تاریخچه کوره القایی
اصول اولیه گرمایش القایی از دهه 1920 در تولید استفاده شده است. در حال حاضر ، سیستم های گرمایش القایی و کاربردهای آنها نقش مهمی در صنعت تولید دارند که به تسریع در تولید بخشی ، عملکرد ثابت نتایج با کیفیت بالا و کاهش قیمت کلی کمک می کند.
در طول جستجوی راه القایی مناسب تر ، دانشمندان مفهوم استفاده از اصول گرمایش القایی به منظور ذوب فلزات را در سال 1916 معرفی کردند. اولین کاربرد ذوب بارهای کوچک با استفاده از دستگاهی به نام نوسان ساز جرقه بود. یکی دیگر از کاربردهای اولیه گرم کردن عناصر فلزی مختلف لوله های خلاء به منظور دفع گازهای جذب شده قبل از فرآیند آب بندی بود. گرم شدن این عناصر به تعیین نقاط ذوب آنها کمک کرد. نقطه کوری نیز کشف شد – نقطه کوری دمایی است که در آن مواد مغناطیسی خاصی در خواص مغناطیسی خود دچار تغییر شدید می شوند. به عنوان مثال نقطه کوری فولاد 760 درجه سانتی گراد (1400 درجه فارنهایت) است.
تاثیر جنگ جهانی دوم
چندین سال قبل از جنگ جهانی دوم ، بسیاری از شرکت ها به این نتیجه رسیدند که سیستم های گرمایش القایی و فناوری می تواند به طور قابل توجهی به بهبود عملکرد تجاری آنها کمک کند. گرمایش القایی قبلاً به عنوان یک فرآیند صنعتی در نظر گرفته نشده بود ، اما استفاده و توسعه آن در سالهای جنگ جهانی دوم به سرعت رشد کرد. به این دلیل بود که نیاز فوری برای تولید مقادیر زیادی قطعات با حداقل نیروی کار و هزینه های احتمالی ایجاد شد.
کوره القایی چیست؟
کوره القایی یک کوره الکتریکی است که از مواد برای القاء اثرات گرمایش الکتریکی به حرارت یا ذوب مواد استفاده می کند. اجزای اصلی کوره القایی سنسورها ، کوره ها ، منابع تغذیه ، خازن ها و سیستم های کنترل هستند. تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی متناوب در کوره القایی ، جریان های گردابی در داخل ماده ایجاد می شود تا به اثر گرمایش یا ذوب برسد. تحت تأثیر همزن میدان مغناطیسی متناوب ، ترکیب و دمای مواد در کوره نسبتاً یکنواخت است ، دمای حرارت می تواند به 1250 درجه سانتیگراد برسد و دمای ذوب می تواند به 1650 درجه سانتیگراد برسد.
کوره القایی علاوه بر گرم شدن یا ذوب شدن در اتمسفر ، می تواند در خلاء و یک محیط محافظ مانند آرگون یا هلیوم گرم شود یا ذوب شود تا شرایط کیفی خاصی را برآورده سازد. کوره های القایی دارای مزایای برجسته ای در دیاترمیا یا ذوب آلیاژهای مغناطیسی نرم ، آلیاژهای با مقاومت بالا ، آلیاژهای گروه پلاتین ، مقاوم در برابر حرارت ، مقاوم در برابر خوردگی ، آلیاژهای مقاوم در برابر سایش و فلزات خالص هستند. کوره های القایی به طور کلی به کوره های گرمایش القایی و کوره های ذوب طبقه بندی می شوند.
کوره الکتریکی که مواد را با استفاده از جریان القایی تولید شده توسط سیم پیچ القایی گرم می کند. اگر مواد فلزی گرم شوند ، آن را در یک بوته ساخته شده از مواد نسوز قرار می دهند. اگر مواد غیر فلزی گرم شوند ، مواد در یک بوته گرافیتی قرار می گیرند. هنگامی که فرکانس AC افزایش می یابد ، فرکانس جریان القایی نیز بر این اساس افزایش می یابد و مقدار گرمای تولید شده افزایش می یابد. کوره القایی به سرعت گرم می شود ، درجه حرارت بالا است ، عملکرد و کنترل مناسب است ، مواد در طول فرآیند گرمایش کمتر آلوده می شوند و کیفیت محصول را می توان تضمین کرد.
این عمدتا برای ذوب مواد مخصوص درجه حرارت بالا و همچنین به عنوان یک وسیله گرمایش و کنترل برای رشد تک بلورهای مذاب استفاده می شود. کوره ذوب به دو نوع کوره القایی هسته ای و کوره القایی بدون هسته تقسیم می شود. کوره القایی هسته دارای یک هسته از طریق سلف است و از منبع تغذیه فرکانس تجاری تغذیه می کند. این عمدتا برای ذوب و حفظ حرارت انواع چدن ، برنج ، برنز ، روی و سایر فلزات استفاده می شود.
راندمان الکتریکی بیش از 90 است و از کوره زباله می توان استفاده کرد. هزینه ذوب پایین است و حداکثر ظرفیت کوره 270 تن است. کوره القایی بدون هسته دارای هسته آهنی نیست که از سلف عبور می کند و به کوره القایی فرکانس توان ، کوره القایی فرکانس سه گانه ، کوره القایی فرکانس متوسط ژنراتور ، کوره القایی فرکانس متوسط تریستور و کوره القایی فرکانس بالا تقسیم می شود.
انواع کوره القایی
- هسته مستقیم
کوره القایی نوع هسته مستقیم شکل یون نشان داده شده است. این شامل یک هسته آهنی ، سیم پیچ و سیم پیچ اولیه است که به منبع تغذیه متصل است. شارژ در ظرف قابل نگه داری نگهداری می شود ، که یک حلقه کوتاه اتصال ثانویه را تشکیل می دهد. جریان در شارژ بسیار زیاد است به ترتیب چند هزار آمپر. این بار به صورت مغناطیسی به سیم پیچ اولیه متصل می شود. این تغییر به دلیل جریان زیاد ایجاد شده در آن ذوب می شود. هنگامی که فلز مذاب وجود نداشته باشد ، هیچ جریانی در قسمت ثانویه جریان نمی یابد. برای راه اندازی کوره فلز مذاب در فر از بار قبلی ریخته می شود.
این نوع کوره معایب زیر را دارد:
اتصال مغناطیسی بین اولیه و ثانویه بسیار ضعیف است ، بنابراین راکتانس نشت بسیار زیاد است. این باعث ضریب توان کم می شود. تامین فرکانس پایین ضروری است زیرا فرکانس معمولی باعث آشفتگی بار می شود. اگر چگالی جریان بیش از 5 آمپر بر میلی متر مربع باشد نیروی الکترومغناطیسی تولید شده توسط این چگالی جریان باعث قطع جریان ثانویه می شود. از این رو حرارت فلز قطع می شود. به آن اثر خرج کردن می گویند.
بوته برای شناسه بار با شکل عجیب و غریب و از نظر متالورژی ناخوشایند است. اگر مدار ثانویه باز باشد ، کوره نمی تواند کار کند. باید بسته شود. برای راه اندازی کوره یا فلز مذاب به داخل بوته ریخته می شود و یا فلز مذاب کافی اجازه داده می شود تا در عمل جراحی قبلی در ظروف باقی بماند. چنین کوره ای برای خدمات متناوب مناسب نیست.
- هسته غیر مستقیم
این آلیاژ خاص خواص مغناطیسی خود را در دمای خاصی از دست می دهد و هنگامی که آلیاژ سرد می شود ، خواص مغناطیسی آن بازگردانده می شود. به محض رسیدن کوره به دمای بحرانی ، بی میلی مدار مغناطیسی چندین برابر افزایش می یابد و اثر القایی نیز کاهش می یابد و در نتیجه منبع گرما قطع می شود. نوار AB از نوع جدا شونده است و می توان آن را با دمای بحرانی متفاوت جایگزین کرد. بنابراین می توان دمای کوره را به طور مثر کنترل کرد.
- هسته بدون هسته
کوره القایی بدون هسته نیز بر اساس اصل ترانسفورماتور عمل می کند. در این کوره هسته ای وجود ندارد و بنابراین چگالی شار کم خواهد بود. بنابراین برای جبران چگالی شار پایین ، جریان تغذیه شده به اولیه باید دارای فرکانس به اندازه کافی بالا باشد. شار ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه باعث ایجاد جریان گردابی در بار می شود. اثر گرمایش جریان های گردابی باعث ذوب بار می شود. هم زدن فلزات با اعمال نیروهای الکترومغناطیسی صورت می گیرد. کوره بدون هسته ممکن است دارای ظروف رسانا یا غیر رسانا باشد.
شکل یک کوره القایی بدون هسته را نشان می دهد که ظرف از مواد رسانا تشکیل شده است. ظرف به عنوان سیم پیچ ثانویه عمل می کند و بار می تواند دارای خواص رسانایی یا غیر رسانایی باشد. بنابراین ظرف یک دور کوتاه تک ثانویه را تشکیل می دهد. از این رو جریان سنگینی در آن ایجاد می شود و گرما تولید می کند. شار تولید شده توسط سیم پیچ اولیه باعث ایجاد جریان گردابی در بار می شود. اثرات گرمایش جریان های گردابی باعث ذوب شدن بار می شود. حرکت همزن در فلزات با اعمال نیروهای الکترومغناطیسی صورت می گیرد.
القای بدون هسته باعث افزایش کارایی و کاهش برق می شود.
از آنجا که کیفیت اجزای بار فلزی به طور پیوسته رو به وخامت است ، مشکلات ذوب ناشی از سرباره گسترده شده است که منجر به کند شدن سرعت ذوب و استفاده کمتر از کوره های القایی بدون هسته می شود.
ذوب فلزات آهنی مختلف در کوره های القایی بدون هسته طی 60 سال گذشته تغییر کرده است. از آنجا که کیفیت اجزای بار فلزی به طور پیوسته رو به وخامت است ، مشکلات ذوب سرباره به موضوعات گسترده تبدیل شده است. این امر منجر به کاهش سرعت ذوب و استفاده کمتر از کوره های القایی بدون هسته شده است.
کوره القایی بدون هسته را به بهترین شکل می توان به عنوان یک ظرف با روکش نسوز توصیف کرد که دارای سیم پیچ مسی با انرژی الکتریکی/جریان و خنک کننده آب در اطراف آن است. جریان الکتریکی در سیم پیچ یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند ، که انرژی حرارتی کافی برای ذوب بار تولید می کند. جریانهای مغناطیسی موجود در فلز مذاب باعث ایجاد یک عمل همزن شدید می شود ، بنابراین یک مایع همگن را تضمین می کند.
کوره های القایی بر اساس القای میدان مغناطیسی است. فرکانس بالا بالاتر از 100 کیلوهرتز است) این نوع کوره ها مزایای زیادی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی دارند ، از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و اتلاف حرارتی کمتر و ...
همچنین در کوره هایی که از فرآیندهای دیگر استفاده می کنند ، کوره های القایی به اندازه القایی نیستند. کوره ها بسیار بزرگ هستند و زمان راه اندازی آن طولانی است. کوره های القایی از نظر افزایش و کاهش مصرف انرژی مزایای زیادی نسبت به دیگر کوره ها دارند. این کوره ها می توانند در ظرفیت های مختلف ، از 15 کیلوگرم تا چند تن ذوب شوند.
تفاوت کوره القایی با قوس الکتریکی
تعریف قوس الکتریکی: فولاد کوره قوس الکتریکی نیاز به تولید حرارت قوس از طریق الکترود گرافیتی برای ذوب فلز دارد و گرمای قوس تولید شده توسط تخلیه الکترود متمرکز می شود. دمای قوس بالای 3000 درجه سانتی گراد است ، با سرعت ذوب سریع و راندمان تولید بالا. علاوه بر این ، کوره قوس یک منطقه کوچک را اشغال می کند و صرفه جویی در انرژی و دوستدار محیط زیست است. این می تواند گوگرد ، فسفر و سایر ناخالصی ها را حذف کند ، دمای کوره به راحتی کنترل می شود.
1. گرمایش کوره القایی سریعتر از کوره قوس الکتریکی است ، گرما در داخل بار (فولاد مذاب) تولید می شود. پس از ذوب بار کوره ، گرمای قوس باید از طریق سرباره به فولاد مذاب منتقل شود که متعلق به گرمایش غیر مستقیم با راندمان حرارتی ضعیف است. علاوه بر این ، کوره به شکل حوضه است و بخش زیادی از گرمای قوس از طریق پوشش و دیواره کوره پخش می شود.
2. ظرفیت حذف گوگرد ، فسفر و اکسیداسیون کوره قوس قوی تر از کوره القایی است. کوره القایی سرباره سرد است ، در حالی که کوره قوسی سرباره گرم است. میزان نیتروژن فولاد بیشتر از کوره القایی است.
3. میزان برداشت عناصر آلیاژی که توسط کوره القایی ذوب می شوند بیشتر از کوره قوس الکتریکی است ، زیرا عناصر فرار و از دست دادن اکسیداسیون در دمای بالای قوس زیاد است.
4. فولادسازی کوره القایی بیشتر با الزامات حفاظت از محیط زیست مطابقت دارد ، در حالی که فولادسازی کوره قوس الکتریکی مقدار زیادی گاز پسماند ، پسماند و سر و صدا تولید می کند و مصرف انرژی بالایی دارد.
5 کوره القایی استفاده از اصل حرارت جریان القایی برای ذوب فلز است ، عنصر کربن را در فولاد مذاب افزایش نمی دهد ، اما فولاد ذوب شده حاوی بسیاری از ناخالصی ها ، فولاد ناخالص است. الکترود گرافیتی برای ذوب فلز از طریق حرارت قوس استفاده می شود. الکترود گرافیت سرانجام در فولاد مایع مصرف می شود تا میزان کربن را افزایش دهد.
6. کوره القایی در فرایند فولاد مایع همزن الکترومغناطیسی نسبت به کوره قوس برتری دارد.
7. ذوب کوره القایی کنترل بهتری بر دما ، زمان و شدت هم زدن نسبت به کوره قوس الکتریکی دارد.
8. اندازه کوره القایی کوچک است ، مناسب برای فولادسازی شرکتهای کوچک و متوسط. کوره قوس الکتریکی دارای ظرفیت بزرگ ، مقیاس بزرگ و راندمان تولید بالا است