ساختمان و روش کار کوره القایی

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: ساختمان و روش کار کوره القایی:

کوره القایی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی دارای مزایای فراوانی از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و تلفات گرمایی کمتر و ... است . همچنین در کوره هایی که در آنها از روشهای دیگر ، غیر القاء استفاده می شود ، اندازه کوره القایی بسیار بزرگ بوده و زمان راه اندازی و خاموش کردن آنها طولانی است . کوره القایی از نظر افزایش و تقلیل مصرف انرژی نسبت به سایر کوره ها دارای مزایای فراوانی می باشد . این کوره ها در ظرفیتهای مختلف قادر به ذوب از 15 کیلوگرم تا چندین تن می باشد.درکوره القایی هیچ گونه فعل و انفعالی شیمیایی که باعث افزایش ناخالصی و تغییرات ترکیبی مذاب گردد ، انجام نمی شود و علاوه بر آن به دلیل عدم استفاده از الکترود نسبت به کوره های قوس الکتریک امکان ورود ناخالصی های مواد از طریق مکانیکی نیز امکان پذیر نیست و از نظر توزیع حرارت و کنترل ترکیب مطلوب می باشد و از نظر مسائل الکتریکی محدودیتی برای افزایش درجه حرارت ندارند .

قسمتهای مختلف کوره القایی

به طور کلی قسمتهای مختلف کوره القایی را می توان به بوته ،تاسیسات الکتریکی، تاسیسات خنک کن ، تاسیسات حرکت بوته ، محل استقرار کوره ، تاسیسات تهویه تقسیم بندی کرد.

الف- بوته
حاوی اسکلت فلزی کوره ، کویل ، جداره نسوز ،هسته ترانسفورمر،بوغها،پلات فرم

ب- تاسیسات الکتریکی

شامل دژنکتور،سکیونر،ترانسفورما تور،مبدل فرکانس،خازنها،چوکها،کلیده ای کولر،مکنده هاوتابلوها ی کنترل

عبور جریان از یک سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ ، اساس کار کوره القایی را تشکیل می دهد . در کوره القایی از حرارت ایجاد شده توسط تلفات فوکو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا هرگونه عملیات حرارتی استفاده می شود.

لازم به ذکر است که مزیتهای دیگر کوره القایی همچون دقت زیاد برای گرم کردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحی سطحی در طی پیشرفتهای بعدی ( در سالهای جنگ جهانی دوم ) بیشتر آشکار شد . در گرمایش القایی عدم نیاز به منبع خارجی گرم کننده ، تلفات گرمایی کمتر شده و تمیزی شرایط کار تامین میگردد در این روش همچنین نیازی به تماس فیزیکی بار و کویل نبوده و علاوه بر این چگالی توان بالا در مدت زمان گرمایش کم به آسانی قابل دسترس می باشد .

در ابتدا کوره القایی مستقیماً از شبکه قدرت تغذیه می شدند که بنوبه خود گام موفقی در استفاده از توان الکتریکی جهت عملیات حرارتی بحساب میآمد .

از آنجائیکه تلفات فوکو و هیسترزیس با فرکانس نسبت مستقیم دارند و اینکه ابعاد کویل کوره القایی با بالا رفتن فرکانس کاهش می یابد ، مهندسین به فکر تغذیه کوره القایی در فرکانسهای بالاتر از فرکانس شبکه قدرت افتادند . اولین قدم در این راه استفاده از فرکانسهای دو برابر و سه برابر که از هارمونیکهای دوم و سوم بدست می آمدند،بود .

از لحاظ سیستم قدرت می توان سیستم کوره القایی را به چهار دسته اساسی تقسیم نمود :

الف ) سیستمهای منبع کوره القایی (Supply Systems)

در این سیستمها که فرکانس کار آنها بین 50 تا 60 هرتز و 150 تا 540 هرتز می باشد احتیاجی به تبدیل فرکانس نیست و با توجه به فرکانس کار ،.عمق نفوذ جریان زیاد بوده و حدود 10 تا 100 میلیمتر می باشد . همچنین مقدار توان لازم تا حدود چندین صد مگا وات نیز میرسد .

ب ) سیستمهای موتورـژنراتور کوره القایی

(Motor-Generator Systems)

فرکانس این سیستمها از 500 هرتز تا 10 کیلو هرتز می باشد . در این سیستمها تبدیل فرکانس لازم بوده و این عمل بوسیله ژنراتورهای کوپل شده با موتورهای القایی صورت می پذیرد همچنین در این سیستمها توان به وسیله ماشینهای 500 کیلو وات تامین میگردد و برای بدست آوردن توانهای بالاتر ،.از سری کردن ماشینها استفاده میشود . عمق نفوذ در این سیستمها به خاطر بالاتر بودن فرکانس نسبت به سیستمها منبع ، کمتر بوده و در حدود1 تا 10 میلیمتر است .

این هارمونیکها بر خلاف طبیعت مخرب خود در این نوع کاربرد سودمند تشخیص داده شدند . پائین بودن راندمان در استفاده از هارمونیکهای فوق موجب گردید طراحان روش دیگری را مورد استفاده قرار دهند در این مرحله سیستم موتورـژنراتور توسعه یافت که با استفاده از این سیستم توانستند فرکانس تغذیه را تا صدها هرتز افزایش دهند.درکوره القایی افزایش فرکانس باعث کاهش عمق نفوذ جریان القایی میگردد لذا در عملیات حرارتی سطحی که سختکاری سطح فلز ، مورد نظر می باشد از کوره القایی با فرکانس بالا استفاده می شود .

با ورود عناصر نیمه هادی مانند تریستورها ، ترانزیستورها و موسفت ها به حیطه صنعت محدودیت فرکانس و عدم تغییر آن ، در تغذیه کوره ها مرتفع شد .

ج ) سیستمهای مبدل نیمه هادی کوره القایی

(Solid-State Converter Systems)

در این سیستمها فرکانس در محدوده HZ 500تا KHZ.100بوده و تبدیل فرکانس به طرق گوناگونی صورت میپذیرد . در این سیستمها از سوئیچهای نیمه هادی استفاده میشود و توان مبدل بستگی به نوع کاربرد آن تا حدود MW 2میتواند برسد .

د ) سیستمهای فرکانس رادیویی کوره القایی

(Radio-Frequency System)

فرکانس کار در این سیستم در محدوده KHZ 100تا MHZ 10می باشد . از این سیستمها برای عمق نفوذ جریان بسیار سطحی، در حدود 1/0 تا 2 میلیمتر استفاده می گردد و در آن از روش گرمایی متمرکز با سرعت تولید بالا استفاده میگردد

پ- تاسیسات خنک کن کوره القایی:

تاسیسات الکتریکی کوره القایی مثل ترانسفورماتور، خازن ها ، کلیدهای فشار قوی و تابلو مدار فرمان در محدوده ی زمانی خاصی می توانند کار کنند و اگر از حد معینی گرمتر شوند باعث ایجاد مشکلاتی در کوره القایی می گردند ، لذا این تاسیسات باید خنک گردند ، خنک کردن تاسیسات الکتریکی کوره القایی می تواند با فن ، ارکاندیشن یا کولرگازی صورت گیرد .
کویل و بدنه کوره در کوره القایی ، پوسته ی اینداکتور ، پوسته خنک کن و گلوئی کوره در کوره های کانال دار نیز باید خنک شوند این قسمت ها عموما با آب خنک می گردند(برخی از کوره های القایی کوچک کانال دار بگونه ای طراحی می شوند که تمام قسمت های فوق الذکر یا قسمتی از آن با هوا خنک می شود ) و تاسیسات مخصوصی شامل مبدل های حرارتی ، پمپ ،برج خنک کن و غیره را دارا می باشد و معمولا مقصود از تاسیسات خنک کن همین قسمت می باشد

ت- تاسیسات حرکت بوته کوره القایی:

برای کوره القایی بزرگ هیدرولیکی و همچنین کوره القایی کوچک مکانیکی یا هیدرولیکی است و شامل جک های هیدرولیک ، پمپ هیدرولیک، مخزن روغن ، شیر ها ، فیلتر ها ، دیگر تاسیسات هیدرولیک و میز فرمان هیدرولیک یا سیستم های چرخ دنده ای دستی یا چرخ دنده ای موتوردار

ث- محل استقرار کوره القایی:

شامل اتاق محل استقرار بوته (furnace pit) ، فونداسیون ، چاله ی تخلیه ی اضطراری ،محل استقرار تاسیسات الکتریکی کوره القایی، هیدرولیکی و خنک کن و محل استقرار تابلو های مدار فرمان ، تابلوی کنترل مدار آب و میز فرمان هیدرولیک می باشد

ج- تاسیسات تهویه کوره القایی:

تاسیسات دوده و غبارگیر، بخصوص در کوره القایی بزرگ را نیز می توان از تاسیسات مهم کوره بحساب اورد.

انواع کوره القایی:

بوته متحرک (kg 30)

1)کوره القایی فرکانس بالا

بوته ثابت (kg 500)

کوره القایی فرکانس متوسط

با هسته

2)کوره القایی فرکانس پایین

بدون هسته

3)کوره القایی ذوب در خلاء

طرز کار کوره القایی:

در کوره القایی حرارت لازم برای ذوب فلز به وسیله ایجاد جریان القایی حاصل از یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس کم یا زیاد تامین می گردد.که جریان برق از یک شبکه یک مدار اولیه هدایت می شود و یک میدان مغناطیسی غیر دائمی ایجاد می کند . میدان مغناطیسی غیر دائمی نیز به نوبه خود یک نیروی الکتروموتوری در بار کوره القایی به وجود می آورد . این نیروی نیروی الکتروموتوری القایی شدت جریان نامنظمی به داخل کوره القایی می فرستد . این شدت جریان نامنظم مطابق قانون ژول فلز داخل کوره القایی را گرم میکند.شرط اینکه انرژی الکتریکی تبدیل شده به انرژی حرارتی برای ذوب بار داخل کوره القایی کافی باشد این است که قطر بار کوره القایی(d) که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد یک حد مینیمم داشته باشد قطر بار کوره القایی باید بزرگتر از نصف طول موج باشد d>p.3.14 p= راه نفوذ = مقدار نفوذ

مسئله فوق برای فرکانسهای پایین اهمیت زیادی دارد چون فرکانسهای پایین به قطر نسبتا زیاد بار احتیاج دارند .

کوره القایی فرکانس کم = شارژ با قطر بزرگ

کوره القایی فرکانس زیاد = شارژ با قطر کوچک

این مسئله در کوره القایی با فرکانس کم اشکلاتی بوجود می آورد چون باید بار کوره را از قطعات درشت انتخاب کرد . داخل کوره القایی بوسیله ماده دیر گداز احاطه شده در حقیقت منطقه ذوب کوره را تشکیل می دهد و اصطلاحا آن را بوته ذوب می نامند اطراف بوته توسط لوله های مسی بطور مارپیچ احاطه گردیده است.

وظیفه کویل مسی آن است که جریان القایی (معمولا 1000تا 30000 سیکل بر ثانیه )را بر روی فلز و یا مذاب محتوی بوته اعمال نماید در اثر عبور جریان القایی (که خود توسط ژنراتورهای مخصوص در مورد کوره القایی با فرکانس بالا به وجود می اید) از کویل مسی و القاء آن در سطح فلز درون بوته جریان الکتریکی بالایی در سطح فلز به وجود آمده این جریان تولید حرارت زیاد در نتیجه منجر به ذوب سریع فلز می گردد همواره در جریان کار کوره القایی آب در داخل کویل مسی جریان دارد تا از ذوب آن که در اثر حرارت حاصل از جریان القایی ایجاد می گردد جلوگیری شود .

به هنگام گرم شده بار کوره القایی مسئله ”اثر کناره های“ بوضوح دیده می شود (به این ترتیب که بار کوره القایی در مناطق نفوذ امواج بیشتر از سایر قسمتها انرژی حرارتی را جذب می کند ) حسن این مسئله در این است که بازده تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی در کناره های کوره القایی و بار بیش از سایر قسمتهای آن است این عمل گذشته از موارد فوق در اثر بوجود آوردن حرکت در حمام به انتقال حرارت در کوره القایی کمک کرده و بازده ذوب را بالا می برد .در کوره القایی به علت قدرت دریافت زیاد سیم پیچها گرم شده بار به سرعت عملی شده و زمان ذوب تا حد زیاد پایین می اید گذشته از آن اتلاف حرارتی در کوره القایی کمتر از سایر روش ها است .

کوره القایی فرکانس بالا:

کوره القایی کانالی (هسته دار) نیز به طور گسترده ای در صنایع ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد در کوره القایی کانالی کویل القاء کننده در داخل حمام مذاب (در قسمتی محدودی از بوته) قرار می گیرد . از آنجا که به هم خوردن مذاب در اثر ایجاد جریان القایی ، تنها به منطقه ای در اطراف کویل القاء کننده محدود می گردد و تحت چنین شرایطی ، در صورت افزودن مواد جامد فلزی (شارژ یا عناصرآلیاژی ) ذوب و جذب شدن آنها نمی تواند به خوبی صورت گیرد کوره القایی کانالی بیشتر به عنوان نگهدارنده مذاب و افزایش دادن فوق ذوب به کار می رود

کوره القایی با فرکانس بالا معمولا شامل یک ژنراتور به قدرت 5 تا 1000 کیلووات است که فرکانس معمولی را به 10000 می رساند . اصول کلی ساخت کوره القایی با کور ه القایی فرکانس کم تفاوت چندانی نمی کند جز آنکه برای تامین انرژی و فرکانس به ژنراتورها و ترانسفورماتورها قوی نیازدارد و ظرفیت آنها کم و محدود می باشد و حداکثر از 35 کیلوگرم الومینیوم تجاوز نمیکند .

کوره القایی با فرکانس بالا معمولااز سیستم یک فاز تغدیه می شوند ویک خازن و ژنراتور برای عرضه راندمان انرژی در سیستم 3 فاز درآنها بکار گرفته می شود بوته ها و مواد نسوز در داخل کوره القایی بایستی دو پارامتر متضاد را شامل شوند اول آنکه برای انتقال جریان و القاء ان نازک و از قابلیت انتقال برخوردار باشند و دوم آنکه به اندازه کافی ضخامت داشته باشند تا از استحکام زیاد برخوردار باشند که معمولا این ضخامت را 8 درصد قطر بوته منظور می کنند .

کوره القایی فرکانس پایین:

کوره القایی با فرکانس پایین به دلیل بی نیازی از مولد یا ژنراتور با فرکانس بالا و در نتیجه پایین بودن قیمت اولیه آن ، به طور وسیعی در صنایع ریخته گری به کار می روند . کوره القایی فرکانس پایین دارای دو جفت کویل مسی القایی می باشد و ظرفیت آنها حدود 100 تا 2500 کیلوگرم آلومینیوم می باشد سیم پیچهای کویل مسی که در آنها آب جریان دارد مهمترین عامل انتقال الکتریسیته به حرارت می باشد . در کوره القایی بخصوص در انواع آن که با فرکانس پایین کار می کنند همواره لازم است در بوته مقداری مذاب نگهداری گردد تا در مراحل افزودن شارژجامد به مذاب شارژبا سرعت زیادی انجام گیرد ، اصولا هنگامی کوره القایی فرکانس پایین را خالی از مذاب می کنند که نیاز به تعمیر داشته باشد .

کوره القایی فرکانس پایین اکثرا به صورت ناودانی ساخته می شوند . کوره القایی فرکانس پایین دارای یک هسته (مداراولیه) بسته ای هستند که ناودان .حمام مذاب (مدار ثانویه) به صورت حلقه ای دور این هسته قرار می گیرد . تعداد ناودانها می تواند یک یا دو عدد باشد .در کوره القایی فرکانس پایین چون فرکانس پایین است باعث افزایش تلاطم در مذاب می گردد به طور کلی هر چه فرکانس کاهش یابد تلاطم افزایش می یابد به همین جهت افزایش شارژ و مواد کمکی در کوره القایی فرکانس پایین به سهولت انجام می گیرد . در نتیجه کوره القایی فرکانس پایین را می توان برای ذوب ، نگهداری مذاب و افزایش فوق ذوب استفاده نمود .

کوره القایی بوته ای در خلاء:

عموما برای ذوب فولاد روشهای زیادی وجود دارد که یکی از انواع آنها را می توان ذوب در کوره القایی بوته ای در خلاء نامید.

کوره های بوته ای ذوب وپاتیل هر دو در داخل محفظه خلاء قرار می گیرند . در کوره القایی غلیان حمام مذاب سبب می شود تا عمل گاز زدایی بخوبی انجام گیرد .در هر صورت اشکالات زیر هم وجود دارد:

1. گاز های درونی مواد نسوز نیز به بیرون کشیده می شوند

2. هادی های الکتریکی و عایق بندی آنها ایجاد اشکال می کنند

3. عایق کردن سیمها ، سیمها و مدار اولیه ایجاد اتصال می کند

سه نکته فوق گنجایش کوره القایی بوته ای را محدود می کنند کوره القایی بوته ای اکثرابرای تهیه آهن خالص و فولادهای آلیاژدار عالی در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند . در صنعت از این نوع کوره ها به علت بالا بودن هزینه تولید استفاده چندانی به عمل نمی آید .فولاد تولید شده در کوره القایی بوته ای به علت خالص بودن ( گاز کمتر، اضافات کمتر) جز بهترین فولادها محسوب می شوند . عملیات ذوب در فشارهای پایین 10-5) تا(10-4 عملی می باشد .

در اثر ذوب در خلاء مقدار اکسیژن به سرعت پایین می آید ، در صورتی که مقدار ازت بالا باشد به علت وجود داشتن عناصری نظیر آلومینیوم – کرم وتیتان به آهستگی کاهش می یابد.

حرکت حمام مذاب کوره القایی:

میدان الکترومغناطیسی در داخل مذاب نیرویی ایجاد می کند که سبب حرکت حمام مذاب می شود . حرکت حمام مذاب سبب می شود که عناصر آلیاژی بخوبی در داخل مذاب پخش شوند ترکیبات و دما نیز یکسان شوند عیب حرکت حمام در این است که دیوار ه های کوره القایی در اثر چسبیدن مذاب روز به روز کلفت تر می شوند در اثر سرد بودن سرباره و حرکت حمام مذاب در بالای کوره القایی گنبدی از مذاب بوجود می آید بلندی این گنبد از روی فرمول زیر محاسبه می شود

• h=3.16/(p.f)1/2 χ N χ 1/Ϋ

h= بلندی گنبد

P= ضریب هدایت مخصوص بر حسب امگامیلیمتر مربع بر متر

f= انرژی وارده بر سطح kw/cm2

N= نیروی الکتریسیته در واحد سطح kw/cm2

Ϋ= وزن مخصوص kg/m3

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 3298]