индукционно топене на метал
| Категория: Физика Тип: Есе Размер: 89.7kb. изтегляне |
Федерална агенция за образование Южноуралски държавен университет Катедра по обща и теоретична физика Резюме по темата: „Индукционно топене на метал“ Изпълнено от: студент gr.FM-223 Plotnikov S.A. Проверил: Доцент по О.Т.Ф. Герасимов В.К. Челябинск 2008 г
Съдържание Съдържание 2 Въведение 3 Феноменът на електромагнитната индукция 3 Опитите на Фарадей 3 Приложения в металургията 4 Производство на стомана в индукционни пещи 4Индукционни пещи с търговска честота12Топене в облицована с киселина пещ.13 Топене във вакуумни индукционни пещи.13 Заключение 16 Използвана литература: 17
Въведение Феноменът на електромагнитната индукция Електрическите токове създават около себе си магнитно поле. Връзката на магнитното поле с тока доведе до многобройни опити за възбуждане на тока във веригата с помощта на магнитно поле. Този фундаментален проблем е брилянтно решен през 1831 г. от английския физик М. Фарадей, който открива явлението електромагнитна индукция. Той се крие във факта, че в затворена проводяща верига, когато потокът на магнитна индукция, обхванат от тази верига, се промени, възниква електрически ток, наречен индукция. Опити на Фарадей Нека разгледаме класическите експерименти на Фарадей, с помощта на които е открито явлението електромагнитна индукция. Опит I. Ако постоянен магнит се вкара или разшири в соленоид, затворен към галванометър, тогава в моментите на неговото вкарване или разширяване се наблюдава отклонение на налягането на галванометъра (възниква индукционен ток); посоките на отклонение на стрелката при удължаване и удължаване на магнита са противоположни. Отклонението на стрелката на галванометъра е толкова по-голямо,толкова по-голяма е скоростта на магнита спрямо намотката. Когато промените полюсите на магнита, посоката на отклонение на стрелката ще се промени. За да получите индукционен ток, магнитът може да бъде оставен неподвижен, след което трябва да преместите соленоида спрямо магнита. Опит ll. Краищата на едната намотка, вкарани една в друга, са свързани към галванометъра, а през другата намотка се пропуска ток. Отклонението на стрелката на галванометъра се наблюдава в моментите на включване или изключване на тока, в моментите на неговото увеличаване или намаляване или когато намотките се движат една спрямо друга. Посоките на отклонената стрелка на галванометъра също са противоположни, когато токът се включва или изключва, той се увеличава или намалява, бобините се приближават или отдалечават. Обобщавайки резултатите от многобройните си експерименти, Фарадей стигна до заключението, че индукционен ток винаги възниква, когато има промяна в потока на магнитната индукция, свързана с веригата. Например, когато затворена проводяща верига се върти в еднородно магнитно поле, в нея също възниква индукционен ток. В този случай индукцията на магнитното поле в близост до проводника остава постоянна и се променя само потокът на магнитна индукция през веригата. Експериментално е установено също, че стойността на индукционния ток изобщо не зависиот метода на промяна на потока на магнитната индукция,а се определя само отскоросттана нейното изменение (в експериментите на Фарадей също е доказано, че отклонението на стрелката на галванометъра (силата на тока) е толкова по-голямо, колкото по-голяма е скоростта на магнита или скоростта на промяна на силата на тока, или скорост на намотките). Приложения в металургията Топене на стомана в индукционни пещи В индукционна пещ без сърцевина металът се топи в тигел, разположен вътре в индуктор, който е спирала сняколко навивки проводящ материал. Променливият ток преминава през индуктора; променливият магнитен поток, създаден в същото време вътре в индуктора (фиг. 1), индуцира вихрови токове в метала, които осигуряват неговото нагряване и топене.
| Фиг.1 Линии на магнитното поле в индукционна пещ 1 |
За да не се увеличи прекомерно мощността на генератора, захранващ пещта, във веригата на пещта са включени кондензатори, за да компенсират индуктивното съпротивление на индуктора. Както знаете, наличието на индуктивно съпротивление във веригата за променлив ток предизвиква фазово изместване (големината на тока изостава от величината на напрежението), в резултат на което факторът на мощността на инсталацията cos(f) намалява. Капацитетът причинява обратно фазово изместване; чрез избиране на капацитета на кондензаторите, те постигат настройка на инсталацията към резонанс, когато ъгълът на фазово изместване f се доближава до нула, а cos f се доближава до 1. Колкото по-висока е честотата, толкова по-малък е капацитетът на кондензаторната банка. Важна характеристика на индукционните пещи е интензивната циркулация на течен метал, причинена от взаимодействието на електромагнитни полета, възбудени от една страна от токове, преминаващи през индуктора, и от друга страна, от вихрови токове в метала. Характерът на циркулационните потоци е показан на фиг. 2. Положителната страна на това явление е, че поради смесването се ускорява топенето и изравняването на състава и температурата на метала, отрицателната страна е, че повърхността на метала; се оказва изпъкнал и може да бъде изложен, тъй като шлаката се стича към стените на тигела. Интензитетът на смесване е приблизително пропорционален на квадрата на ампер-оборотите(1p) - ие обратно пропорционален на честотата на захранващия ток. Фиг. 2. Електродинамична циркулация на метал в тигела на индукционна пещ. Друга характеристика на индукциятапещи е, че плътността на индуцираните токове достига максимум на повърхността на метала близо до стените на тигела и намалява към оста на тигела ("повърхностен ефект"). В този повърхностен слой се отделя най-голямо количество топлина, поради което зарядът се стопява. Дебелината на метален слой с висока плътност на индуцирани токове е обратно пропорционална на корен квадратен от честотата. Индукционните пещи имат следните предимства в сравнение с дъговите пещи: 1) няма високотемпературни дъги, което намалява абсорбцията на водород и азот и метални отпадъци по време на топенето; 2) малка загуба на легиращи елементи по време на претопяването на легирани отпадъци; 3) малки размери на пещите, позволяващи да бъдат поставени в затворени камери и да се топят във вакуум или в атмосфера на инертен газ; 4) електродинамично смесване, което помага да се получи метал, който е хомогенен по състав и температура. Основните недостатъци на индукционните пещи са ниското съпротивление на основната облицовка и ниската температура на шлаката, която се нагрява от метала; поради студени шлаки, отстраняването на фосфор и сяра по време на топене е трудно. Индукционните пещи се делят на два вида: 1) захранвани от ток с повишена честота; 2) захранван от ток с мощност (50 Hz). В пещите от първия тип честотата на захранващия ток обикновено се намалява; С нарастването на капацитета и диаметъра на тигела; малки (няколко килограма или по-малко) пещи се захранват с ток с честота от 50 до 1000 kHz, средни и големи (с капацитет до десетки тона) с токове с честота 0,5-10 kHz.
1 Устройството на индукционната пещ. Индукционната топилна инсталация се състои от пещ с механизъм за накланяне и захранващо оборудване (високочестотен генератор, кондензаторна батерия, контролен панел и, в големите пещи, автоматичен регулатор на електрическата енергиярежим). Капацитетът на индукционните пещи достига 60 т. Основните елементи на пещта са рамка, индуктор и огнеупорен тигел, който понякога е покрит с капак. Фиг.3.
0,08 T (^ 1/4), къдетоT -капацитет на пещта, т. Приблизителните съотношения между размерите на тигелите и индукторите на пещите за производство на стомана са дадени в таблица. 1. Механизмът за накланяне е предназначен да накланя пещта при източване на метала. Металът от тигела се източва през дренажния чорап, завъртайки рамката на пещта, монтирана на два щифта, под ъгъл до 95 °. Накланянето на пещта се извършва от лебедки, подемници, а на големи пещи е монтиран хидравличен механизъм за накланяне.
50 кг) до 2 часа при големи. След топенето се взема проба от метал за анализ и шлаката от топенето се източва, за да се предотврати възстановяването на фосфор от нея, след което се въвежда нова шлака чрез добавяне на шлакообразуваща смес със същия състав, както по време на периода на топене. Мощността, подадена към индуктора, се намалява с 30-40%. След получаване на резултатите от анализа се извършва легиране, регулиране на състава на метала и неговото дезоксидиране чрез въвеждане на съответните феросплави в тигела, след което металът се излива от тигела в кофата. Понякога при топене на висококачествени стомани се извършва дифузионно дезоксидиране на метала. За да направите това, в шлаката се въвеждат дезоксидиращи смеси, състоящи се от вар, смлян феросилиций, алуминиев прах, задържане за около 30 минути; циркулацията на метала в тигела на индукционната пещ ускорява дезоксидацията. При топене в индукционна пещ феросплавите се добавят в следния ред: ферохром, фероволфрам и феромолибден се въвеждат в заряда; фероманган, феросилиций и ферованадий - 7-10 минути преди освобождаване; алуминий преди освобождаване. При този ред на въвеждане отпадъците от елементи са както следва: около 2% волфрам, - хром, манган и ванадий -5-10%, силиций - 10-15%, титан 25-35
Топене в облицована с киселина пещ.Съдържанието на сяра, фосфор и въглерод не трябва да надвишава допустимите граници в стоманата, която се топи. При топене на стомани, легирани с хром, волфрам и молибден, в заряда се въвеждат ферохром, фероволфрам, феромолибден. Зарядът се зарежда и разтопява по същия начин, както при основната облицовка. Шлака по време на топенето на заряда, индуциране; добавки от натрошено стъкло, шамот и вар След разтопяване и анализ на взетата метална проба се извършва легиране (коригиране на състава) и дезоксидация. Фероманган, феросилиций и, ако е необходимо, ферованадий, се въвеждат в метала за 7-10 минути преди потупване, алуминий непосредствено преди потупване. Отпадъците от манган са 10%, силицийът практически не изгаря, отпадъците от волфрам и молибден са около 2%, а хромът е 5%. Консумацията на електроенергия по време на топене на стомана в индукция е 500-700 kW-h / t. Топене във вакуумни индукционни пещи.
Заключение Откриването на явлението електромагнитна индукция беше от голямо значение и беше доказана възможността за получаване на електрически ток с помощта на магнитно поле. Това установи връзката между електрическите и магнитните явления, което по-късно послужи като тласък за развитието на теорията за електромагнитното поле.
Използвана литература: 1. Трофимова Т.И. Курс по физика: Учебник за ВУЗ. стр. 223-224. 2. Паволоцки, Рошчин В.Е. "Електрометалургия и стомана". 3. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. "Обща металургия" Учебник за ВУЗ. P.482-496