Індукційна плавка металу
| Категорія: Фізика Тип: Реферат Розмір: 89.7кб. завантажити |
Федеральне агентство з освіти Південно-Уральський державний університет Кафедра загальної та теоретичної фізики Реферат на тему: «Індукційна плавка металу» Виконав: студент гр.ФМ-223 Плотніков С.А. Перевірив: доцент кафедри О.Т.Ф. Герасимов В.К. Челябінськ 2008
Зміст Зміст 2 Вступ 3 Явлення електромагнітної індукції 3 Досліди Фарадея 3 Застосування в Металургії 4 Виплавлення сталі в індукційних печах 4Індукційні печі промислової частоти12Плавка в печі з кислою футеровкою.
Електричні струми створюють навколо себе магнітне поле. Зв'язок магнітного поля зі струмом призвів до численних спроб збудити струм у контурі за допомогою магнітного поля. Це фундаментальне завдання було блискуче вирішено 1831 р. англійським фізиком М. Фарадеєм, який відкрив явище електромагнітної індукції. Воно полягає в тому, що в замкненому проводить контурі при зміні потоку магнітної індукції, що охоплюється цим контуром, виникає електричний струм, що отримав назву індукційного. Досліди Фарадея Розглянемо класичні досліди Фарадея, за допомогою яких було виявлено явище електромагнітної індукції. Досвід I. Якщо замкнутий на гальванометр соленоїд всувати або висувати постійний магніт, то в моменти його всування або висування спостерігається відхилення прелі гальванометрі (виникає індукційний струм); напрямки відхилень стрілки при висуванні та висуванні магніту протилежні. Відхилення стрілки гальванометра тим більше,що більше швидкість руху магніту щодо котушки. При зміні полюсів магніту напрямок відхилення стрілки зміниться. Для отримання індукційного струму магніт можна залишати нерухомим, тоді щодо магніту потрібно пересувати соленоїд. Досвід ll. Кінці однієї з котушок, вставлених одна в одну, приєднуються до гальванометра, а через іншу котушку пропускається струм. Відхилення стрілки гальванометра спостерігається в моменти вмикання або вимкнення струму, в моменти його збільшення або зменшені або при переміщенні котушок один щодо одного. Напрямки стрілки гальванометра, що відхилилася, також протилежні при включенні або виключенні струму, його збільшенні або зменшенні, зближенні або видаленні котушок. Узагальнюючи результати своїх численних дослідів, Фарадей дійшов висновку, що індукційний струм виникає завжди, коли відбувається зміна зчепленого з контуром потоку магнітної індукції. Наприклад, при повороті в однорідному магнітному полі замкнутого провідного контуру в ньому також виникає індукційний струм. У разі індукція магнітного поля поблизу провідника залишається постійної, а змінюється лише потік магнітної індукції крізь контур. Дослідним шляхом було також встановлено, що значення індукційного струму зовсім не залежитьвід способу зміни потоку магнітної індукції,а визначаєте лишешвидкістюйого зміни (у дослідах Фарадея також доводиться, що відхилення стрілки гальванометра (сила струму) тим більша, чим більша швидкість руху магніту, або швидкість зміни сили струму, або швидкість руху котушок). Застосування в Металургії Виплавлення сталі в індукційних печах В індукційній безсердечниковій печі метал розплавляють у тиглі, розташованому всередині індуктора, який являє собою спіраль здекількома витками із струмопровідного матеріалу. Через індуктор пропускають змінний струм; створюваний при цьому всередині індуктора змінний магнітний потік (рис. 1) наводить в металі вихрові струми, які забезпечують його нагрівання та плавлення.
| Рис.1 Магнітні силові лінії в індукційній печі 1 |
Щоб надмірно не збільшувати потужність генератора живлення в схему печі включають конденсатори, що компенсують індуктивний опір індуктора. Як відомо, наявність індуктивного опору ланцюга змінного струму викликає зсув фаз (величина сили струму відстає від величини напруги), в результаті чого знижується коефіцієнт потужності установки соs(ф). Місткість викликає зворотний зсув фаз; підбираючи ємність конденсаторів, домагаються налаштування установки в резонанс, коли кут зсуву фаз ф наближається до нуля, а соs ф до одиниці, Чим вища частота, тим менше потрібна ємність конденсаторної батареї. Важливою особливістю індукційних печей є інтенсивна циркуляція рідкого металу, що викликається взаємодією електромагнітних полів, що збуджуються з одного боку струмами, що проходять індуктором і, з іншого, вихровими струмами в металі. Характер циркуляційних потоків показано на рис. 2. Позитивна сторона цього явища полягає в тому, що завдяки перемішуванню прискорюються плавлення та вирівнювання складу та температури металу, негативна – у тому, що поверхня металу; виходить опуклою і може оголюватися, оскільки шлак стікає до стінок тигля. Інтенсивність перемішування приблизно пропорційна квадрату ампервітків(1п)- іназад пропорційна частоті струму живлення. Мал. 2 . Електродинамічна циркуляція металу в тиглі індукційної печі. Ще однією особливістю індукційнихпечей є те, що щільність струмів, що індукуються, досягає максимуму на поверхні металу біля стінок тигля і знижується у напрямку до осі тигля («поверхневий ефект»). У цьому поверхневому шарі виділяється найбільша кількість тепла, за рахунок якого плавиться шихта. Товщина шару металу з великою щільністю струмів, що індуктуються, назад пропорційна кореню квадратному з частоти. Індукційні печі мають такі переваги порівняно з дуговими: 1) відсутні високотемпературні дуги, що зменшує поглинання водню та азоту та чад металу при плавленні; 2)незначний чад легуючих елементів при переплаві легованих відходів; 3) малі габарити печей, що дозволяють помістити їх у закриті камери та вести плавку у вакуумі або в атмосфері інертного газу; 4) електродинамічний перемішування, що сприяє отриманню однорідного за складом і температурою металу. Основними недоліками індукційних печей є мала стійкість основного футерування та низька температура шлаків, які нагріваються від металу; через холодні шлаки утруднено видалення фосфору і сірки при плавці. Індукційні печі ділять на два типи: 1) живлячі струмом підвищеної частоти; 2) живлячі струмом промислової частоти (50 Гц). У печах першого типу частота струму, що живить, зазвичай знижується; У міру зростання ємності та діаметра тигля; малі (кілька кілограм і менше) печі живляться струмом із частотою від 50 до 1000 кГц, середні та великі (ємністю до десятків тонн) струмами із частотою 0,5—10 кГц.
1 Влаштування індукційної печі. Індукційна плавильна установка складається з печі з механізмом нахилу та живильного електроустаткування (генератора підвищеної частоти, батареї конденсаторів, щита управління і на великих печах — автоматичного регулятора електричного).режиму). Місткість індукційних печей досягає 60 т. Основні елементи печі - каркас, індуктор і вогнетривкий тигель, який іноді закривають кришкою. Мал.3.
0,08 Т(^1/4), деТ -ємність печі, т. Приблизні співвідношення між розмірами тиглів та індукторів сталеплавильних печей наведені в табл. 1. Механізм нахилу призначений для нахилу печі при зливі металу. Метал із тигля зливають через зливну шкарпетку, повертаючи встановлений на двох цапфах каркас печі на кут До 95°. Нахил печі здійснюють лебідками, тельферами, а великих печах встановлюють гідравлічний механізм нахилу.
50 кг) до 2 год. на великих. Після розплавлення відбирають пробу металу на аналіз і зливають плавильний шлак, щоб запобігти відновленню з нього фосфору, після чого наводять новий шлак, додаючи шлакоутворювальну суміш того ж складу, що і в період плавлення. Потужність, що подається на індуктор, знижують на 30-40%. Після отримання результатів аналізу проводять легування, коригування складу металу та його розкислення шляхом введення в тигель відповідних феросплавів, після чого зливають метал з тигля в ківш. Іноді при виплавці високоякісних сталей проводять дифузійне розкислення металу. Для цього в шлак вводять розкислювальні суміші, що складаються з вапна, меленого феросиліцію, порошкоподібного алюмінію, роблячи витримку протягом приблизно 30 хв; циркуляція металу в тиглі індукційної печі прискорює розкислення. Феросплави при плавці в індукційній печі присаджують у наступному порядку: ферохром, феровольфрам і феромолібден вводять у завалку; феромарганець, феросиліцій та ферованадій - за 7-10 хв до випуску; алюміній перед випуском При такому порядку введення чад елементів наступний: вольфраму близько 2%, - хрому, марганцю та ванадію -5-10%, кремнію - 10-15%, титану25-35
Плавка в печі з кислою футеровкою.Зміст сірки, фосфору і вуглецю не повинен перевищувати допустимих у виплавлюваній сталі меж. При виплавці сталей легованих хромом, вольфрамі та молібденом в завалку вводять ферохром, феровольфрам, феромолібден. Завантаження шихти і розплавлення ведуть так само, як і з основною футеровкою. Шлак під час плавлення шихти, наводячи; добавками бою скла, шамоту і вапна Після розплавлення та аналізу відбирається проби металу проводять легування (коригування складу) і розкислення. Ферромарганець, феросиліцій і, якщо необхідно, ферованадій, вводять у метал на 7-10 хв до випуску, алюміній безпосередньо перед випуском. Угар марганцю становить 10%, кремній практично не угорає, чад вольфраму та молібдену близько 2%, хрому 5%. Витрата електроенергії при виплавці сталі в індукційних становить 500-700 кВт -ч/т. Плавка у вакуумних індукційних печах.
Заключение Открытие явища електромагнітної індукції мало велике значення, і було доведено можливість отримання електричного струму з допомогою магнітного поля. Цим було встановлено взаємозв'язок між електричними та магнітними явищами, що послужило надалі поштовхом для розробки теорії електромагнітного поля.
Литература, що використовується: 1. Трофімова Т.І. Курс Фізики: Навчальний посібник для вузів. стор.223-224. 2. Паволоцький, Рощин В.Є. «Електрометалургія та сталі». 3. Воскобойніков В.Г., Кудрін В.А., Якушев А.М. "Загальна металургія" Підручник для вузів. Стр.482-496