SCET de Inducție cu Creuzet

Să se proiecteze un SCET de inducţie cu creuzet pentru topirea alamei. Date de calcul:

- capacitatea cuptorului: m = 1000 kg

- rezistivitatea la temperatura de topire: 38,5 ∙ 10-8 Ωm

- rezistivitatea la 20° C: 7 ∙ 10-8 Ωm

- temperatura de topire: θt = 940° C

- temperatura de golire: θg = 1140° C

- timpul de topire: tt = 1,7 ore

- densitatea la temperatura de topire: ρθt = 8600kg/m3

1. Generalităţi

1.1 Generalităţi privind conversia prin inducţie

La încălzirea prin inducţie, o bobină - inductorul de încălzire, fiind parcursă de curent electric alternativ, produce un câmp magnetic variabil în timp. Introducând în inductor un corp conductor din punct de vedere electric (piesă, şarjă topită ), în acesta se vor induce curenţi turbionari, care prin efect Joule, vor determina încălzirea directă sau topirea corpului respectiv. In sistemul inductor - piesă (şarjă), curenţii turbionari sunt refulaţi spre exteriorul conductoarelor - efect pelicular şi suportă influenţa curenţilor din conductoarele învecinate - efect de proximitate.

Un avantajele al încălzirii prin inducţie, în comparaţie cu alte metode de încălzire, este acela ca căldura se dezvoltă în metalul ce urmează a fi încălzit, cu o densitate mare de putere (>1000 kW/m ), rezultând o viteză de încălzire mai ridicată (>1000 K/s) faţa de cea obţinută în cuptoarele cu încălzire indirectă;

Un alt avantaj poate fi considerată construcţia instalaţiilor de încălzire mai simplă, permiţând utilizarea vidului sau a atmosferelor de protecţie şi automatizarea funcţionării în condiţiile producţiei în flux;

Un avantaj major sunt condiţiile de lucru mult îmbunătăţite, şi poluarea mediului ambiant redusă.

Ca dezavantaj se menţionează faptul că multe dintre aplicaţiile încălzirii prin inducţie necesită surse de alimentare la o frecvenţă diferită de 50 Hz, convertoarele şi condensatoarele necesare ridicând apreciabil costul instalaţiei.

Încălzirea prin inducţie este utilizată pentru:

- topirea, menţinerea în stare caldă şi supraîncălzirea metalelor (oţel, fontă, cupru, aluminiu, zinc, magneziu şi aliajele lor) în cuptoare de creuzet sau canal;

- încălzirea în profunzime a semifabricatelor din oţel, cupru, aluminiu ş.a., sub formă de blocuri, bolţuri, bare, table, sârme ş.a., ce urmează a fi prelucrate la cald prin forjare, matriţare, presare, laminare, etc ;

- tratamentul termic superficial al pieselor din oţel sau fontă, utilizate în construcţia de maşini;

- aplicaţii speciale - lipirea, sudarea, detensionarea sudurilor, agitarea metalelor topite, transportul şi dozarea metalelor topite, topirea tară creuzet.

Cuptoarele şi instalaţiile de încălzire prin inducţie pot fi alimentate la frecvenţă industrială (50 Hz), medie (100 10000 Hz) sau înaltă (10 kHz 10MHz). Frecvenţele joase (sub 50 Hz) sunt utilizate pentru alimentarea agitatoarelor şi a transportoarelor inductive iar cuptoarele cu creuzet şi canal sunt alimentate cu frecvenţă industrială, ca şi unele instalaţii de încălzire în profunzime. Frecvenţele medii au întrebuinţare la alimentarea cuptoarelor cu creuzet în special (100-2000) Hz, pentru încălzire în profunzime, tratament termic superficial şi sudare, iar cele înalte - pentru tratament termic superficial şi lipire.

Cuptoarele de topire sau instalaţiile de încălzire în profunzime sunt alimentate cu frecvenţe scăzute, deoarece necesită o valoare ridicată pentru adâncimea de pătrundere. Spre deosebire de acestea, instalaţiile destinate tratamentelor termice superficiale sunt alimentate la frecvenţe mai ridicate.

Încălzirea electrică reprezintă una din cele mai vechi şi mai importante utilizări a energiei electromagnetice. Creşterea producţiei de energie electrică a contribuit la dezvoltarea impetuoasă a procedeelor de încălzire electrică, aceasta luând locul altor procedee de încălzire în numeroase ramuri ale industriei. S-a ajuns ca energia electrică produsă să fie utilizată în procedee electrotermice.

În industria modernă, procesele electrotermice sunt utilizate într-o măsură din ce în ce mai mare. Astfel, cuptoarele electrice sunt folosite la elaborarea metalelor şi aliajelor, în industria chimică, în industria alimentară, etc. In industria construcţiilor de maşini, încălzirea metalelor în vederea tratamentelor termice sau a prelucrării la cald, se realizează tot mai frecvent în instalaţii electrotermice. Sudarea electrică este preferată altor procedee în tot mai multe cazuri.

În condiţiile actuale, de scădere a energiei clasice, principala problemă care se pune în proiectarea şi în exploatarea instalaţiilor electrotermice este cea a economiei de energie, a sporirii randamentului, în condiţiile asigurării unei calităţi corespunzătoare a produselor. Aceasta se poate realiza numai prin cunoaşterea aprofundată a fenomenelor care au loc în instalaţiile electrotermice.

1.2. Proprietăţile materialului de topit

Alama este un aliaj de cupru şi zinc în diverse proporţii, galben-auriu, maleabil, ductil, uşor de prelucrat, cu numeroase şi variate întrebuinţări în industrie.

Cu creşterea conţinutului de zinc, culoarea sa se deschide şi rezistenţa la coroziune scade. Există alamă galbenă care conţine până la 80% cupru şi alamă roşie sau tombac, cu un conţinut de cupru de peste 80%. Alamele care conţin mici cantităţi de nichel, mangan, fier, staniu, plumb au proprietăţi mecanice şi rezistenţă la coroziune superioare alamelor obişnuite.