التسخين التعريفي هو التسخين الكهربائي باستخدام الحث الكهرومغناطيسي. إذا قمت بوضع جسم مصنوع من مادة موصلة للكهرباء داخل ملف، من خلال لفه يمر تيار متناوب، في الكائن الذي تم إدخاله في تجويف الملف يوجد تيار متناوب. المجال المغنطيسييتم إحداث تيارات إيدي. في جوهر الأمر، نحن نتحدث عنهحول محول يكون فيه الملف الثانوي عبارة عن قطعة معدنية (ملف قصير الدائرة) والملف الأولي عبارة عن ملف، والذي يسمى في سخانات الحث بالمحث. تعمل تيارات إيدي على تسخين الجسم المُدخل (قطعة العمل). يتم توفير الحرارة إلى قطعة العمل عن طريق مجال مغناطيسي متناوب، وليس عن طريق التدرج في درجة الحرارة، كما هو الحال مع التسخين غير المباشر، وتحدث مباشرة في قطعة العمل. قد يكون كل شيء آخر حولك باردًا. هذه ميزة كبيرة للتدفئة التعريفي.
لا يتم توليد الحرارة في قطعة العمل بالتساوي على كامل المقطع العرضي. على سبيل المثال: عند تسخين قطعة العمل أسطوانيأعلى كثافة للتيار ستكون على السطح، وباتجاه الوسط تنخفض بشكل كبير تقريبًا. وتسمى هذه الظاهرة تأثير الجلد.
العمق الذي تنخفض فيه كثافة التيار إلى القيمة J o /e، أي بمقدار 0.368 من كثافة السطح، يسمى عمق الاختراق δ
- ω = 2πf التردد الزاوي، f - التردد
- ρ مقاومة مادة الشغل
- μ o نفاذية الفراغ (4π x 10-7Hm-1)
- μ r نفاذية محددة لمادة الشغل.
ومن الناحية العملية، من المستحسن تعديل هذه العلاقة:
في طبقة سطحية ذات سمك عمق اختراق واحد، يتم توليد 86.5% من إجمالي الحرارة، في طبقة ذات عمقين اختراق δ 98%، في طبقة 3δ 99.8% (يشير إلى أسطوانة يبلغ قطرها أكثر من 8 δ) ).
من الواضح أن عمق الاختراق يعتمد على تردد تيار المحث وعلى المقاومة والنفاذية النسبية لمادة الشغل عند درجة حرارة التشغيلالفراغات.
للتوضيح، نقدم عمق اختراق النحاس والفولاذ الكربوني (مم):
| تكرار | 50 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 | 10000 | 20000 | 50000 |
| النحاس 40 درجة مئوية | 10 | 3,2 | 2,3 | 1,6 | 1,1 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,3 |
| الصلب 1200 درجة مئوية | 78 | 25 | 17,5 | 12,3 | 8,6 | 6,2 | 5,5 | 3,9 | 2,5 |
من وجهة نظر تكاليف التشغيل، تعتبر كفاءة التدفئة ذات أهمية. يمكن تقدير الكفاءة η تقريبًا باستخدام العلاقة
- D القطر الداخلي للملف مغو
- د قطر قطعة العمل
- δ عمق الاختراق
- ρ 1 مقاومة مادة الحث
- ρ 2 مقاومة مادة الشغل
- μ r النفاذية النسبية لمادة الشغل.
تنخفض الكفاءة مع زيادة نسبة D/d بسبب انخفاض اقتران المجال المغناطيسي للمحرِّض بقطعة العمل. لذلك، ليس من المفيد استخدام محث واحد لمجموعة كبيرة من أقطار قطع العمل. تنخفض الكفاءة أيضًا مع زيادة نسبة δ/d. يتم استخدام قيمة δ/d منخفضة، على سبيل المثال، لتصلب السطح، حيث تحدث عملية تسخين سريعة ثم تبريد طبقة سطحية رقيقة.
بالنسبة للتشكيل (التزوير)، من الضروري تسخين المادة بالتساوي قدر الإمكان. لذلك، يتم اختيار تسخين أبطأ بحيث يمكن أن تتوزع الحرارة إلى منتصف قطعة الشغل. تساهم الزيادة في عمق الاختراق أيضًا في التسخين الموحد. يتم اختيار حل وسط للتردد لتحقيق التسخين المطلوب مع كفاءة جيدة في نقل الطاقة من المحث إلى قطعة العمل.
لقد أظهرت الممارسة أنه لتسخين الفولاذ الكربوني إلى 1200 درجة مئوية، فإن النطاق التالي من أحجام قطع العمل يكون اقتصاديًا:
| تكرار |
قطر الشغل [مم] |
جانب قسم مستطيل [مم] |
| 50 | 200-600 | 180-550 |
| 250 | 90-250 | 80-225 |
| 500 | 65-180 | 60-160 |
| 1000 | 50-140 | 45-125 |
| 2000 | 35-100 | 30-80 |
| 4000 | 22-65 | 20-60 |
| 8000 | 16-50 | 15-45 |
| 10000 | 15-40 | 14-35 |
| 20000 | 10-30 | 9-25 |
بالنسبة لقطعة العمل ذات الشكل المسطح، يجب أن يكون سمك الإطار أكثر من 2.5 مرة من عمق الاختراق. مع سمك صغير، يحدث ما يسمى بالنفاذية ويتم تقليل تأثير التدفئة، والتي يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند اختيار المعدات.
لتشغيل مغو أعلى من شبكة التوزيع(50 هرتز)، التردد المستخدم هو محولات التردد الثابتة - الثايرستور أو الترانزستور.
تنتج G. Choteborg محولات تردد مع الثايرستور من 25 إلى 1200 كيلو واط بتردد يصل إلى 8 كيلو هرتز ومع ترانزستورات تصل إلى 200 كيلو واط بتردد يصل إلى 25 كيلو هرتز.
يتيح لك التسخين التعريفي تثبيت درجة حرارة الأجسام الساخنة بشكل جيد. تُستخدم الآلات الأوتوماتيكية القابلة للبرمجة بحرية بشكل أساسي للتحكم في العملية. يتم قياس درجة الحرارة في معظم الحالات بطريقة غير ملامسة - البيرومترات. عند تسخين الألومنيوم وسبائكه، يتم استخدام المزدوجات الحرارية أيضًا.
واحدة من مزايا التسخين التعريفي هي إمكانية المكننة، وفي بعض الحالات، الأتمتة. هذا الأخير يقلل من الحاجة إلى العمالة البشرية وهو ببساطة ضروري لمعدات قوية للغاية.
في الممارسة العملية، يتم استخدام التدفئة التعريفي في المجالات التالية:
- للقولبة - ربما يكون النطاق الأوسع من التطبيقات، حتى تسخين قطعة العمل أمرًا مهمًا
- لصهر الحديد وغير الحديد معادن الحديد، ذات التردد المنخفض والمتوسط
- لتصلب السطح – تتعاون شركة Choteborg، في إنتاج معدات التقسية، أيضًا مع التقنيين المدعوين
- للحام - يتم إدخال اللحام بين الأجزاء المعدنية المراد لحامها، وتوضع الأجزاء في محث ويتم صهر اللحام
- للضغط الساخن – يستخدم التمدد الحراريالمعادن
- تقنيات خاصة - اللحام، البلازما، ذوبان الفراغ، الحفاظ على درجة حرارة الزجاج المنصهر. ولم تتعامل مدينة تشوتبورج بعد مع هذه التقنيات.
الشؤون الحالية
بي اف 2019
14/12/2018 نشكركم على تعاونكم في عام 2018 ونتمنى لكم التوفيق والنجاح في حياتكم العملية والشخصية في العام الجديد 2019. سنة جديدة سعيدة 2019 وعيد ميلاد سعيد يتمنى لـ ROBOTERM Chotěboř!
التدفئة الحثية، تسخين الأجسام الموصلة (المعدنية بشكل رئيسي) والغازات المتأينة نتيجة لإطلاق الحرارة عن طريق التيارات الدوامية (التحريضية) المثارة بواسطة مجال كهرومغناطيسي متناوب. يوفر طريقة تماسنقل الطاقة من مصدر المجال الكهرومغناطيسي (المغوي) إلى جسم ساخن مع تحويلها إلى حرارة مباشرة في الجسم؛ طريقة التدفئة الأكثر كفاءة. أثناء التسخين التعريفي، تعتمد الحرارة المنبعثة في الجسم الساخن (وفقًا لقانون جول لينز) على حجمه و الخصائص الفيزيائيةوالتردد وقوة المجال المغناطيسي. من سمات التسخين التعريفي التوزيع غير المتكافئ للطاقة في الجسم الساخن، الناجم عن تبديد طاقة المجال وتخفيف الموجة الكهرومغناطيسية. يتميز هذا التوهين بعمق مكافئ δ e (m)، أي عمق الطبقة السطحية لجسم مسطح يتم فيه إطلاق 86.5% من قوة الموجة الكهرومغناطيسية: δ e ≈ 500√p/(μ r ∙f)، حيث p هو المحدد المقاومة الكهربائية(أوم م)، μ ص - النفاذية المغناطيسية النسبية للجسم، و - تردد تغير المجال (هرتز). للتسخين التعريفي، يتم استخدام تيارات ذات ترددات مختلفة - صناعية (50 هرتز)، عالية (150 و 250 هرتز)، متوسطة (0.5 إلى 10 كيلو هرتز)، عالية (67 و 440 كيلو هرتز)، فائقة الارتفاع (1.76 و 5.28 ميجا هرتز) .
يتم استخدام التسخين التعريفي: في منشآت التسخين التعريفي - لتسخين قطع العمل لمعالجة البلاستيك (التسخين العميق أو من خلال التسخين التعريفي) وأجزاء المعالجة الحرارية الكيميائية (التسخين التعريفي المحلي أو السطحي)، بما في ذلك تصلب السطح بتيارات HF؛ في أفران الحث - لصهر المعادن والسبائك الحديدية وغير الحديدية، وكذلك ذوبان المنطقة، وذوبان الفلاش، لإنتاج البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة (انظر Plasmatron). يقوم المحث (عنصر التصميم الرئيسي لتركيبات وأفران الحث) بإنشاء مجال مغناطيسي متناوب (الشد 10 5 -10 6 أمبير/م). يمكن أن تكون المادة الساخنة على شكل جسم ضخم صلب (في منشآت التسخين التعريفي)، وجسم سائل (في أفران الصهر التعريفي) وغاز متأين (في تركيبات البلازما الكيميائية بالميكروويف). تم تشغيل أول فرن حثي صناعي لتسخين الفولاذ السائل (حتى 80 كجم) في قناة حلقية أفقية مفتوحة في السويد في عام 1900 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، وبدأ بناء هذه الأفران في ثلاثينيات القرن العشرين.
في أنظمة التدفئة التعريفيإنهم يستخدمون بشكل أساسي نوعين من المحاثات: المقطع العرضي الدائري أو المربع لتسخين قطع العمل بطول كامل، والمقطع العرضي المشقوق والبيضاوي للتسخين المحلي لنهايات قطع العمل الطويلة (الشكل 1)، وكذلك مع مجال مغناطيسي عرضي (لمواد الصفائح) ودائرة مغناطيسية مغلقة (للفراغات الحلقية) ؛ تصلب - دورة واحدة (للأسطح الأسطوانية الخارجية)، حلقة، متعرجة وعلى شكل حلزوني مسطح (للأسطح المسطحة)، ملف لولبي حلقي (للأسطح الأسطوانية الداخلية). من خلال الثقوب الموجودة في المحث أو باستخدام جهاز الرش، يتم توفير سائل التبريد (الماء والزيت والمستحلبات المختلفة) إلى سطح الجزء المراد تصلبه.
أفران الصهر التعريفييمكن أن تكون قناة تعمل بتردد صناعي بسعة تصل إلى 150 طنًا وقوة تصل إلى 4.0 ميجابايت، وبوتقة - بسعة تردد متوسط يصل إلى 25 طنًا وبتردد صناعي (مع تعبئة سائل) يصل إلى إلى 60 طنًا في فرن القناة (الشكل 2) تزداد درجة حرارة المعدن في الحمام (المنجم) بسبب انتقال الحرارة من المعدن السائل الموجود في القناة. واحدة أو أكثر من القنوات الرأسية أو الأفقية (المقطع العرضي المستطيل أو الدائري)، الموجودة في بطانة مقاومة للحرارة - ما يسمى بحجر الموقد، تحيط بدائرة مغناطيسية مغلقة بمحث أسطواني متعدد الدورات. في القناة، يدور المعدن السائل ذو درجة الحرارة الأعلى تحت تأثير القوى الكهرومغناطيسية والحمل الحراري الحر بشكل مكثف، ويدخل الحمام (المنجم) من خلال فم القناة. تُستخدم أفران القنوات الحثية بشكل رئيسي في صناعة المعادن غير الحديدية للعمليات التكنولوجية المستمرة كوحدات الصهر والخلاطات.
أرز. 2. رسم تخطيطي لفرن قناة الحث (القسم): 1 - الحمام (العمود)؛ 2- مغو أسطواني. 3- دائرة مغناطيسية مغلقة. 4 - بطانة القناة (الحجر السفلي)؛ 5 - قناة حلقية عمودية. 6- فم القناة.
في فرن بوتقة(الشكل 3) يوجد المعدن في بوتقة حرارية تقع داخل مغو أسطواني متعدد الدورات. تعمل الدوائر المغناطيسية المفتوحة المنفصلة كشاشات مغناطيسية لحماية غلاف الفرن من الموجات الكهرومغناطيسية الناتجة عن المحث. يتم إنفاق الطاقة على تسخين المعدن والخلط المكثف. يحدث تداول مزدوج الدائرة للمعادن في البوتقة مع تكوين هلالة محدبة (ارتفاع 5-15٪ من عمق المعدن)، مما يجعل من الصعب إنشاء طبقة من الخبث ويحد من الطاقة المحددة (لا تزيد عن 300 كيلو واط/طن). أفران البوتقة متفجرة (بسبب انخفاض متانة بطانة البوتقة)؛ تستخدم أفران البوتقة الحثية على نطاق واسع في صناعة الفولاذ للتشغيل الدوري عند إعادة صهر سبائك الفولاذ؛ لصهر الفولاذ عالي الجودة - أفران الفراغ والبلازما الحثية؛ لصهر المعادن والسبائك النقية بشكل خاص - أفران ذات بوتقة مبردة بالماء ("باردة") على شكل مقاطع أنابيب معزولة كهربائيًا (ما يسمى بالبوتقة المقطعية) .
أرز. 3. رسم تخطيطي لفرن البوتقة التعريفي (القسم): 1 - بوتقة. 2 - مغو أسطواني. 3 - شاشة مغناطيسية. 4 - الغلاف. 5 - مؤشر حالة بطانة البوتقة. السهام - مسار المعدن السائل.
مضاءة: Weinberg A. M. أفران الصهر التعريفي. م، 1967؛ الهندسة الحرارية لإنتاج المعادن. م، 2002. ت 1: الأسس النظرية. ر2: تصميم وتشغيل الأفران. أفران بوتقة الحث. الطبعة الثانية. ايكاترينبرج، 2002.
7.1.3. التدفئة التعريفي
الفترة الأولية.يعتمد التسخين التعريفي للموصلات على الظاهرة الفيزيائية للحث الكهرومغناطيسي، التي اكتشفها M. Faraday في عام 1831. بدأ تطوير نظرية التسخين التعريفي بواسطة O. Heaviside (إنجلترا، 1884)، S. Ferranti، S. Thompson، Ewing . شكل عملهم الأساس لإنشاء تقنية التسخين التعريفي. نظرًا لأنه أثناء التسخين التعريفي، يتم إطلاق الحرارة في جسم موصل - وهي طبقة تساوي عمق اختراق المجال الكهرومغناطيسي، يصبح من الممكن التحكم بدقة في درجة الحرارة لضمان تسخين عالي الجودة بأداء عالٍ. ميزة أخرى هي التدفئة غير المتصلة.
أفران الحث ذات القناة المفتوحة.تم اقتراح أحد التصميمات الأولى المعروفة لفرن الحث بالقناة (IKF) بواسطة S. Ferranti (إيطاليا) في عام 1887. كان للفرن قناة خزفية، وتم وضع ملفات حث مسطحة فوق وتحت هذه القناة. في عام 1890 إ.أ. اقترح كولبي (الولايات المتحدة الأمريكية) تصميمًا للفرن يحيط فيه المحث بالقناة الدائرية من الخارج.
تم إنشاء أول فرن صناعي ذو قلب فولاذي ومحث داخل قناة (الشكل 7.7) في عام 1900 بواسطة كيلين (السويد). قوة الفرن 170 كيلو وات، سعة حتى 1800 كجم، التردد 15 هرتز. يتم توفير الطاقة من مولد خاص ذو تردد منخفض، وهو أمر ضروري بسبب عامل الطاقة المنخفض. وبحلول عام 1907، كان هناك 14 فرنًا من هذا النوع قيد التشغيل.
أرز. 7.7. رسم تخطيطي لفرن الحث ذو القناة المفتوحة لشركة Kjelly 1 - القناة؛ 2 - مغو. 3 - الدائرة المغناطيسية
في عام 1905، صمم روهيلنج رودنهاوزر (ألمانيا) أفران قنوات متعددة الأطوار (مع اثنين وثلاثة محاثات)، حيث يتم توصيل القنوات بالحمام، مدعوم بشبكة 50 هرتز. استخدمت تصميمات الأفران اللاحقة أيضًا قنوات مغلقة لصهر المعادن غير الحديدية. في عام 1918، قام دبليو. رون (ألمانيا) ببناء ICP فراغي مشابه لفرن كيلين (ضغط 2-5 مم زئبق)، مما جعل من الممكن الحصول على معدن بخصائص ميكانيكية أفضل.
نظرًا لعدد من المزايا التي تتمتع بها الأفران ذات القناة المغلقة، فقد توقف تطوير الأفران ذات القناة المفتوحة. ومع ذلك، استمرت محاولات استخدام هذه الأفران لصهر الفولاذ.
في الثلاثينيات في الولايات المتحدة الأمريكية لإعادة صهر الخردة الفولاذ المقاوم للصدأتم استخدام برنامج ICP أحادي الطور بسعة 6 طن مع قناة مفتوحة ومصدر طاقة من مولد بقوة 800 كيلووات وتردد 8.57 هرتز. تم تشغيل الفرن بعملية مزدوجة باستخدام فرن القوس. في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي في إيطاليا، تم استخدام ICPs ذات القناة المفتوحة لصهر الفولاذ بسعة 4-12 طن، المصنعة بواسطة Tagliaferri. بعد ذلك، تم التخلي عن استخدام مثل هذه الأفران، لأنها كانت أقل شأنا في خصائصها من أفران صناعة الفولاذ ذات البوتقة القوسية والحثية.
أفران قناة الحث مع قناة مغلقة.منذ عام 1916، بدأ تطوير ICPs التجريبي ثم الصناعي بقناة مغلقة. تم تطوير سلسلة من ICPs ذات قناة مغلقة بواسطة Ajax-Watt (الولايات المتحدة الأمريكية). هذه أفران ذات عمود أحادي الطور مع قناة رأسية لصهر سبائك النحاس والزنك بقوة 75 و170 كيلو فولت أمبير وسعة 300 و600 كجم. لقد شكلوا الأساس لتطورات عدد من الشركات.
في نفس السنوات، تم تصنيع أفران العمود المزودة بوحدة حث أفقية ثلاثية الطور (قدرة 150 و225 و320 كيلووات) في فرنسا. في إنجلترا، اقترحت شركة جنرال إلكتريك المحدودة تعديل الفرن بقناتين لكل محث، مع ترتيبهما غير المتماثل، مما يؤدي إلى دوران الذوبان وتقليل ارتفاع درجة الحرارة.
تم إنتاج أفران E. Russ (ألمانيا) بقناتين وثلاث قنوات لكل مغو (التصميم الرأسي والأفقي). كما اقترح E. روس تصميم وحدة الحث المزدوج (IE)، متصلة بمرحلتين.
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في الثلاثينيات، بدأ إنتاج IKPs المشابهة لأفران Ajax-Watt في محطة موسكو الكهربائية. في الخمسينيات من القرن الماضي، قامت شركة OKB "Electropech" بتطوير أفران لصهر النحاس وسبائكه بسعة 0.4-6.0 طن، ثم 16 طنًا. في عام 1955، تم إطلاق IKP في مصنع Belaya Kalitva لصهر الألومنيوم بسعة. 6 ر.
في الخمسينيات في الولايات المتحدة الأمريكية و أوروبا الغربيةأصبحت أجهزة ICP تستخدم على نطاق واسع كخلاطات عند صهر الحديد الزهر في عملية مزدوجة باستخدام قبة أو فرن القوس الكهربائي. لزيادة الطاقة وتقليل ارتفاع درجة حرارة المعدن في القناة، تم تطوير تصميمات IE ذات حركة أحادية الاتجاه للمصهور (النرويج). في الوقت نفسه، تم تطوير IEs قابلة للفصل. في السبعينيات، طورت شركة Ajax Magnetermic وحدات IE مزدوجة، تصل قوتها حاليًا إلى 2000 كيلووات. تم تنفيذ تطورات مماثلة في VNIIETO في نفس السنوات. في تطورات IKP أنواع مختلفة N. V. شارك بنشاط فيسيلوفسكي، إي.بي. ليونوفا، م.يا. ستولوف وآخرون.
في الثمانينيات، كان تطوير برنامج المقارنات الدولية في بلدنا وفي الخارج يهدف إلى زيادة نطاق التطبيقات وتوسيع القدرات التكنولوجية، على سبيل المثال، استخدام برنامج المقارنات الدولية لإنتاج الأنابيب من المعادن غير الحديدية عن طريق سحب الذوبان.
أفران بوتقة الحث.نظرًا لأن أفران البوتقة الحثية منخفضة السعة (IFRs) لا يمكنها العمل بفعالية إلا عند ترددات أعلى من 50 هرتز، فقد تم إعاقة إنشائها بسبب عدم وجود مصادر طاقة مناسبة - محولات التردد. ومع ذلك، في 1905-1906. عدد من الشركات والمخترعين اقترحوا وحصلوا على براءة اختراع ITP، ومن بينهم شركة "Schneider-Creuzot" (فرنسا)، O. Zander (السويد)، Gerden (إنجلترا). في الوقت نفسه، تم تطوير تصميم ITP بواسطة A.N. لوديجين (روسيا).
تم تطوير أول ITP صناعي مزود بمولد شرارة عالي التردد في عام 1916 بواسطة E.F. نورثروب (الولايات المتحدة الأمريكية). منذ عام 1920، بدأ إنتاج هذه الأفران من قبل شركة "Ajax Electrothermal". وفي الوقت نفسه، تم تطوير ITP المدعوم بفجوة شرارة دوارة بواسطة J. Ribot (فرنسا). قامت شركة Metropolitan-Vickers بإنشاء ITP عالي التردد وصناعي. وبدلاً من مولدات الشرارة، تم استخدام محولات الآلة بتردد يصل إلى 3000 هرتز وقوة 150 كيلو فولت.
نائب الرئيس. فولوغدين في 1930-1932 قامت بإنشاء ITP صناعي بسعة 10 و200 كجم مدعومًا بمحول تردد الآلة. وفي عام 1937، قام أيضًا ببناء محطة ITP مدعومة بمولد أنبوبي. في عام 1936 أ.ف. طور Donskoy فرنًا حثيًا عالميًا مزودًا بمولد مصباح بقوة 60 كيلو فولت.
في عام 1938، لتشغيل محطة ITP (طاقة 300 كيلووات، تردد 1000 هرتز)، استخدمت شركة Brown-Boveri عاكسًا يعتمد على صمام زئبقي متعدد الأنودات. منذ الستينيات، تم استخدام محولات الثايرستور لتشغيل المنشآت الحثية. ومع زيادة قدرة ITP، أصبح ذلك ممكنًا تطبيق فعالإمدادات الطاقة التردد الصناعي.
في الأربعينيات والستينيات من القرن الماضي، طورت OKB "Electropech" عدة أنواع من ITP: التردد العالي لصهر الألومنيوم بسعة 6 أطنان (1959)، والحديد الزهر بسعة 1 طن (1966). في عام 1980، تم تصنيع فرن لصهر الحديد الزهر بسعة 60 طنًا في مصنع في باكو (تم تطويره بواسطة VNIIETO بموجب ترخيص من شركة Brown-Boveri). ساهم E.P بشكل كبير في تطوير ITP في VNIIETO. ليونوفا ، ف. كريسنتال، أ.أ. بروستياكوف وآخرون.
في عام 1973، قامت شركة Ajax Magnetermic، بالتعاون مع مختبر أبحاث جنرال موتورز، بتطوير وتشغيل فرن بوتقة أفقي العمل المستمرلصهر حديد الزهر بقدرة 12 طن وقوة 11 ميجاوات.
منذ الخمسينيات من القرن الماضي، بدأت أنواع خاصة من ذوبان المعادن بالحث في التطور:
فراغ في بوتقة السيراميك.
فراغ في سطح السفينة.
فراغ في بوتقة باردة.
في بوتقة كهرومغناطيسية؛
في التعليق
استخدام التدفئة مجتمعة.
حتى عام 1940، تم استخدام أفران الحث الفراغي (VIF) فقط في ظروف المختبر. في الخمسينيات من القرن الماضي، بدأت بعض الشركات، ولا سيما شركة Hereus، في تطوير الشخصيات المهمة الصناعية، والتي بدأت سعة الوحدة منها في الزيادة بسرعة: 1958 - 1-3 طن، 1961-5 طن، 1964-15-27 طن، 1970-60 طن في عام 1947، قامت شركة MosZETO بتصنيع أول فرن فراغ بسعة 50 كجم، وفي عام 1949 بدأت الإنتاج الضخم لـ VIP بسعة 100 كجم. في منتصف الثمانينيات، قامت جمعية الإنتاج Sibelektroterm، استنادًا إلى تطورات VNIIETO، بتصنيع VIPs حديثة بسعة 160 و600 و2500 كجم لصهر الفولاذ الخاص.
بدأ استخدام الصهر التعريفي للسبائك التفاعلية في أفران الجمجمة والأفران باستخدام بوتقة نحاسية مبردة بالماء (باردة) في الخمسينيات من القرن الماضي. تم تطوير الفرن ذو القشرة المسحوقة بواسطة N.P. غلوخانوف، ر.ب. Zhezherin وآخرون في عام 1954، وفرن ذو مقبلات متجانسة - M.G. كوجان في عام 1967. تم اقتراح فكرة الانصهار التعريفي في بوتقة باردة في عام 1926 في ألمانيا من قبل شركة Siemens-Halske، لكنها لم تجد تطبيقًا. في عام 1958، تم تسمية IMET مع معهد أبحاث عموم روسيا للتيارات عالية التردد باسمه. نائب الرئيس. فولوغدينا (VNI-ITVCH) تحت قيادة أ.أ. أجرى فوغل تجارب على الصهر التعريفي للتيتانيوم في بوتقة باردة.
السعي للحد من التلوث بالمعادن و خسائر الحرارةفي بوتقة باردة أدى إلى استخدام القوى الكهرومغناطيسية لضغط المعدن بعيدا عن الجدران، أي. لإنشاء "بوتقة كهرومغناطيسية" (L.L. Tire, VNIIETO, 1962)
تم اقتراح ذوبان المعادن في حالة معلقة للحصول على معادن نقية بشكل خاص في ألمانيا (O. Muk) في عام 1923، لكنها لم تنتشر على نطاق واسع بسبب نقص مصادر الطاقة. في الخمسينيات، بدأت هذه الطريقة في التطور في العديد من البلدان. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، عمل موظفو VNIITVCh كثيرًا في هذا الاتجاه تحت قيادة A.A. فوجل.
بدأ استخدام ذوبان ICP والتسخين المشترك ITP منذ الخمسينيات من القرن الماضي، في البداية باستخدام زيت الوقود و مواقد الغازعلى سبيل المثال، IKP لإعادة صهر نشارة الألومنيوم (إيطاليا) وIKP للحديد الزهر (اليابان). في وقت لاحق، أصبحت أفران بوتقة تحريض البلازما منتشرة على نطاق واسع، على سبيل المثال، سلسلة من الأفران الصناعية التجريبية بسعة 0.16-1.0 طن تم تطويرها بواسطة VNIIETO في عام 1985.
تركيبات تصلب السطح بالحث.تم إجراء التجارب الأولى على تصلب السطح بالحث في عام 1925 بواسطة V.P. فولوغدين بمبادرة من مهندس مصنع بوتيلوف ن.م. Belyaev، والتي اعتبرت غير ناجحة، لأنها في ذلك الوقت كانت تسعى جاهدة من خلال تصلب. في الثلاثينيات ف. فولوغدين و ب.يا. استأنف رومانوف هذا العمل وفي عام 1935 حصل على براءات اختراع للتصلب باستخدام التيارات عالية التردد. في عام 1936 ف.ب. فولوغدين وأ.أ. حصل Vogel على براءة اختراع لمحث لتصلب التروس. نائب الرئيس. قام فولوغدين وموظفوه بتطوير جميع عناصر تركيب التصلب: محول التردد الدوار والمحاثات والمحولات (الشكل 7.8).
أرز. 7.8. مصنع تصلب للتصلب المتسلسل
1 - منتج متصلب 2 - مغو. 3 - محول تصلب. 4 - محول التردد. 5 - مكثف
منذ عام 1936 جي. بابات وم.ج. قام لوزينسكي في مصنع سفيتلانا (لينينغراد) بدراسة عملية التصلب التعريفي باستخدام ترددات عالية مدعومة بمولد أنبوبي. منذ عام 1932، بدأ تقديم التصلب بتيار متوسط التردد بواسطة شركة TOKKO (الولايات المتحدة الأمريكية).
في ألمانيا عام 1939 ج. قامت شركة Soilen بإجراء عملية تصلب سطح العمود المرفقي في مصانع AEG. في عام 1943، اقترح K. Kegel شكلاً خاصًا من الأسلاك الحثية لتصلب الترس.
بدأ الاستخدام الواسع النطاق للتصلب السطحي في أواخر الأربعينيات. على مدار 25 عامًا منذ عام 1947، طورت VNIITVCH أكثر من 300 جهاز تقوية، بما في ذلك تشغيل خط أوتوماتيكي لتصلب أعمدة الكرنك وتركيب تصليد قضبان السكك الحديدية على طول الطول (1965). في عام 1961، تم إطلاق أول عملية تركيب لتروس التقسية المصنوعة من الفولاذ منخفض الصلابة في مصنع السيارات الذي سمي بهذا الاسم. Likhachev (ZIL) (التقنية التي طورها K. Z. Shepelyakovsky).
أحد الاتجاهات لتطوير المعالجة الحرارية التعريفي في السنوات الأخيرةتقنيات الصلب لتصلب وتلطيف أنابيب النفط والغاز قطر كبير(820-1220 ملم)، وقضبان تسليح البناء، وكذلك تقوية قضبان السكك الحديدية.
من خلال منشآت التدفئة.كان استخدام التسخين بالحث للمعادن لأغراض مختلفة، باستثناء الصهر، في المرحلة الأولى ذو طبيعة استكشافية. في عام 1918 م. بونش برويفيتش، ثم ف.ب. استخدم فولوغدين تيارات عالية التردد لتسخين أنودات الأنابيب الإلكترونية أثناء إخلاءها (تفريغ الغاز). في نهاية الثلاثينيات، في مختبر مصنع سفيتلانا، أجريت تجارب على استخدام التسخين التعريفي إلى درجة حرارة 800-900 درجة مئوية عند معالجة عمود فولاذي يبلغ قطره 170 وطوله 800 ملم ل مخرطة. تم استخدام مولد أنبوبي بقدرة 300 كيلووات وتردد 100-200 كيلو هرتز.
منذ عام 1946، بدأ العمل في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على استخدام التسخين التعريفي في معالجة الضغط. في عام 1949، تم تشغيل أول سخان للحدادة في ZIL (ZIS). بدأ تشغيل أول حدادة تحريضية في مصنع موسكو للسيارات الصغيرة (MZMA، لاحقًا AZLK) في عام 1952. تم إطلاق تركيب مثير للاهتمام مزدوج التردد (60 و540 هرتز) لتسخين الفراغات الفولاذية (القسم - مربع 160 × 160 مم) لمعالجة الضغط في كندا عام 1956 تم تطوير تركيب مماثل في VNIITVCh (1959). يستخدم التردد الصناعي للتدفئة إلى نقطة كوري.
لإنتاج الدرفلة في عام 1963، قامت شركة VNIITVCH بتصنيع سخان لوحي (أبعاد 2.5x0.38x1.2 م) بقوة 2000 كيلووات بتردد 50 هرتز.
في عام 1969، في مصنع المعادن التابع لشركة McLouth Steel Corp. (الولايات المتحدة الأمريكية) تم استخدام التسخين التعريفي للألواح الفولاذية التي تزن حوالي 30 طنًا (أبعاد 7.9x0.3x1.5 م) باستخدام ستة خطوط تكنولوجية (18 محاثات ترددية صناعية بقدرة إجمالية تبلغ 210 ميجاوات).
كان للمحاثات شكل خاص يضمن تسخينًا موحدًا للبلاطة. تم أيضًا تنفيذ العمل على استخدام التسخين التعريفي في علم المعادن في VNIIETO (P.M. Chaikin، S.A. Yaitskov، A.E. Erman).
في نهاية الثمانينيات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم استخدام التسخين التعريفي في حوالي 60 متجرًا للحدادة (بشكل أساسي في مصانع صناعتي السيارات والدفاع) بسعة إجمالية للسخانات التعريفية تصل إلى مليون كيلووات.
تسخين بدرجة حرارة منخفضة بالتردد الصناعي.في 1927-1930 في أحد مصانع الدفاع الأورال، بدأ العمل على التسخين التعريفي بالتردد الصناعي (N.M. Rodigin). في عام 1939، تم تشغيل وحدات التسخين التعريفي القوية جدًا للمعالجة الحرارية لمنتجات سبائك الصلب بنجاح هناك.
قام TsNIITmash (V.V. Aleksandrov) أيضًا بتنفيذ العمل على استخدام التردد الصناعي للمعالجة الحرارية والتدفئة للهبوط وما إلى ذلك. تم تنفيذ عدد من الأعمال المتعلقة بالتدفئة ذات درجات الحرارة المنخفضة تحت قيادة أ.ف. دونسكوي. في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، قام معهد أبحاث الخرسانة المسلحة (NIIZhB) ومعهد فرونزي للفنون التطبيقية ومنظمات أخرى بالعمل على المعالجة الحرارية لمنتجات الخرسانة المسلحة باستخدام التسخين التعريفي بتردد 50 هرتز. قامت VNIIETO أيضًا بتطوير عدد المنشآت الصناعيةتسخين بدرجة حرارة منخفضة لأغراض مماثلة. تم استخدام تطورات MPEI (AB Kuvaldin) في مجال التسخين التعريفي للفولاذ المغناطيسي في منشآت تسخين أجزاء الأسطح والمعالجة الحرارية للصلب والخرسانة المسلحة وتسخين المفاعلات الكيميائية والقوالب وما إلى ذلك (70-80s).
منطقة ذوبان عالية التردد لأشباه الموصلات.تم اقتراح طريقة ذوبان المنطقة في عام 1952 (V.G. Pfann، الولايات المتحدة الأمريكية). بدأ العمل على ذوبان منطقة بوتقة عالية التردد في بلدنا في عام 1956، وتم الحصول على بلورة مفردة من السيليكون يبلغ قطرها 18 ملم في VNIITTVCh. تم إنشاء تعديلات مختلفة على التركيبات من النوع "الكريستالي" مع محث داخل غرفة مفرغة (Yu.E. Nedzvetsky). في الخمسينيات من القرن الماضي، تم تصنيع المنشآت الخاصة بإذابة السيليكون في المنطقة العمودية بدون بوتقة باستخدام محث خارج غرفة التفريغ (أنبوب الكوارتز) في مصنع بلاتينوبريبور (موسكو) جنبًا إلى جنب مع معهد الدولةالمعادن النادرة (جيريميت). تعود بداية الإنتاج التسلسلي لتركيبات "Crystal" لزراعة بلورات السيليكون المفردة إلى عام 1962 (في Taganrog ZETO). وصل قطر البلورات المفردة الناتجة إلى 45 ملم (1971)، وبعد ذلك أكثر من 100 ملم (1985).
ذوبان أكسيد عالي التردد.في أوائل الستينيات، ف. قام مونفورت (الولايات المتحدة الأمريكية) بإذابة الأكاسيد في فرن الحث (تنمية بلورات الفريت المفردة باستخدام تيارات عالية التردد - ترددات الراديو). في الوقت نفسه، أ.ت تشابمان وجي.في. اقترح كلارك (الولايات المتحدة الأمريكية) تقنية لإعادة صهر كتلة أكسيد متعدد البلورات في بوتقة باردة. في عام 1965، حصل جي. ريبوت (فرنسا) على ذوبان أكاسيد اليورانيوم والثوريوم والزركونيوم باستخدام الترددات الراديوية. يحدث ذوبان هذه الأكاسيد عند درجات حرارة عالية(1700-3250 درجة مئوية)، وبالتالي يتطلب مصدر طاقة كبير.
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم تطوير تكنولوجيا ذوبان الأكسيد عالي التردد في المعهد الفيزيائي التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (A.M. Prokhorov، V.V. Osiko). تم تطوير المعدات بواسطة VNIITVCh ومعهد لينينغراد الكهروتقني (LETI) (Yu.B. Petrov، A.S. Vasiliev، V.I. Dobrovolskaya). كانت منشآت كريستال التي أنشأوها في عام 1990 تتمتع بقدرة إجمالية تزيد عن 10000 كيلووات، وتنتج مئات الأطنان من الأكاسيد عالية النقاء سنويًا.
تسخين البلازما عالي التردد.إن ظاهرة التفريغ عالي التردد في الغاز معروفة منذ الثمانينيات من القرن التاسع عشر. في 1926-1927 ج.ج. أظهر طومسون (إنجلترا) أن التفريغ بدون إلكترود في الغاز ينشأ عن طريق التيارات المستحثة، وشرح ج. تاونسند (إنجلترا، 1928) التفريغ في الغاز من خلال الفعل المجال الكهربائي. تم إجراء جميع هذه الدراسات عند ضغوط منخفضة.
في 1940-1941 جي. لاحظ بابات في مصنع سفيتلانا، عند تفريغ أنابيب الإلكترون باستخدام التسخين عالي التردد، تفريغ البلازما، ثم تلقى لأول مرة تفريغًا عند الضغط الجوي.
في الخمسينيات بلدان مختلفةتم تنفيذ العمل على البلازما عالية التردد (T.B. Reed، J. Ribot، G. Barkhoff، إلخ). في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم إجراؤها منذ أواخر الخمسينيات في معهد لينينغراد للفنون التطبيقية (A.V. Donskoy، S.V. Dresvin)، MPEI (M.Ya. Smelyansky، S.V. Kononov)، VNITVCh (I.P Dashkevich ) إلخ. التصريفات في الغازات المختلفة، شعلة البلازما تمت دراسة التصاميم والتقنيات المستخدمة فيها. تم إنشاء بلازماترونات عالية التردد مع حجر الكوارتز والمعدن (لطاقة تصل إلى 100 كيلوواط) ومبردة بالماء (تم إنشاؤها في عام 1963).
في الثمانينيات، تم استخدام مشاعل البلازما عالية التردد بقدرة تصل إلى 1000 كيلووات بترددات 60 كيلو هرتز - 60 ميجا هرتز لإنتاج زجاج الكوارتز النقي بشكل خاص، وثاني أكسيد التيتانيوم الصباغ، والمواد الجديدة (على سبيل المثال، النتريدات والكربيدات)، وخاصة مساحيق متناهية الصغر نقية وتحلل المواد السامة.
من كتاب تاريخ الهندسة الكهربائية مؤلف فريق من المؤلفين7.1.1. مقاومة التسخين الفترة الأولية. تعود التجارب الأولى على موصلات التسخين بالتيار الكهربائي إلى القرن الثامن عشر. في عام 1749، ب. فرانكلين (الولايات المتحدة الأمريكية) أثناء دراسة التفريغ جرة ليدناكتشف تسخين وصهر الأسلاك المعدنية، وفيما بعد على حد قوله
من كتاب المؤلف7.1.2. التدفئة بالقوس الكهربائي الفترة الأولية. في 1878-1880 نفذت شركة W. Siemens (إنجلترا) عددًا من الأعمال التي شكلت الأساس لإنشاء أفران القوس المباشر والمباشر التدفئة غير المباشرة، بما في ذلك فرن القوس أحادي الطور بسعة 10 كجم. لقد طلب منهم استخدام المجال المغناطيسي ل
من كتاب المؤلف من كتاب المؤلف7.7.5. تسخين البلازما الفترة الأولية. تعود بداية العمل على تسخين البلازما إلى العشرينات من القرن العشرين. تم تقديم مصطلح "البلازما" نفسه بواسطة I. Langmuir (الولايات المتحدة الأمريكية)، ومفهوم "شبه محايد" بواسطة W. Schottky (ألمانيا). في عام 1922، أجرى H. Gerdien وA. Lotz (ألمانيا) تجارب على البلازما التي تم الحصول عليها من
من كتاب المؤلف7.1.6. التسخين بالشعاع الإلكتروني الفترة الأولية. تكنولوجيا التسخين بالشعاع الإلكتروني (صهر وتكرير المعادن، معالجة الأبعاد، اللحام، المعالجة الحرارية، طلاء التبخر، معالجة الديكورالسطح) تم إنشاؤه بناءً على إنجازات الفيزياء،
من كتاب المؤلف7.1.7. التدفئة بالليزر الفترة الأولية. تم إنشاء الليزر (اختصار لتضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز) في النصف الثاني من القرن العشرين. ووجدت بعض التطبيقات في التكنولوجيا الكهربائية، وقد عبر أ. أينشتاين عن فكرة عملية الانبعاث المحفز في عام 1916.
التدفئة التعريفي
التسخين التعريفي هو تسخين المواد بواسطة التيارات الكهربائية التي يسببها مجال مغناطيسي متناوب. وبالتالي، هذا هو تسخين المنتجات المصنوعة من مواد موصلة (الموصلات) بواسطة المجال المغناطيسي للمحاثات (مصادر المجال المغناطيسي المتناوب). يتم إجراء التسخين التعريفي على النحو التالي. يتم وضع قطعة عمل موصلة للكهرباء (معدن، جرافيت) في ما يسمى بالمحث، وهو عبارة عن دورة واحدة أو عدة لفات من الأسلاك (غالبًا ما تكون نحاسية). يتم تحفيز تيارات قوية بترددات مختلفة (من عشرات هرتز إلى عدة ميجا هرتز) في المحث باستخدام مولد خاص، ونتيجة لذلك يظهر مجال كهرومغناطيسي حول المحث. يستحث المجال الكهرومغناطيسي تيارات إيدي في قطعة العمل. تعمل تيارات إيدي على تسخين قطعة العمل تحت تأثير حرارة جول. نظام المحرِّض الفارغ هو محول عديم النواة يكون فيه المحرِّض هو الملف الأساسي. قطعة العمل تشبه الملف الثانوي، ذو دائرة قصيرة. يتم إغلاق التدفق المغناطيسي بين اللفات عن طريق الهواء. عند الترددات العالية، يتم إزاحة التيارات الدوامية بواسطة المجال المغناطيسي الذي تولده هي نفسها إلى طبقات سطحية رقيقة من قطعة العمل Δ، ونتيجة لذلك تزداد كثافتها بشكل حاد وتسخن قطعة العمل. يتم تسخين الطبقات الأساسية من المعدن بسبب التوصيل الحراري. ليس التيار هو المهم، بل كثافة التيار العالية. في طبقة الجلد Δ، تنخفض كثافة التيار بمقدار همرات بالنسبة للكثافة الحالية على سطح قطعة العمل، بينما يتم إطلاق 86.4% من الحرارة في طبقة الجلد (من إجمالي إطلاق الحرارة. ويعتمد عمق طبقة الجلد على تردد الإشعاع: كلما زاد التردد، كلما أرق طبقة الجلد ويعتمد ذلك أيضًا على النفاذية المغناطيسية النسبية μ لمادة الشغل. إذا كان الجزء مصنوعًا من مادة مغناطيسية، فإنه لا يزال يخضع لانعكاس المغنطة والتسخين الإضافي بسبب التباطؤ المغناطيسي للجزء ويستمر التباطؤ المغناطيسي حتى تصل درجة حرارة الجزء إلى درجة الحرارة التي تفقد عندها المادة خواصها المغناطيسية (نقطة كوري). وتتناسب كمية الحرارة المنطلقة في الجسم عند حدوث التيارات الدوامية مع مربع التيار في مقدار معين قسم من الموصل.
بالنسبة للمواد غير المغناطيسية والمواد ذات درجات الحرارة أعلى من نقطة كوري، فإن النفاذية المغناطيسية النسبية تساوي الوحدة. يزداد عمق الاختراق Δ مع زيادة المقاومة الكهربائية ρ v (أوم م) ويتناقص مع زيادة التردد f (هرتز) والنفاذية المغناطيسية النسبية للمادة μ. عند تردد حالي يزيد عن 1 كيلو هرتز، من الممكن الحصول على طبقة رقيقة ساخنة، أي. إجراء المعالجة الحرارية السطحية للمنتج، واستخدام تيار التردد الصناعي (50 هرتز) - من خلال تسخين المنتج.
يعتمد شكل وأبعاد المحث على هندسة المنتج الساخن. يتكون المحث من أنبوب نحاسي ذو شكل خاص على شكل حلزوني أسطواني أو لفات مسطحة مع انتقالات مائلة قصيرة بين المنعطفات. لتبريد المحرِّض، يتم تمرير الماء من خلاله.
بالنسبة للحديد والكوبالت والنيكل والسبائك المغناطيسية عند درجات حرارة أقل من نقطة كوري، تتراوح قيمة μ من عدة مئات إلى عشرات الآلاف. بالنسبة للمواد الأخرى (الذوبان، والمعادن غير الحديدية، والمواد سهلة الانصهار السائلة منخفضة الذوبان، والجرافيت، والسيراميك الموصل للكهرباء، وما إلى ذلك) μ تساوي تقريبًا الوحدة. صيغة لحساب عمق الجلد بالملليمتر:
حيث = 4π·10 −7 هو الثابت المغناطيسي H/m، وهو المقاومة الكهربائية المحددة لمادة الشغل عند درجة حرارة المعالجة، وهو تردد المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن المحث. على سبيل المثال، عند تردد 2 ميجاهرتز، يبلغ عمق الجلد للنحاس حوالي 0.25 مم، وللحديد ≈ 0.001 مم.
يصبح المحث ساخنًا جدًا أثناء التشغيل لأنه يمتص الإشعاع الخاص به. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يمتص الإشعاع الحراري من قطعة العمل الساخنة. المحاثات مصنوعة من أنابيب النحاس المبردة بالماء. يتم توفير المياه عن طريق الشفط.
مزايا التركيبات الكهربائية للتدفئة التعريفي هي:
ارتفاع معدل التسخين، بما يتناسب مع الطاقة المدخلة؛
ظروف عمل صحية وصحية جيدة؛
إمكانية تنظيم منطقة عمل التيارات الدوامية في الفضاء (عرض وعمق التسخين)؛
سهولة أتمتة العمليات؛
مستوى غير محدود من درجات الحرارة التي يمكن الوصول إليها كافية لتسخين المعادن وصهر المعادن وغير المعادن والتسخين الزائد والصهر وتبخير المواد وإنتاج البلازما.
عيوب:
هناك حاجة إلى مصادر طاقة أكثر تعقيدًا؛
مرتفعة استهلاك محددالكهرباء للعمليات التكنولوجية.
تشمل ميزات التسخين التعريفي القدرة على تنظيم الموقع المكاني لمنطقة تدفق التيار الدوامي.
تعتمد كفاءة نقل الطاقة من المحرِّض إلى الجسم الساخن على حجم الفجوة بينهما وتزداد كلما تناقصت. يزداد عمق تسخين الجسم مع زيادة المقاومة ويتناقص مع زيادة تردد التيار. يتراوح تيار المحرِّض من مئات إلى عدة آلاف من الأمبيرات بمتوسط كثافة تيار تبلغ 20 أمبير/مم2. يمكن أن يصل فقدان الطاقة في المحاثات إلى 20-30٪ من الطاقة المفيدة.
تستخدم وحدات التسخين التعريفي (IHU) على نطاق واسع في العمليات التكنولوجية المختلفة في الهندسة الميكانيكية وغيرها من الصناعات. وهي مقسمة إلى نوعين رئيسيين: المنشآت من خلال والتدفئة السطحية.
يتم تشغيل تركيبات التصلب والتسخين، حسب الغرض، عن طريق شبكات التيار المتردد بتردد من 50 هرتز إلى مئات كيلو هرتز. يتم توفير مصدر الطاقة لوحدات التردد العالي والعالية من الثايرستور أو محولات الآلة.
وفقًا لوضع التشغيل، تنقسم تركيبات التسخين إلى تركيبات دورية ومستمرة.
في التركيبات المجمعة، يتم تسخين قطعة عمل واحدة فقط أو جزء منها. عند تسخين الفراغات المصنوعة من مادة مغناطيسية، يتغير استهلاك الطاقة: في البداية يزداد، ثم عند الوصول إلى نقطة كوري، ينخفض إلى 60-70٪ من النقطة الأولية. عند تسخين قطع العمل المصنوعة من معادن غير حديدية، تزداد الطاقة في نهاية التسخين قليلاً بسبب زيادة المقاومة الكهربائية.
في التركيبات المستمرة، توجد العديد من قطع العمل في وقت واحد في مجال مغناطيسي طولي أو عرضي (الشكل 3.1). أثناء عملية التسخين، تتحرك على طول المحث، وتسخن حتى درجة حرارة معينة. تستخدم السخانات المستمرة مصدر الطاقة بشكل أفضل لأن متوسط الطاقة التي تستمدها من مصدر الطاقة أعلى من متوسط الطاقة التي يستهلكها سخان الدفعة.
سخانات الحثالتشغيل المستمر له كفاءة أعلى في مصدر الطاقة. الإنتاجية أعلى من الوحدات الدورية. من الممكن تشغيل عدة سخانات من مصدر واحد، وكذلك توصيل عدة مولدات بسخان واحد يتكون من عدة أقسام (الشكل 3.1، ج)
يعتمد تصميم المحث من خلال التسخين على شكل وحجم الأجزاء. المحاثات مصنوعة من مقطع عرضي دائري أو بيضاوي أو مربع أو مستطيل. لتسخين نهايات قطع العمل، يتم تصنيع المحاثات كنوع فتحة أو حلقة (الشكل 3.1، د، هـ).
الحاجة إلى صيانة كهربائية عالية و الكفاءة الحراريةيتم تحديد نظام الجسم المسخن بالمحث حصريًا عدد كبيرأشكال وأحجام المحاثات. تظهر دوائر بعض المحاثات لتسخين السطح في الشكل 3.2. يتم وضع طبقة بين المحث والأسطوانة المقاومة للحرارة مادة عازلة للحرارةمما يقلل من فقدان الحرارة ويحميها العزل الكهربائيمغو.
الكفاءة الكهربائيةيزداد نظام التسخين التحريضي مع تناقص الفجوة بين المحث والمنتج الساخن، وكذلك مع زيادة النسبة المقاومةمنتج ساخن ومواد مغو.
تسخين المقاومة
تسخين الجسم الموصل عندما يمر تيار كهربائي من خلاله وفقا لقانون جول لينز يسمى التسخين المقاوم. لتوليد الحرارة في موصل صلب، يمكن استخدام تيار كهربائي مباشر ومتناوب. إن استخدام التيار المباشر أمر صعب وغير مربح اقتصاديا بسبب عدم توفر مصادر (مولدات) للتيار العالي و الجهد المنخفضوهي ضرورية لإطلاق الحرارة في موصل صلب ذو موصلية كهربائية عالية. تتيح لك قدرة التيار المتردد على التحويل الحصول على الفولتية المطلوبة. مع التيار المتردد تحت مقاومة الموصل العاصمة. يتم تفسير ذلك من خلال وجود تأثير الجلد الذي يزداد تأثيره مع زيادة التردد وقطر الموصل والنفاذية المغناطيسية ويتناقص مع زيادة المقاومة الكهربائية.
يتم استخدام مبدأ إطلاق الحرارة في الموصل عند مرور التيار في أفران التسخين المباشرة (الاتصال) وغير المباشرة.
في أفران مقاومة التسخين المباشر، يتم توصيل التيار مباشرة إلى المنتج الساخن. عند الحساب المعلمات الكهربائيةالتسخين، من الضروري مراعاة التغير في مقاومة المادة أثناء التسخين.
يتم استخدام السبائك المعتمدة على Fe وNi وCr وMo وAl كمواد تسخين. على شكل سلك أو شريط. وتستخدم أيضا سخانات الجرافيت. تم تصميم السخانات الكهربائية الأنبوبية (TEH) لتسخين الوسائط المختلفة عن طريق الحمل الحراري أو التوصيل الحراري أو الإشعاع من خلال التحويل الطاقة الكهربائيةللحرارة (الشكل 3.3). تستخدم كمكونات في الأجهزة الصناعية. تستخدم عناصر التسخين للأغراض التالية: تسخين السائل والهواء والغازات الأخرى؛ تسخين المياه والمحاليل الضعيفة للأحماض والقلويات. تسخين الركائز في غرف الفراغ.
الشكل 3.3 - تصميم سخان كهربائي أنبوبي
يتكون تصميم سخان كهربائي أنبوبي ذو مقطع عرضي دائري من عنصر تسخين 5 يقع داخل غلاف معدني (حلزوني أو عدة حلزونات مصنوعة من سبيكة عالية المقاومة) مع قضبان تلامس 1. عنصر التسخين هو معزول عن الغلاف 4 بواسطة حشو عازل كهربائي مضغوط 6. للحماية من الرطوبة من البيئة يتم إغلاق أطراف عناصر التسخين. يتم عزل قضبان التلامس من الغلاف باستخدام عوازل عازلة 3.7. لتوصيل الأسلاك، يتم استخدام المكسرات مع غسالات 2.
مزايا التسخين المقاوم: الكفاءة العالية والبساطة والتكلفة المنخفضة العيوب: التلوث بمواد السخان وتقادم السخان.
ينجذب الكثير من الناس إلى التدفئة الكهربائيةحقيقة أنها تعمل بشكل مستقل ولا تحتاج إلى رعاية مستمرة. الجانب السلبيهذه مراجل التدفئةهي التكلفة والمتطلبات الفنية.
في بعض الأماكن لا يمكن استخدامها ببساطة. لكن العديد من المالكين لا يخافون من ذلك، ويعتقدون أن سهولة التشغيل هي التي تغطي جميع أوجه القصور.
خاصة عندما ظهرت في أسواق المبيعات أنواع جديدة ذات ملفات حثية بدلاً من عناصر التسخين. ويقومون بتسخين المبنى بسرعة فورية وتدفئة المبنى بشكل اقتصادي، بحسب أصحاب الوحدات. نوع جديدتسمى الغلايات الحث.
النوع الجديد من السخانات سهل الاستخدام.تعتبر آمنة مقارنة ب سخانات الغاز، لا يوجد السخام والسخام، وهو ما لا يمكن قوله عن الأجهزة التي تعمل بالوقود الصلب. والميزة الأهم هي أنه ليست هناك حاجة للتحضير الوقود الصلب(الفحم، الحطب،).
وبمجرد ظهور سخانات الحث، ظهر على الفور الحرفيون الذين حاولوا إنشاء مثل هذا التثبيت بأيديهم من أجل توفير المال.
في هذه المقالة سوف نساعدك في التصميم جهاز التدفئةمن تلقاء نفسه.
يسمى الجهاز الذي يتم فيه تسخين المعادن والمنتجات المماثلة دون اتصال بالسخان التعريفي.
يتم التحكم في العملية عن طريق مجال تحريضي متناوب يعمل على المعدن، وتولد التيارات الداخلية الحرارة.
تؤثر التيارات عالية التردد على المنتج بالإضافة إلى العزل، ولهذا السبب يكون التصميم غير عادي مقارنة بأنواع التدفئة الأخرى. تحتوي سخانات الحث اليوم على مخفضات تردد لأشباه الموصلات. يستخدم هذا النوع من التدفئة على نطاق واسع في المعالجة الحرارية للصلب واتصالات مختلفة
، سبائك. التأثير الاقتصادي. تساعد مجموعة متنوعة من النماذج في تنفيذ مجموعات مرنة ومؤتمتة، بما في ذلك مخفضات تردد الترانزستور الشاملة وكتل الاتصال عند تفضيل نظام الحث.
وصف
جهاز سخان يتضمن عنصر التسخين النموذجي المكونات التالية:
- عنصر التسخينعلى شكل قضيب أو أنبوب معدني.
- مغو- هذا سلك نحاسي يحيط بالملف بالتناوب. أثناء التشغيل، يعمل كمولد.
- المولد.تصميم منفصل حيث يتم تحويل التيار القياسي إلى قيمة تردد عالي.
ومن الناحية العملية، تم استخدام الوحدات التحريضية مؤخرًا. الدراسات النظرية أمامنا بكثير. يمكن تفسير ذلك بعائق واحد - الحصول على مجالات مغناطيسية عالية التردد. والحقيقة هي أن استخدام إعدادات التردد المنخفض يعتبر غير فعال. وبمجرد ظهورها بتردد عالٍ، تم حل المشكلة.
لقد مرت مولدات HDTV بفترة تطورها؛ من المصباح إلى النماذج الحديثة، يعمل على أساس IGBT. الآن أصبحت أكثر كفاءة وأخف وزنًا وأصغر حجمًا. حدود ترددها هي 100 كيلو هرتز بسبب الخسائر الديناميكية للترانزستورات.
مبدأ التشغيل والنطاق
يزيد المولد من تردد التيار وينقل طاقته إلى الملف. يقوم المحث بتحويل التيار عالي التردد إلى مجال كهرومغناطيسي متناوب. تتغير الموجات الكهرومغناطيسية عند الترددات العالية.
يحدث التسخين بسبب تسخين التيارات الدوامة، والتي يتم استفزازها عن طريق ناقلات الدوامة المتناوبة للمجال الكهرومغناطيسي. تنتقل الطاقة تقريبًا دون خسارة كفاءة عاليةوهناك طاقة كافية لتسخين سائل التبريد وأكثر من ذلك.
يتم نقل طاقة البطارية إلى المبرد الموجود داخل الأنبوب. المبرد، بدوره، هو مبرد عنصر التسخين. ونتيجة لهذا، يزيد عمر الخدمة.
الصناعة هي المستهلك الأكثر نشاطًا لسخانات الحث، نظرًا لأن العديد من التصميمات تتضمن معالجة حرارية عالية.
استخدامها يزيد من قوة المنتج.
يتم تثبيت الأجهزة عالية الطاقة في تزوير عالي التردد.
عند تصلب الأجزاء السطحية، فإن استخدام هذه التسخين يجعل من الممكن زيادة مقاومة التآكل عدة مرات والحصول على تأثير اقتصادي كبير.
مجالات الاستخدام الشائعة للأجهزة هي اللحام والصهر والتسخين قبل التشوه والتصلب عالي التردد. ولكن هناك أيضًا مناطق يتم فيها إنتاج مواد أشباه الموصلات أحادية البلورة، وتنمو فيها الأغشية الفوقية، وتُرغى المواد في مكونات كهربائية. اللحام الميداني عالي التردد للقذائف والأنابيب.
المزايا والعيوب
الايجابيات:
- جودة تسخين عالية.
- تحكم عالي الدقةوالمرونة.
- مصداقية.يمكن أن تعمل بشكل مستقل، وجود الأتمتة.
- يسخن أي سائل.
- كفاءة الجهاز 90%.
- عمر خدمة طويل(حتى 30 عامًا).
- سهلة التركيب.
- السخان لا يجمع الحجم.
- بسبب الأتمتة، وتوفير الطاقة.
السلبيات:
- ارتفاع تكلفة النماذج مع الأتمتة.
- الاعتماد على إمدادات الكهرباء.
- بعض النماذج صاخبة.
كيف تفعل ذلك بنفسك؟
مخطط كهربائيسخان التعريفي لنفترض أنك قررت صنع سخان التعريفي بنفسك، ولهذا نقوم بإعداد أنبوب، وسكب قطع صغيرة فيه أسلاك الفولاذ(طوله 9 سم).
يمكن أن يكون الأنبوب من البلاستيك أو المعدن، والأهم من ذلك، مع جدران سميكة.ثم يتم إغلاقه بمحولات خاصة من جميع الجوانب.
بعد ذلك، نقوم بلف ما يصل إلى 100 لفة من الأسلاك النحاسية عليها ونضعها على طول الجزء المركزي من الأنبوب. والنتيجة هي مغو. نقوم بتوصيل جزء الإخراج من العاكس بهذا الملف. نلجأ إليه كمساعد.
يعمل الأنبوب بمثابة سخان.
نقوم بإعداد المولد وتجميع الهيكل بأكمله.
المواد والأدوات المطلوبة:
- سلك أو قضيب من الفولاذ المقاوم للصدأ (قطر 7 مم) ؛
- ماء؛
- الأسلاك النحاسية بالمينا؛
- شبكة معدنية ذات ثقوب صغيرة؛
- محولات.
- أنابيب بلاستيكية سميكة الجدران
دليل خطوة بخطوة:
- وضع الأسلاك إلى قطع، بطول 50 ملم.
- نقوم بإعداد القشرة للسخان.نستخدم أنبوبًا سميك الجدران (قطره 50 مم).
- نحن نغطي الجزء السفلي والعلوي من الجسم بشبكة.
- تحضير الملف التعريفي. الأسلاك النحاسيةنلف 90 دورة على الجسم ونضعها في وسط الصدفة.
- قطع جزء من الأنبوب من خط الأنابيبوتثبيت المرجل التعريفي.
- نقوم بتوصيل الملف بالعاكسوملء الغلاية بالماء.
- نحن نرتكز على الهيكل الناتج.
- نحن نتحقق من النظام قيد التشغيل.لا يمكن استخدامه بدون ماء، لأن الأنبوب البلاستيكي قد يذوب.
من عاكس اللحام
أبسط خيار الميزانيةهو تصنيع سخان الحث باستخدام عاكس اللحام:
- للقيام بذلك، واتخاذ أنبوب البوليمر، يجب أن تكون جدرانه سميكة. نقوم بتثبيت صمامين في الأطراف ونقوم بتوصيل الأسلاك.
- نسكب القطع في الأنبوب(قطر 5 مم) سلك معدني وقم بتركيب الصمام العلوي.
- بعد ذلك، نصنع 90 دورة حول الأنبوب بالأسلاك النحاسية، نحصل على مغو. عنصر التسخينهو أنبوب، نستخدم آلة لحام كمولد.
- يجب أن يكون الجهاز في وضع التيار المترددمع تردد عال.
- توصيل الأسلاك النحاسية بالأعمدة آلة لحام والتحقق من العمل.
عند العمل كمحرِّض، ينبعث مجال مغناطيسي، بينما تعمل التيارات الدوامية على تسخين السلك المقطوع، مما يؤدي إلى غليان الماء في أنبوب البوليمر
.
- يجب عزل المناطق المفتوحة من الهيكل لأسباب تتعلق بالسلامة.
- يوصى باستخدام السخان التعريفي فقط في أنظمة التدفئة المغلقة حيث يتم تركيب مضخة لتوزيع سائل التبريد.
- يقع الهيكل المزود بسخان حثي على بعد 800 ملم من السقف و300 ملم من الأثاث والجدران.
- سيؤدي تركيب مقياس الضغط إلى حماية الهيكل الخاص بك.
- من المستحسن تجهيز جهاز التدفئة النظام التلقائيإدارة.
- يجب توصيل السخان بالشبكة الكهربائية باستخدام محولات خاصة.