Проектирование и расчет индукционной тигельной печи для расплава благородных и цветных металлов
Индукционные печи как первоклассные плавильные устройства, их функционирование в разнообразных средах и применение для плавки стали, цветных и черных металлов, сплавов. Проектирование индукционных тигельных печей для изготовления ювелирных изделий.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.03.2016 |
| Размер файла | 199,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБ ОУ ВПО " Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. "
Кафедра "Автоматизированные электротехнологические системы и установки"
Дисциплина "Проектирование и конструирование ЭТУС"
Курсовая работа
по теме: "Проектирование и расчет индукционной тигельной печи для расплава благородных и цветных металлов"
Выполнила: ст. гр. ЭТС-51
Карпова О.О.
Проверил: доц., к. т. н.
Гришина Е.М.
Саратов 2012
Содержание
- Введение
- Кратко о ювелирном деле
- Применение благородных и цветных металлов и их сплавов
- Благородные (драгоценные) металлы и их сплавы
- Цветные металлы и их сплавы
- Сплавы цветных металлов
- Выбор материала для расчета печи
- Шихтовые материалы и их загрузка в печь
- Электрический расчет индукционной тигельной печи малой емкости
- Расчет мощности индукционной тигельной печи
- Определение основных геометрических размеров ИТП
- Расчет параметров системы индуктор - загрузка
- Расчет числа витков индуктора
- Энергетический баланс установки
- Заключение
- Литература
Введение
Индукционные печи зарекомендовали себя как первоклассные плавильные устройства. Они функционируют в разнообразных средах и применяются для плавки стали, цветных и черных металлов, а также сплавов.
Современная металлургия, а также машиностроение повсеместно используют индукционные печи. Они бывают высокочастотные, среднечастотные и низкочастотные. Высокочастотные печи нашли применение в лабораторных условиях, низко - и среднечастотные широко применяются в литейном производстве. Печи индукционного типа позволяют получать различного вида сплавы и стали с небольшой концентрацией нежелательных газов и углерода. Это возможно за счет того, что в таких печах не присутствуют электроды и электрические дуги, в отличие от других электрических печей. Более того индукционные плавильные печи применяются в золотодобывающей отрасли, ювелирной, инструментальной и даже в художественном промысле и стоматологии.
Печь индукционного назначения питается от сети посредством частотного преобразователя, с помощью которого ток трехфазного типа стандартной частоты 50 Гц преобразуется в ТВЧ. Меняя выходное напряжение частотного преобразователя, контролируется мощность индукционного нагрева. Наблюдения и регулирование работы печи выполняется с помощью панели управления, которая находится на фронтальном щите.
Индукционные тигельные печи являются уникальными плавильными устройствами, что обуславливается их множественными преимуществами и неоспоримыми достоинствами. Индукционная плавка, как и сварка током высокой частоты, является более энергетически эффективным и скоростным процессом с высокой производительностью и коэффициентом полезного действия. С их помощью стало возможным получение чистых металлов и сплавов со стабильным, изначально заданным составом. Процесс термической обработки стали стал еще более рациональным, экономичным, а главное, качественным. Индукционный бесконтактный нагрев происходит равномерно и постепенно, тем самым процент выбраковки уменьшается, и термообработка стали и металла становится практически безошибочной.
Печи индукционного нагрева не требуют электродов, что упрощает процесс эксплуатации и предотвращает науглероживание металла на выходе. Действие магнитных силовых линий усиливает циркуляцию металла, ускоряет протеканий химических реакций и способствует получению металла с однородным составом. В индукционных печах качество готового продукта на порядок выше, чем в электрических дуговых печах. Применяемые усовершенствованные частотные преобразователи с подстройкой дают возможность снизить расход электроэнергии и других эксплуатационных расходов. Работа обслуживающего персонала автоматизирована и абсолютно безопасна, загрязнение окружающей среды сведено к нулю.
Изготовление ювелирных изделий - одно из древнейших ремесел в многовековой истории человечества. С незапамятных времен ювелирные изделия из золота, серебра и драгоценных камней являлись мерилом богатства и власти господствующих классов, символом эксплуатации и угнетения.
В связи с ростом благосостояния народа потребность в высоко художественных ювелирных изделиях возрастает из года в год, расширяется их производство, а для этого необходимо, чтобы все ювелиры хорошо овладели теорией и практикой изготовления ювелирных изделий.
Мною рассмотрены физические, химические и технологические свойства металлов и сплавов, применяемых при изготовлении ювелирных изделий. Вышеперечисленные данные очень важны для понимания поведения металлов, сплавов и химических веществ в процессе изготовления ювелирных изделий и совершенствования технологии их производств.
индукционная тигельная печь ювелирный
Существуют различные стадии технологического процесса изготовления ювелирных изделий, такие как: взвешивание, пробирный и химический анализы, плавка, литье обработка давлением, термообработка, обработка резанием, чеканка, травление, пайка, шлифование, полирование, чернение, серебрение, золочение, радирование и эмалирование.
Существуют множество описаний конструкций и способов производства оправ для драгоценных камней различных типов, методы закрепки и раскрепки камней, конструкции и способы изготовления подвижных шарнирных замковых и других соединений.
Единство теории и практики в настоящее время совершенно необходимо, так как от ювелиров высокой квалификации требуется овладение как теоретическими знаниями, так и практическими навыками в изготовлении ювелирных изделий.
К плавильным печам всех типов предъявляют следующие требования: обеспечение необходимой для данного металла или сплава температуры; создание в плавильном пространстве печи атмосферы, обеспечивающей минимальный угар компонентов сплава и наименьшее поглощение расплавом газов; возможно более высокая экономичность работы, обеспечиваемая минимальной длительностью плавки, высокой стойкостью и низкой стоимостью футеровки, малым расходом топлива или электрической энергии; удобство обслуживания.
Применяемые в промышленности печи для плавки цветных металлов могут быть классифицированы по способу обогрева:
1) пламенные, обогреваемые за счет горения твердого, жидкого и газообразного топлива;
2) электрические, с различными способами превращения электрической энергии в тепловую, - печи сопротивления, дуговые печи, индукционные канальные печи (с сердечником) и индукционные тигельные печи (без сердечника).
Кратко о ювелирном деле
Ювелирное искусство - один из древнейших и широко распространенных видов декоративно - прикладного искусства. В нем находит воплощение присущее человеку стремление к красоте. Ювелирные изделия - предметы украшения и быта из благородных и цветных металлов в сочетании с драгоценными, полудрагоценными и поделочными камнями, а также художественных изделий из недрагоценных материалов, выполненных с большим мастерством и отвечающих высоким эстетическим требованиям.
Основными материалами для изготовления ювелирных товаров являются благородные и цветные металлы и их сплавы, драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни, янтарь, перламутр, синтетические камни, а также стекло, эмаль, кость, рог, папье-маше и пластические массы.
Благородные металлы отличаются особой химической стойкостью, тягучестью и красивым внешним видом. Они имеют плотную кристаллическую решетку, обладают хорошим блеском, высокой плотностью, устойчивостью к атмосферным влияниям, а также пластичностью и сплавляемостью с другими металлами. Все это значительно "усиливает" эстетические свойства ювелирных товаров.
Для изготовления изделий в чистом виде эти металлы не применяют, так как они сравнительно мягки и обладают малой механической прочностью. Поэтому используют сплавы благородных металлов с другими металлами. По сравнению с чистым металлом сплавы обладают лучшими механическими свойствами, более низкой температурой плавления и определенным оттенком.
К благородным металлам относят золото, серебро, платину, а также металлы платиновой группы (палладий, родий, рутений, иридий и осмий), а также их сплавы. Например, медь, цинк, никель, олово, свинец, кадмий, хром и алюминий.
В ювелирном деле цветные металлы применяют в виде сплавов, напоминающих по внешнему виду драгоценные металлы. Основными компонентами сплавов являются медь, цинк и никель.
Одна из особенностей производства ювелирных изделий состоит в том, что при их изготовлении мастер-ювелир стремится максимально выявить и показать своеобразную красоту и декоративные свойства используемых материалов.
По способу производства ювелирные изделия бывают индивидуального и массового (серийного) производства.
При индивидуальном изготовлении мастер-ювелир выполняет все работы от начала до конца вручную, используя оборудование только для получения первоначальной заготовки или необходимого профиля металла. Этот способ применяется при создании отдельных образцов или дорогостоящих ювелирных изделий со сложной и тонкой художественной отделкой, а также при использовании нестандартных по размерам и формам драгоценных и полудрагоценных камней.
При массовом изготовлении изделия создаются механической обработкой и точным литьем по выплавляемым моделям. Лучшие ювелирные изделия изготавливают малыми сериями.
За последние годы значительно увеличился выпуск ювелирных изделий, расширился их ассортимент, улучшилось качество и художественное оформление. На многих ювелирных заводах страны внедрена лазерная техника, обеспечивающая качественную сварку, резку и сверление драгоценных металлов, увеличился выпуск ювелирных изделий с алмазной гравировкой, чернью, эмалью, рельефным рисунком.
Ювелирное дело требует особого подхода при при переплавке изделий, или остатков производства. Обязательным условием при поступлении на переплавку, все материалы должны иметь одну пробу в сплав могут добавляться металлы более низкой пробой, для уменьшения окисления драгоценных изделий. Из переплавки следует исключить изделия с покрытиями, камни и вставки удаляются.
Применение благородных и цветных металлов и их сплавов
К ювелирным товарам (от голл. juweell - драгоценный камень) относят изделия изготовляемые из драгоценных металлов и камней, а также из некоторых других материалов высокохудожественной обработки.
Материалы являются одним из факторов, влияющих на формирование потребительских свойств (функциональных, эргономических, гигиенических, а главное - эстетических) и качества ювелирных товаров.
Основными материалами для изготовления ювелирных товаров являются благородные и цветные металлы и их сплавы, драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни, янтарь, перламутр, синтетические камни, а также стекло, эмаль, кость, рог, папье-маше и пластические массы.
Благородные (драгоценные) металлы и их сплавы
Благородные металлы отличаются особой химической стойкостью, тягучестью и красивым внешним видом. Они имеют плотную кристаллическую решетку, обладают хорошим блеском, высокой плотностью, устойчивостью к атмосферным влияниям, а также пластичностью и сплавляемостью с другими металлами. Все это значительно "усиливает" эстетические свойства ювелирных товаров.
Для изготовления изделий в чистом виде эти металлы не применяют, так как они сравнительно мягки и обладают малой механической прочностью. Поэтому используют сплавы благородных металлов с другими металлами. По сравнению с чистым металлом сплавы обладают лучшими механическими свойствами, более низкой температурой плавления и определенным оттенком.
Металлы, входящие в состав таких сплавов, называют лигатурными. Состав сплавов строго регламентируется государственными стандартами и называется лигатурой.
К благородным металлам относят золото, серебро, платину, а также металлы платиновой группы (палладий, родий, рутений, иридий и осмий).
Цветные металлы имеют огромное значение для современной экономики. Практически ни один механизм и ни одно электронное устройство не может быть изготовлено без использования цветных металлов. Более того - изделия из цветных металлов широко используются в быту. Значительная часть металлической посуды и столовых приборов изготавливается из цветных металлов (прежде всего, из алюминия).
С каждым годом промышленности требуется все больше цветных металлов. Между тем, сырье для их производства - это полезные ископаемые, запасы которых в земных недрах не возобновляются. Все больше становится рудников и карьеров, где запасы полностью выработаны, и все труднее находить и разрабатывать новые месторождения.
Современный мир нуждается в применении цветных металлов, как в быту, так и в промышленных масштабах, товароведная характеристика цветных металлов и изделий из них недостаточно раскрыта в современной литературе, где больше делается акцент на частное нежели на всю металлургическую отрасль в целом. Для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.
Цветные металлы и их сплавы
К цветным металлам относят медь, цинк, никель, олово, свинец, кадмий, хром и алюминий. В ювелирном деле цветные металлы применяют в виде сплавов, напоминающих по внешнему виду драгоценные металлы. Основными компонентами сплавов являются медь, цинк и никель.
Сплавы цветных металлов
Для изготовления недорогих личных украшений, предметов сервировки стола и других изделий используют сплавы цветных металлов, по внешнему виду напоминающие золото и серебро.
Латунь - сплав меди с цинком (40-50%), иногда с добавкой небольшого количества других металлов. Плотность латуни - 8,2-8,8 г/см3. Латунь имеет красивый желтый цвет, сходный с цветом золота. Ее широко применяют для изготовления многих видов ювелирной галантереи, предметов туалета и др.
Томпак - сплав меди с цинком (10-12%). Применяют для изготовления ювелирной галантереи, стопок и других бытовых предметов.
Мельхиор - сплав, содержащий 80% меди и 20% никеля, серебристого цвета, с плотностью 8,9 г/см3. Он легко обрабатывается, обладает высокой тягучестью, высокопластичен, устойчив против коррозии. Применяют мельхиор для изготовления столовых и чайных приборов, посуды, портсигаров и других предметов обихода. Обычно изделия из мельхиора покрывают слоем серебра (до 24 мкм), который придает им устойчивость против коррозии и красивый внешний вид.
Нейзильбер - сплав серебристого цвета, содержащий 65% меди, 15% никеля и 20% цинка. Он отличается высокой стойкостью против коррозии и хорошими механическими свойствами. Плотность - 8,45 г/см33 температура плавления - 1050 С0. Применяется для изготовления столовой посуды, приборов и других изделий. Изделия из нейзильбера внешне напоминают серебряные.
Ювелирные товары делят по назначению на следующие группы:
Предметы личных украшений.
Предметы туалета.
Принадлежности для курения.
Предметы для сервировки стола.
Письменные принадлежности.
Предметы для украшения интерьера.
Принадлежности для часов.
Сувениры.
По используемому материалу ювелирные изделия могут быть золотыми, серебряными, мельхиоровыми, латунными, из кости, камня и др.
Выбор материала для расчета печи
Целью всей моей работы над дипломом будет являться расчет индукционной тигельной печи аналогичной индукционной установке УПИ - 60 - 2, которая имеет следующие параметры:
Номинальное напряжение однофазной питающей сети, В220±5%
Частота питающей сети, Гц50
Потребляемая мощность установки, не более, кВт 2
Номинальная частота тока контурной цепи, кГц 66 ±10%
Температура в тигле, єС 500-1500*
Емкость Тигля-70МПГ, куб. см. 70
Расход воды для охлаждения индуктора, литров в час 250
Температура воды на входе, не более, єС 40
Масса установки, кг 11
Габаритные размеры, мм х мм х мм 410х250х250
Масса установки в упаковке, кг 17
Габаритные размеры установки в упаковке, мм х мм х мм 500х360х310
Максимальная температура печи ограничена максимальной температурой теплоизоляции 1500єС.
Время плавки 10 - 15 мин.
Эта печь подходит для исследования моей темы, отвечает всем требованиям, которые нужны для печи, применяемых именно в ювелирном деле. В ней можно расплавлять небольшие порции металла при сравнительно малом времени расплава металла. Данные качества печи необходимы для ювелиров, которые занимаются индивидуальным изготовлением. Мастер-ювелир выполняет все работы от начала до конца вручную, используя оборудование только для получения первоначальной заготовки или необходимого профиля металла. Этот способ применяется при создании отдельных образцов или дорогостоящих ювелирных изделий со сложной и тонкой художественной отделкой, а также при использовании нестандартных по размерам и формам драгоценных и полудрагоценных камней.
Данная печь предназначена для плавки не только драгоценных металлов, как золото, серебро и платина, но и для металлов, из которых изготавливается бижутерия, столовые приборы и части сувениров, мелкие детали для техники и стоматологии. Это такие металлы как медь, цинк, никель, олово, свинец, кадмий, хром и алюминий и их сплавы - мельхиор и нейзильбер.
Для своей дипломной работы, я выбрала нейзильбер, так как его температура плавления подходит для выбранной мною печи.
Нейзимльбер (от нем. Neusilber - "новое серебро - состав: 65% меди, 20% цинка и 15% никеля; отличается высоким электросопротивлением и противокоррозийной стойкостью, обладает высокой твердостью и упругостью, температура плавления 1050 град. С.
Из нейзильбера производится столовая посуда и некоторые ювелирные элементы, требующие повышенной упругости - пружины, иглы, штифты. Нейзильбер по внешнему виду напоминает серебро. В зависимости от содержания никеля может иметь голубоватый или зеленоватый оттенок. Обладает достаточной прочностью и пластичностью, хорошо паяется.
Плотность 8,45;
Температура плавления 1050°С.
Имеет высокую коррозионную стойкость в нормальных условиях. Во влажной среде покрывается зеленым налетом. Растворяется в азотной кислоте. Горячие серная и соляная кислоты разъедают его. Нейзильбер получил широкое распространение как декоративный металл. Идет на изготовление галантерейных изделий, изделий посудной группы с посеребрением. Является основным материалом для ювелирных изделий художественного промысла. Филигранные изделия, как бескаменка, так и изделия с различными вставками с оксидированной поверхностью, внешне не уступают серебряным.
Также применяется в промышленности для изготовления деталей точных приборов, медицинских инструментов, паровой и водяной арматуры, ладов для гитар, а также для изготовления государственных наград (орденов и медалей) и ювелирных изделий (в последнее время чаще используют именно нейзильбер, хотя "по инерции" такие сплавы обычно именуют мельхиором, - он некогда широко применялся). Так же, как и мельхиор, нейзильбер похож на серебро, но ещё дешевле. Широко применяется при изготовлении филиграни и финифти.
Столовые приборы из нейзильбера обязательно серебрят - иначе у пищи наблюдается металлический привкус.
Шихтовые материалы и их загрузка в печь
Шихту для индукционных печей следует составлять, учитывая рациональный подбор размеров кусков шихты и плотную их укладку в печи. В мелких кусках шихты генерируется недостаточно высокая удельная мощность, и это приводит к увеличению длительности плавления и расхода электроэнергии. Чем ниже частота тока, тем больше глубина его проникновения и тем меньше удельная мощность. Поэтому размеры кусков шихты следует увеличивать с уменьшением частоты тока. Рекомендуют следующие соотношения:
Шихта не должна быть сильно окислена, так как при этом между отдельными кусками получается плохой электрический контакт, вихревые токи замыкаются в каждом отдельном куске шихты, а это увеличивает продолжительность плавления и расход электроэнергии. Плавка проходит тем быстрее и электроэнергии расходуется тем меньше, чем плотнее уложена шихта. Наиболее рационально шихту укладывать следующим образом.
На дно тигля для смягчения ударов крупных кусков уложить мелкую шихту и с целью предохранения металла от окисления завалить немного шлака, ферромарганца и ферросилиция. На дно следует присаживать также тугоплавкие ферросплавы, температура плавления которых выше достигаемых в тигле температур. При таком расположении они начнут растворяться сразу после появления первых порций жидкого металла.
Наиболее крупные куски уложить у стенок тигля на 2/3 высоты индуктора так, чтобы магнитные силовые линии пересекали максимальную площадь сечения куска.
Остальную часть шихты загружать до 2/3 высоты по оси тигля с максимальной плотностью укладки, а выше - менее плотно. Не рекомендуется заполнять тигель выше уровня индуктора, так как куски, лежащие выше индуктора, не пересекаются магнитными силовыми линиями и нагреваются в основном вследствие теплопроводности от нижележащих кусков, но затрудняют осаживание шихты в процессе плавления.
На малых печах шихту загружают вручную. Печи большой емкости можно загружать бадьей, что позволяет сократить время загрузки до 1-2 мин.
После окончания загрузки индукционную печь необходимо закрыть крышкой и включить ток. В начале периода плавления сначала, после включения печи, между кусками шихты в местах их плохого контакта происходят замыкания. В цепи индуктора эти замыкания вызывают толчки тока, поэтому плавление начинают на пониженной мощности источника. По мере прекращения толчков источник тока переключают на полную мощность.
Плавление шихты начинается в первую очередь на половине высоты индуктора у стенок тигля, затем постепенно распространяется вниз и вверх. Сообразно с этим шихта должна иметь возможность опускаться и погружаться в жидкий металл. Однако в верхней части тигля куски шихты могут заклиниваться и свариваться, образуя "мосты". Зависание шихты крайне нежелательно, так как оно может привести к сильному неконтролируемому перегреву жидкого металла и разрушению футеровки. Даже временное зависание шихты увеличивает продолжительность плавления и расход электроэнергии. Для устранения зависания шихту в процессе плавления необходимо периодически осаживать при помощи ломика с резиновой изоляцией ручки.
По мере оседания шихты постепенно погружают оставшуюся часть ее, следя за тем, чтобы холодные куски не попадали в жидкий металл, так как это может вызвать вскипание металла и сваливание холодной шихты в верхней части тигля с образованием трудноустранимых мостов. Нельзя допускать также оголения металла, поскольку это ведет к окислению и насыщению его газами. Во избежание этого при необходимости в тигель по ходу плавления присаживают шлаковую смесь, состоящую из извести, плавикового шпата и шамота.
Во время плавления необходимо следить за показаниями приборов и поддерживать максимальную мощность источника тока. По мере прогрева и оплавления шихты реактивная мощность установки изменяется, что требует периодической подстройки контура в резонанс. Подстройку осуществляют включением или отключением конденсаторов.
Электрический расчет индукционной тигельной печи малой емкости
Рассчитать индукционную тигельную печь для расплава нейзильбера марки МНЦ 15-20 (Ni - 15% Zn - 20%, остальное - Cu) массой .
Энтальпия (теплосодержание) воды определяется количеством тепла, которое нужно затратить для нагрева 1 кг воды от 0єС до заданной температуры. Таким образом q=246*10-3Дж/кг
Исходные данные:
Таблица 1
|
Наименование |
Ед. измер. |
Величина |
|
|
Длительность процесса плавки, ф |
минут ч |
11 0,183 |
|
|
Температура плавки, tпл |
0С |
1050 |
|
|
Начальная температура, tн |
0С |
20 |
|
|
Плотность при температуре плавки, гст |
кг/м3 |
8450 |
|
|
Удельное электросопротивление при начальной температуре, |
Ом*м |
0,260*106 |
|
|
Удельное электросопротивление при температуре плавления, |
(Ом*. м) - 1 |
0,118*10-3 |
|
|
Теплосодержание (удельная энтальпия) при температуре плавки, q |
Дж/кг |
246*10-3 |
|
|
Энтальпия при температуре плавки, ср |
Вт*ч/кг |
0,385*103 |
|
|
Размер детали, a*b*c |
*10-3 м |
2,5*2,2*2 |
|
|
Напряжение сети, Uc |
В |
220 |
|
|
Частота питающей сети, |
Гц |
50 |
|
|
Удельное сопротивление сплава при потери магнитных свойств, |
Ом*м |
1,2*10-6 |
Расчет мощности индукционной тигельной печи
Полезная мощность ИТП
(1.1)
Масса выражена в килограммах, .
(1.2)
Масса выражена в килограммах, .
Для последующих расчетов принимаются , тепловые потери .
Активная мощность , передаваемая в загрузку
(1.3)
Термический КПД индукционной тигельной печи
(1.4)
Активная мощность печи при электрическом КПД для плавки нейзильбера
(1.5)
Мощность источника питания должна быть немного больше активной мощности . Это связанно с тем, что источник питания должен покрывать потери в токопроводе и в конденсаторной батарее.
Мощность источника питания определяется по выражению
(1.6)
После определения ориентировочной мощности печной установки, выбора частоты тока производится подбор источника питания.
Расчет частоты источника питания индукционной тигельной печи
Расчет частоты индукционных тигельных печей производится исходя из выражения для определения глубины проникновения тока в загрузку
(1.7)
где - удельное сопротивление загрузки;
- относительная магнитная проницаемость загрузки;
- магнитная проницаемость вакуума;
- частота питающей сети.
Выражение для зависит от значения некоторого характеристического размера
(1.8)
Минимальная частота тока ИТП определяется по выражениям
(1.9)
(1.20)
(1.21)
Для выбора частоты и мощности питания и для последующих расчетов примем вариант, при котором обеспечиваются минимальные условия нагрева.
Выбираем из ряда рекомендованных частот частоту .
В качестве источника питания выбираем GPR-Н [1]. Выходная частота ; выходное напряжение .
Определение основных геометрических размеров ИТП
Полезный объем тигля
(1.20)
По [2] определяем коэффициенты геометрии тигля и . Значение коэффициента .
Средний внутренний диаметр тигля определяется
(1.21)
Высота загрузки определяется
(1.22)
Примем .
Высота индуктора определяется
(1.23)
Толщина футеровки в среднем сечении тигля определяется
(1.24)
Проверим значение
(1.25)
Исходя из того, что меду индуктором и загрузкой должно быть минимально возможное расстояние, принимаем .
Внутренний диаметр индуктора
(1.26)
где - толщина тепловой изоляции, располагаемой между футеровкой и индуктором. Внутренний диаметр магнитопровода можно ориентировочно определить
(1.27)
Расчет параметров системы индуктор - загрузка
Расчет глубины проникновения тока в материал загрузки ведется в "горячем состоянии" и определяется
(1.28)
Расчет глубины проникновения тока в материал индуктора
(1.29)
где
- удельное сопротивление меди индуктора при температуре t=60 0C.
Рассчитаем характеристический размер
(1.30)
Найдем вспомоготальные коэффициеты A, B [7]:
(1.30)
(1.31)
Активное сопротивление загрузки определяется
(1.32)
Внутреннее реактивное сопротивление загрузки определяется
(1.33)
Активное и внутреннее реактивное сопротивление условного одновиткового индуктирующего провода
(1.34)
где - расчетный диаметр индуктора;
- коэффициент заполнения индуктора, равный отношению высоты индуктирующего витка без изоляции к шагу навивки. Значение зависит от конструкции индуктора и вида изоляции.
Реактивное сопротивление рассеяния условного одновиткового индуктора
(1.35)
где Sh - расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора
(1.36)
Реактивное сопротивление обратного замыкания
(1.37)
где - поправочный коэффициент, учитывающий магнитное сопротивление обратного замыкания, коэффициент Нагаока; - реактивное сопротивление отрезка пустого индуктора бесконечной длины
(1.38)
Приведенные активные сопротивлениязагрузки определяются
(1.39)
(1.40)
где
коэффициент приведения параметров.
Расчет эквивалентных сопротивлений нагруженного индуктора производим без учета сопротивлений подводящих шин
(1.41)
(1.42)
(1.43)
Коэффициент мощности
(1.44)
Расчет числа витков индуктора
Определим электрические параметры системы индуктор - загрузка
(1.45)
(1.46)
Полученное значение электрического КПД индуктора не совпадает с принятым значением КПД. Уточненное значение активной мощности печи
(1.47)
Расчет тока условного одновиткового индуктора
(1.48)
Расчет напряжения на условном одновитковом индукторе
(1.49)
Для дальнейшего расчета принимаем напряжение 14 В.
Расчет числа витков индуктора при
(1.50)
Примем число витков 72. Расчет тока индуктора
(1.51)
Расчет ориентировочной высоты индуктирующего витка определяем, приняв значение коэффициента заполнения индуктора
(1.52)
где - учитывает навивку индуктора.
Для выбора медной водоохлаждаемой трубки, предназначенной для изготовления индуктора, необходимо определить толщину стенки трубки
(1.53)
Для последующих расчетов принимаем толщину трубки не менее 4 мм.
Выбор сечения производим исходя из допустимой плотности тока (не более 20 А/мм2).
Сечение 110х40 при толщине 4 мм удовлетворяет условию по допустимой плотности тока
(1.54)
Напряженность магнитного поля на внутренней поверхности индуктора (настил тока в индукторе) определяем
(1.55)
Для тигельных печей напряженность магнитного поля в зазоре обычно составляет .
Полученное значение превышает рекомендованное.
Энергетический баланс установки
Электрические потери в индукторе
(1.60)
Потери в токопроводе
(1.61)
Мощность, потребляемая от источника питания, определяется
(1.62)
Электрические потери в источнике питания
(1.63)
где - КПД преобразователя.
Активная мощность, потребляемая от сети
(1.64)
Общий КПД плавильной установки определяют
(1.65)
Удельный расход электроэнергии
(1.66)
Длительность плавки определяется
(1.67)
Производительность установки по расплавлению и перегреву определяется
|
(1.68) |
Основные характеристики ИТП малого объема, полученные по результатам расчета приведены в таблице 2.
Таблица 2
Основные характеристики ИТП
|
Характеристики |
Ед. измер. |
Величина |
|
|
Емкость ИТП |
|||
|
Мощность ИТП |
|||
|
Мощность установки |
|||
|
Напряжение |
|||
|
Частота |
|||
|
Коэффициент мощности ИТП (без компенсации) |
|||
|
Коэффициент мощности установки (с компенсацией) |
|||
|
КПД установки |
|||
|
Производительность установки |
|||
|
Удельный расход электроэнергии |
Заключение
Основную долю разнообразных металлических материалов, используемых в технике, составляют сплавы. Чистые металлы в технике не применяют, потому что они характеризуются низким пределом прочности. Путем сплавления или спекания нескольких металлов или металлов с неметаллическими элементами получают сплавы, которые обладают высокой прочностью, пластичностью, хорошо обрабатываются резанием, свариваются и т.д. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического материала.
Таким образом, мы пришли к выводу, что современный мир нуждается в применении цветных металлов как в быту, так и в промышленных масштабах, товароведная характеристика цветных металлов и изделий из них недостаточно раскрыта в современной литературе, где больше делается акцент на частное нежели на всю металлургическую отрасль в целом.
Литература
1. Индукционные тигельные печи: Учебное пособие.2-е изд., перераб. и доп. / Л.И. Иванова [и др.]. Екатеринбург: Изд-во УГТУ - УПИ, 2002, 87 с.
2. интернет - источник: http://www.laborant.ru/eltech/04/_tabl/z1004t01.html - 11.11.12 // www.fxyz.ru/справочные_данные/электрические_свойства_веществ/удельное_электрическое_сопротивление_проводников_при_20_c/ (удельное эл. сопрот. Нейзильбера при 20)
http://www.electromonter. info/library/Djyakov/
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Компактность электромагнитной системы "индуктор–металл". Плавка черных металлов. Вакуумные печи, их характеристика и особенности тепловой работы. Индукционные плавильные печи. Печи без железного сердечника. Установки для плавки во взвешенном состоянии.
курсовая работа [27,9 K], добавлен 04.12.2008Классификация печей литейного производства, общая характеристика индукционной канальной печи. Расчет индукционной канальной печи для плавки цветных сплавов (а именно, цинка и его сплавов). Описание работы спроектированного агрегата, техника безопасности.
курсовая работа [441,8 K], добавлен 02.01.2011Современные способы повышения качества металлов и сплавов. Подготовка руд к доменной плавке. Устройство и работа доменной печи. Сущность технологического процесса изготовления деталей и заготовок порошковой металлургией. Производство цветных металлов.
дипломная работа [6,3 M], добавлен 16.11.2011Назначение и особенности индукционной тигельной печи, индукционной канальной печи, вагранки с копильником. Основные узлы печи: индуктор, каркас, магнитопроводы, плавильный тигель, крышка и подина, механизм наклона. Расчет индукционной тигельной печи.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 04.11.2011Конструкция и общая характеристика индукционной печи. Футеровка и достоинства тигельных плавильных печей. Определение размеров рабочего пространства печи. Тепловой и электрический расчет печи. Расчет конденсаторной батареи и охлаждения индуктора.
курсовая работа [980,1 K], добавлен 17.01.2013Технология плавки цветных металлов. Техника безопасности при производстве алюминия из вторичного сырья. Альтернативные способы получения алюминия из вторсырья. Использование индукционной тигельной и канальной печей. Применение электродуговых печей.
курсовая работа [722,3 K], добавлен 30.09.2011Проектирование тигельной печи сопротивления для плавки сплавов на основе алюминия. Принципы классификации металлургических печей. Конструктивные и тепловые расчеты. Контрольно-измерительные приборы и их назначение. Методика расчета электронагревателей.
курсовая работа [927,6 K], добавлен 19.02.2013Товароведная характеристика цветных металлов и изделий из них. Требования к цветным металлам и сплавам в соответствии с ГОСТом. Физические свойства основных (медь, свинец, цинк, олово, никель, титан, магний), легирующих, благородных и рассеянных металлов.
курсовая работа [47,5 K], добавлен 21.04.2011Классификация металлов по основному компоненту, по температуре плавления. Характерные признаки, отличающие металлы от неметаллов: внешний блеск, высокая прочность. Характерные особенности черных и цветных металлов. Анализ сплавов цветных металлов.
контрольная работа [374,3 K], добавлен 04.08.2012Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением. Механизмы пластической деформации.
презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013Индукционные плавильные печи. Расчет параметров системы индуктор-загрузка. Расчет числа витков индуктора и частоты источника питания. Составление энергетического баланса. Полная, активная и реактивная мощности. Расчет реактивного сопротивления.
курсовая работа [212,9 K], добавлен 01.04.2013Электродинамическая сепарация, методы интенсификации технологического процесса. Извлечение из цветных металлов без разделения потока на две фракции. Извлечение черных и цветных металлов в самостоятельные продукты. Удаление части балластных компонентов.
курсовая работа [95,7 K], добавлен 18.01.2015Понятие металла, электронное строение и физико-химические свойства цветных и черных металлов. Характеристика железных, тугоплавких и урановых металлов. Описание редкоземельных, щелочных, легких, благородных и легкоплавких металлов, их использование.
реферат [25,4 K], добавлен 25.10.2014Расчет шихты для получения медного штейна методом автогенной плавки "оутокумпу". Проведение расчета шихты для плавки окисленных никелевых руд в шахтной печи. Материальный баланс плавки агломерата на воздухе, обогащенном кислородом, без учета пыли.
контрольная работа [36,4 K], добавлен 15.10.2013Выбор плавильного агрегата - индукционной тигельной печи с кислой футеровкой. Подготовка и загрузка шихты. Определение необходимого количества хрома, феррохрома и марганца. Модифицирование высокопрочного чугуна и расчет температуры заливки металла.
практическая работа [21,6 K], добавлен 14.12.2012Ювелирные изделия из благородных и цветных металлов. Процесс ювелирного литья. Изготовление филигранных изделий. Создание гипсовой формы. Изготовление восковых моделей. Технология декорирования ювелирных изделий художественными эмалями. Плавка, прокатка.
отчет по практике [43,0 K], добавлен 09.05.2016Общие сведения о трубопроводах. Технологические трубопроводы. Сложность изготовления и монтажа технологических трубопроводов. Трубы и детали трубопроводов из цветных металлов и их сплавов, их конфигурация, техническая характеристика, области применения.
курсовая работа [17,6 K], добавлен 19.09.2008Проектирование современного цеха по производству отливок из сплавов черных металлов. Выбор оборудования и расчет производственной программы этого цеха. Особенности технологических процессов выплавки стали. Расчет площади складов для хранения материалов.
курсовая работа [125,6 K], добавлен 13.05.2011Назначение, принцип работы и основные элементы индукционной тигельной печи. Вычисление геометрических размеров системы "индуктор-металл". Определение полезной энергии и тепловых потерь. Расчет электрических параметров. Составление энергетического баланса.
курсовая работа [208,7 K], добавлен 28.03.2013Типовой процесс плавки стружки в отражательной печи. Преимущества индукционных канальных и тигельных печей. Повышенный угар алюминия как главный недостаток переплавки. Механизм термофлюсового переплава стружки. Химический состав выходного изделия.
статья [18,9 K], добавлен 04.03.2014
