нагрева металлов: в печах для плавки металлов, в установках для нагрева под го­рячую обработку (ковку и штамповку), для термической обработки металлов (закалки и отпуска) и в ряде других областей.

Параллельно с развитием индукционного нагрева металлов ве­лись разработки в области высокочастотного нагрева диэлектриков. Первые опыты по сушке древесины в электромагнитном поле вы­сокой частоты провел в 1930—1934 гг. Н. С. Селюгин. В дальнейшем этот метод получил широкое промышленное примене­ние для нагрева пластмасс и других материалов с целью прессования, сварки, склеивания и т. д.

Многообразие установок индук­ционного нагрева можно классифицировать по принципу действия и по основным конструктивным признакам (табл. 1).

В одну группу входят все установки собственно индукционного нагрева проводящих материалов, в том числе и ионизированных газов. В этих установках нагрев осуществляется за счет магнитной составляющей переменного электромагнитного поля индуктирован­ными в нагреваемых объектах токами.

Другая группа объединяет установки для нагрева диэлектриков, где используется электрическая составляющая переменного элек­тромагнитного поля.

Развитие индукционного нагрева идет по пути совершенствова­ния его технологии и автоматизации, в том числе и на основе до­стижений современной вычислительной техники. Расширяется при­менение высоких температур как при традиционных способах нагрева, так и при индукционном плазменном нагреве. В связи с ро­стом мощности установок и расширением их использования в про­мышленности особое значение приобрело совершенствование ос­новной аппаратуры и источников питания, направленное на улуч­шение энергетических показателей и надежности установок для нагрева проводящих материалов и диэлектриков.

В поле рабочего конден-сатора

Таблица №1

Индукционные тигельные печи.

Установки индукционного нагрева состоят из технологических устройств (нагреватели или плавильные печи), источников питания, линий передачи и средств управления. Технологические устройства определяются видом процесса и содержат электротехнические, механические и иные элементы.

Индукционная плавильная тигельная печь (рис. 1) представ­ляет собой цилиндрическую электромагнитную систему с многовитковым индуктором 1. Поскольку загрузка 2 нагревается до температуры, превышающей температуру плавления, обязательным эле­ментом конструкции печи является тигель — сосуд, в который помещается расплавляемая шихта. В зависимости от электрических свойств материала тигля различают печи с непроводящим (рис. 1, а) и проводящим (рис. 1, б) тиглем.

К первой группе относятся печи с диэлектрическим керамическим тиглем 3, предназначенные для плавления металлов. В таких печах загрузка (садка) нагревается индуктированным в ней током, тигель же эквивалентен воздушному зазору.

К о второй группе относятся печи со стальным, графитовым или графито-шамотным тиглем 4, обладающим большей или меньшей электропроводностью. Если толщина стенки тигля более чем вдвое превышает глубину проникновения тока в материал тигля, то можно считать, что индуктированный ток сосредоточен в стенке тигля, загрузка же прогревается только путем теплопередачи и может и не обладать электропроводностью. При меньшей толщине стенки тигля электромагнитное поле проникает в загрузку и энергия выделяется как в стенке тигля, так и в самой загрузке, если она электропроводна. Печи с проводящим тиглем имеют теплоизоляцию 5.

По характеру рабочей среды индукционные тигельные печи можно разделить на открытые, работающие в атмосфере, и вакуум­ные. Конструкции вакуумных печей обеспечивают как плавку, так и разливку металла в вакууме, благодаря чему содержание расши­ренных в металле газов получается очень низким.

Индуктор и футеровка, основной частью которой является тигель, укрепляются в корпусе печи. Конструктивные детали корпуса располагаются вне индуктора на небольшом расстоянии от него, т.е. в области, пронизываемой магнитным потоком индуктора на пути его обратного замыкания. Поэтому в металлических деталях корпуса могут возникать вихревые токи, вызывающие нагрев.

Для уменьшения потерь в корпусе у печей небольшой емкости основные детали корпуса изготавливаются из непроводящих материалов. Возможно также удаление металлических узлов корпуса на большее расстояние от индуктора, в область более слабого поля.

Однако такое конструктивное решение приводит к резкому увели­чению габаритов печи и потому приемлемо лишь для печей самой малой емкости. У печей значительной емкости приходится узлы несущей конструкции защищать от внешнего поля индуктора.

Для защиты используют магнитопровод в виде вертикальных пакетов трансформаторной стали, располагающихся вокруг индук­тора, или электромагнитный экран между индуктором и корпусом в виде сплошного кожуха из листового материала с малым удель­ным сопротивлением; потери в таком экране невелики.

Таким образом, в соответствии с методом снижения потерь в корпусе индукционные тигельные печи делятся на три класса: а) неэкранированнне; б) с магнитопроводом; в) с электромагнит­ным экраном.

Диапазон емкостей индукционных тигельных печей очень ши­рок. В качестве примера печи минимальной емкости (0,1 кг) можно указать отечественную установку для литья зубных протезов из нержавеющей стали, а максимальной (120 т) — печь фирмы «Юн­кер» (ФРГ), предназначенную для отливки крупных судовых винтов из бронзы.

Крупные тигельные печи работают на частоте 50 Гц; с умень­шением емкости печи частота тока должна повышаться, чтобы сохранилось соотношение между глубиной проникновения тока и диа­метром загрузки, обеспечивающее высокий КПД индуктора.

По частоте питающего тока индукционные тигельные печи можно классифицировать следующим образом:

а) высокочастотные с питанием от ламповых генераторов;

б) работающие на частоте 500—10000 Гц с питанием от вентиль­ных или машинных преобразователей частоты;

в) работающие на частотах 150 и 250 Гц с питанием от статиче­ских умножителей частоты;

г) работающие на частоте 50 Гц с питанием от сети, при значи­тельной мощности оборудованные симметрирующими устройст­вами.

Индукционные тигельные печи как плавильные устройства об­ладают большими достоинствами, важнейшие из которых — воз­можность получения весьма чистых металлов и сплавов точно за­данного состава, стабильность свойств получаемого металла, ма­лый угар металла и легирующих элементов, высокая производи­тельность, возможность полной автоматизации, хорошие условия труда обслуживающего персонала, малая степень загрязнения окружающей среды.

Недостатками индукционных тигельных печен являются высо­кая стоимость электрооборудования, особенно при частотах выше 50 Гц, и низкий КПД при плавке материалов с малым удельным сопротивлением.

Сочетанием таких качеств определяется область применения индукционных тигельных печей: плавка легированных сталей и синтетического чугуна, цветных тяжелых и легких сплавов, редких и благородных металлов. Поскольку область применения этих печей ограничивается не техническими, а экономическими факторами, по мере увеличения производства электроэнергии она непрерывно расширяется, захватывая всё более дешевые металла и сплавы.

Основной тенденцией в развитии индукционных тигельных печей является рост как единичной емкости, так и суммарной емкости парка печей, связанный прежде всего с потребностью в больших количествах высококачественного металла. Кроме того, при увеличении емкости повышается КПД печи и снижаются удельные расходы на ее изготовление и эксплуатацию.

Создаются также принципиально новые виды печей, например горизонтальные печи непрерывного действия, а также индукционно-плазменные печи. Последние сочетают два вида нагрева, при этом обеспечиваются интенсивное перемешивание расплава, как в любой индукционной печи, и высокая температура и реакционная способность шлака, как в любой дуговой или плазменной печи.