Cuptor cu creuzet pentru incalzirea aluminiului

2x puncte

categorie: Fizica

nota: 9.80

nivel: Facultate

Īncălzirea prin inducţie se bazează pe pătrunderea energiei electromagnetice īntr-un conductor masiv, situat īn cāmpul magnetic variabil īn timp al unei bobine (inductor). Īncălzirea conductorului se produce prin efectul Joule - Lenz al curenţilor turbionali induşi.

Avantajele īncălzirii prin inducţie īn comparaţie cu alte metode de[...]
DOWNLOAD REFERAT

Preview referat: Cuptor cu creuzet pentru incalzirea aluminiului

Īncălzirea prin inducţie se bazează pe pătrunderea energiei electromagnetice īntr-un conductor masiv, situat īn cāmpul magnetic variabil īn timp al unei bobine (inductor). Īncălzirea conductorului se produce prin efectul Joule - Lenz al curenţilor turbionali induşi.

Avantajele īncălzirii prin inducţie īn comparaţie cu alte metode de īncălzire sunt următoarele:
o căldura se dezvoltă īn metalul ce urmează a fi īncălzit, rezultīnd o viteză de īncălzire mai ridicată īn comparaţie cu cea obţinută īn cuptoarele cu īncălzire indirectă (cuptoare cu arc electric, dacă arcul se stabileşte īntre doi electrozi sau cuptoare cu īncălzire indirectă cu rezistoare)
o construcţia instalaţiilor de īncălzire mai simplă, permiţind utilizarea vidului sau amosferelor de protecţie permiţind automatizarea funcţionării īn condiţiile producţiei īn flux
o condiţiile de lucru sunt īmbunătăţite

Īncălzirea prin inducţie a materialelor conductoare din punct de vedere electric este utilizată pentru:
- topirea metalelor - oţel, fontă, cupru, aluminiu, zinc, magneziu şi aliajelor lor
- īncălzirea īn volum (profunzime) a semifabricatelor (oţel, cupru, aluminiu) ce urmează a fi prelucrate la cald prin forjare, matriţare, presare, laminare etc.
- călirea superficială a pieselor
- sudarea şi lipirea metalelor

Cuptoarele de inducţie cu creuzet sunt utilizate pentru elaborarea oţelurilor cu calitate superioară, a fontei, a metalelor şi aliajelor neferoase, cum ar fi aluminiu, cupru, nichel etc.
Din punct de vedere al frecvenţei tensiunii de alimentare, cuptoarele cu creuzet pot fi:
o de frecvenţă industrială (50 Hz)
o de frecvenţă medie (100 ... 10.000 Hz)
o de īnaltă frecvenţă (50 ... 400 kHz)


Ele pot funcţiona īn vid - condiţie cerută īn ultimul timp la prelucrarea metalelor şi aliajelor necesare construcţiilor aerospaţiale, ale centrelor nucleare.

1.1 AVANTAJE

o se obţin temperaturi foarte ridicate īn toată masa metalului, ca urmare a unei concentrări mari de putere direct īn acesta (200 - 300 kW/t, pentru fontă la 50 Hz; 1500 kW/t pentru fier la 1000 Hz)
o ca urmare a amestecului (agitaţiei) intens a băii metalice topite sub acţiunea forţelor electrodinamice, se produce uniformizarea temperaturilor, se elimină supraīncălzirile locale şi se reduc īn consecinţă pierderile de metal (0,5 ... 0,8 %)
o se obţin metale sau aliaje foarte pure, şarja fiind ferită de acţiunea chimică a electrozilor cuptoarelor cu arc, sau combustibilul de la cuptoarele cu flacără, topirea este posibilă īn vid sau atmosfere controlate
o zgomotul de funcţionare are valori mici, sub (70 - 80 dB)
o poluarea mediului ambiant este foarte redusă, cantitatea prafului fiind de ordinul 0,5 kg/t faţă de cuptoarele cu arc, unde avem 5 - 8 kg/t
o reglajul automat al puterii este uşor de realizat
o īn comparaţie cu cuptoarele de inducţie cu canal cele cu creuzet au construcţie mai simplă, solicitări termice şi mecanice mai reduse, cuptorul cu creuzet poate fi golit complet după fiecare sarjă

1.2 DEZAVANTAJE

o antrenarea zgurei īn sarjă
o solicitarea mecanică puternică a căptuşelii creuzetului, datorită agitaţiei intense a băii topite
o Costul ridicat datorat surselor de alimentare (īn general sunt generatoare, dacă nu se lucrează cu frecvenţa industrială) şi a bateriilor de condensatoare necesare

Capacitatea actuală a cuptoarelor de frecvenţă industrială are valori īntre 0,8 - 50 t, puterea ajunge la 20 - 25 MW, consumul specific de energie electrică fiind 520 - 700 kWh/t.


1.3 Construcţia şi funcţionarea cuptoarelor cu creuzet

Elementele constructive principale ale cuptoarelor cu creuzet sunt:
- creuzetul
- inductorul
- ecranul magnetic
- reţeaua scurtă - compusă din cabluri flexibile şi barele sursei de alimentare
- mecanismul de răsturnare
Creuzetul are căptuşeală acidă (cuarţită - 98 % SiO2), bazică (magnezită) sau neutră (şamotă, grafit sau oţel refractar). Forma creuzetului este cilindrică, īn partea inferioară (1/3 īnălţime) are o formă tronconică, deoarece īn această zonă eroziunea provocată de agitaţia băii este cea mai puternică. Baza creuzetului se sprijină pe un suport de cărămizi refractare şi termoizolante.


Īntre creuzet şi inductor se prevede un cilindru din material termoizolant cu grosimea de 3 ... 20 cm. Creuzetul se confecţionează prin stamparea (bătătorirea) compoziţiei refractare uscate (praf refractar amestecat cu acid boric) introduse īntre suport, cilindrul de material termoizolant şi un şablon cilindric de oţel (4 - 8 mm grosime) - sinterizarea compoziţiei refractare se realizează prin īncălzirea lentă cu gaz sau inducţie.
Starea căptuşelii creuzetului trebuie controlată permanent (după fiecare şarjă) īn scopul prevenirii fisurării acestuia, şi pătrunderii metalului topit īn inductor, ceea ce ar provoca o explozie. Uzura căptuşelii este sesizabilă prin creşterea factorului de putere al cuptorului (cu circa 10 - 30 % faţă de valoarea corespunzătoare fazei topite a şarjei), ceea ce se observă printr-un număr scăzut de trepte a bateriei de condensatoare necesare compensării factorului de putere la cosφ = 0,92.

Creuzetul este acoperit cu un capac īn special la cuptoarele cu frecvenţa industrială, la care agitaţia băii este mai intensă, dar şi īn scopul reducerii pierderilor termice. Cuptoarele cu medie frecvenţă nu au capac, simplificāndu-se īn acest mod construcţia şi exploatarea lor.
Inductorul are forma unei bobine cilindrice īntr-un singur strat, de preferinţă din ţevi de cupru, prin care circulă apă de răcire sub presiune. Spirele inductorului pot fi neizolate (fixate cu distanţoare) īn aer sau turnate īn azbociment, izolate cu micanită. Ţinīnd cont de forţele electrodinamice spirele inductorului sunt presate īntre două plăci frontale din material izolant, stānse cu tiranţi.

Ecranul magnetic format din pachete de tole de transformator dispuse radial īn jurul inductorului, este consolidat īmpreună cu creuzetul şi inductorul cu ajutorul unui cadru confecţionat din OLC obişnuit. Ecranul magnetic este necesar pentru a īnpiedica īncălzirea elementelor constructive metalice ale cuptorului, aflate īn cāmpul magnetic al inductorului.


Cablurile flexibile care formează reţeaua scurtă sunt răcite cu apă, cu diametrul exterior de 65, 83, 195 mm.
Mecanismul de răsturnare a cuptorului īn vederea golirii este ori electromecanic, ori hidraulic ca şi sistemul de rotire al capacului creuzetului.

Īn funcţie de necesităţile tehnologice, cuptoarele cu creuzet pot fi utilizate īn următoarele regimuri de funcţionare:

1. regim intermitent - la care cuptorul se goleşte complet după fiecare şarjă, iar pornirea se face la īncărcătură solidă
2. regim continuu - la care īn permanenţă se află īn cuptor o cantitate de metal topit
3. regimul duplex - cu un alt cuptor electric

Observaţie - la funcţionarea continuă a cuptorului, din cuptor se goleşte numai materialul necesar la turnarea imediată, īn locul lui fiind introduse bucăţi solide de metal. Deoarece funcţionarea cu creuzetul parţial umplut cu metal topit acuză o scădere a puterii active faţă de valoarea ei nominală, se recomandă ca golirea să nu depăşească 2/3 din capacitatea nominală.

1.5. ALUMINIUL.

Se obtine prin electroliza bauxitei topite, la temperaturi cuprinse intre 950 si 970 0C. Din 4 t de bauxita se obtine 1t aluminiu metalurgic, cu un continut de Al cuprins intre 99,5 si 99,9 %, in conditiile unui consum de curent de 18.000 kWh. Aluminiul are o structura cubica cu fete centrate si este deosebit de prelucrabilla cald si la rece. Poseda rapoarte avantajoase rezistenta- densitate , si o rezistenta buna la coroziune determinata de factorii atmosfericisi de solutiile acide.elementele importante de aliere sunt Cu, Mg, Zn. Prin tratamente termice corespunzatoare se poate obtine o durificare prin precipitare. Domeniile de utilizare sunt: arhitectura, constructiile, ind chimica si electrotehnica.

2. DIMENSIONAREA CUPTORULUI




2.1 DIMENSIONAREA CREUZETULUI:

După alegerea materialului refractar al creuzetului se stabilesc dimensiunile d2 (diametrul mediu) şi h2 (īnălţimea maximă a īncărcăturii - de siguranţă)

Materialul refractar: Grafit

Volumul util:
unde ρ' este densitatea la temperatura mediului ambiant 200C : kg/dm3

Coeficientul de zvelteţe al băii:

Acest coeficient ese impus pentru a obţine un randament electric şi termic cāt mai mare, şi se alege din intervalul:
0,5 ... 1 => c2=0,6
Rezultă, diametrul mediu al acestui cuptor cu creuzet este:



Diametrul mediu al cuptorului este: d2= 0,656 m

Cu ajutorul coeficientului de zvelteţe ales ( c=0,6 ) vom determina īnălţimea creuzetului:


Īnălţimea īncărcăturii este: h2=1,1 m
Īnălţimea creuzetului se adoptă cu circa 20 - 30 % mai mare decāt h2 pentru a ţine cont de agitaţia băii şi de adăugarea bucăţilor solide de metal.
Īnălţimea creuzetului este: deci h1= 1,37m
Grosimea peretelui creuzetului este ac şi se adoptă pe baza relaţiei:

Vom adopta ac=0,13m deci: ac=0,13 m

Grosimea stratului izolator - diatomită - īn general se ia valori de 1 - 10 cm. Voi alege grosimea de 0,01 m, deci: ai=0,01 m

2.2 RANDAMENTUL TERMIC AL CUPTORULUI



- material refractar- diatomina

o densitate ρ=700kg/m3
o conduciv. termică λ=(0,16+0,31∙10-3∙Θ) W/m∙oC
o temperatura maximă de utilizare Θmax=900 oC



Pierderile laterale prin stratul de grafit şi diatomită:

Pierderile laterale se calculează pentru primul strat:

- pentru că se calculează aproximānd cuptorul cu un cilindru, unde
l = h2 + ac/2=1.093+0,1/2=1,143 m


Deci rezistenţa termică a grafitului este:
Rλ=2,49607∙10-4 oC/W

Pierderile laterale se calculează pentru al doilea strat:

Temperatura la suprafaţa interioară a stratului termoizolant se consideră Θ=150 oC.

m2
Rλ=0,0527173 oC/W
Rezistenţa totală este:
oC/W

Pierderile laterale:
W
Pierderile laterale Φlaterale= 11327.8292 W


Transferul de căldură prin porţiunea inferioară:
DOWNLOAD REFERAT
« mai multe referate din Fizica

CAUTA REFERAT

TRIMITE REFERAT CERE REFERAT
Referatele si lucrarile oferite de E-referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.
Confidentialitatea ta este importanta pentru noi

E-referate.ro utilizeaza fisiere de tip cookie pentru a personaliza si imbunatati experienta ta pe Website-ul nostru. Te informam ca ne-am actualizat termenii si conditiile de utilizare pentru a integra cele mai recente modificari privind protectia persoanelor fizice in ceea ce priveste prelucrarea datelor cu caracter personal. Inainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru te rugam sa aloci timpul necesar pentru a citi si intelege continutul Politicii de Cookie. Prin continuarea navigarii pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizarii fisierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Nu uita totusi ca poti modifica in orice moment setarile acestor fisiere cookie urmarind instructiunile din Politica de Cookie.


Politica de Cookie
Am inteles