فرن صهر الأسطوانة الدوارة لمعالجة نفايات المعادن غير الحديدية. لصهر المعادن المختلفة الغرض من فرن الطبل
الجوهر النظري للعملية
يتمثل جوهر صهر الفرن في معالجة خليط من مركز كبريتيد الرصاص الغني بالوقود الصلب باستخدام طائرة من الهواء المضغوط. في هذه الحالة، يحدث التحميص الجزئي لـ PbS مع تكوين PbO وPbSO 4 وتفاعل التفاعل بين PbS ومنتجات أكسدته - PbO وPbSO 4. يتم إجراء التحميص وصهر التفاعل في وقت واحد؛ بالإضافة إلى ذلك، يتم تقليل جزء من الرصاص بواسطة كربون الوقود.
رد فعل إطلاق PbS وتأثيره الحراري هو كما يلي:
2PbS + ZO 2 = 2PbO + 2SO 2 + 201,360 كالوري (8450 كيلوجول)، (1)
التفاعل المذكور أعلاه هو ملخص، حيث أن أكسدة كبريتيد الرصاص تحدث في عدة خطوات؛
2PbO + 2SO 2 + O 2 = 2PbSO 4 + 183,400 كالوري (7680 كيلوجول).(2)
تتشكل كميات ملحوظة من كبريتات الرصاص أثناء أكسدة الكبريتيد عند درجة حرارة 200-300 درجة مئوية؛ وتتم العملية ببطء شديد.
بعد الاشتعال الجزئي، تحتوي الشحنة على مركبات الرصاص الكيميائية التالية في الحالة الصلبة: PbS وPbO وPbSO 4 . عند تسخين هذه المواد المأخوذة بنسبة معينة تحدث التفاعلات التالية:
PbS + 2Pb0 = 33b + SO 2 - 52,540 كالوري (2200 كيلوجول)، (3)
PbS + PbSO 4 = 2Pb + 2SO 2 - 97,380 كالوري (4070 كيلوجول). (4)
عند درجة حرارة وضغط معينين لثاني أكسيد الكبريت، يحدث التوازن الكيميائي: تتم التفاعلات بنفس السرعة في كلا الاتجاهين. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يختل التوازن، وتتحرك التفاعلات من اليسار إلى اليمين نحو تكوين Pb وSO 2. وبالتالي، فإن زيادة درجة الحرارة مفيد لصهر التفاعل، لأنه يزيد من إنتاج الرصاص المعدني ويسرع تحميص PbS. ولكن بالنسبة للإشعال (لتجنب التكتل) وبالنسبة لصهر التفاعل نفسه، يجب أن تظل الشحنة في حالة صلبة. لذلك، تتم عملية صهر التفاعل عند درجات حرارة لا تزيد عن 800-850 درجة مئوية. عند درجات الحرارة المرتفعة، يذوب PbO، ويحدث التصفيح بالكثافة، مما ينتهك الاتصال بين كبريتيد الرصاص وأكسيد الرصاص ويتوقف ذوبان الرصاص.
يتم تقليل أكسيد الرصاص الزائد بواسطة C و CO وفقًا للتفاعلات:
PbO + C = Pb + CO؛ (5)
PbO + CO = Pb + CO 2. (6)
ولتنفيذ هذه التفاعلات، يتم إدخال كمية معينة من الوقود الكربوني إلى شحنة الفرن. عادة ما يكون هذا نسيم فحم الكوك بكمية 4-10٪ من وزن الشحنة. كلما زادت كثافة العملية وزاد كبريتيد الكبريت في الشحنة، قل الوقود المطلوب لصهر الفرن.
الحجم الأمثل لفحم الكوك هو من 5 إلى 15 ملم، حيث تساهم جزيئات فحم الكوك الأكبر حجمًا في فصل الشحنة، بينما يتم حمل الجسيمات الأصغر مع الغبار.
الفرن ذو الأسطوانة القصيرة عبارة عن غلاف فولاذي مثبت ومبطن بطوب عالي الألومينا بتركيبة٪: 65-70 A1 2 O 3؛ 20-25 شافي 2؛ 3TiO2؛ 5Fe2O3؛ 0.5CaO. توجد بين غلاف الفرن والبطانة المقاومة للحرارة طبقة مدمجة من الطين البلاستيكي بسمك 50 مم في حالة تمدد البطانة عند تسخينها.
يتم تنفيذ الصهر بشكل متقطع، وتستمر كل عملية حوالي 4 ساعات.بعد تحميل عدة أطنان من الشحنة، يتم تدوير الفرن ذو الأسطوانة القصيرة بسرعة 0.5-1.0 دورة في الدقيقة ويتم تسخينه بقوة بغبار الفحم المحترق إلى درجة حرارة التفاعل المكثف (1100 درجة مئوية). درجة مئوية). يمكن أن يدور الفرن في اتجاهين متعاكسين. ويضمن الدوران اتصالًا جيدًا بين كبريتيدات الرصاص وأكاسيد الرصاص، وهو أمر ضروري لصهر التفاعل بنجاح. تمر غازات المداخن عبر غلاية الحرارة المهدرة ويتم ترشيحها في مرشحات الأكياس.
بحلول نهاية الصهر، يتم فصل منتجاتها (الرصاص، speis، ماتي، الخبث) بشكل جيد بالكثافة في فرن مع حمام عميق ويتم إطلاقها بشكل منفصل.
الزنك معدن ثقيل قابل للانصهار. تذوب = 420 درجة مئوية، ع = 7.13 كجم/دم3. تحد نقطة الغليان المنخفضة للزنك (*الغليان = 907 درجة مئوية) من درجة الحرارة المسموح بها للمعدن عند صهر جميع السبائك التي يدخل فيها. المحتوى الحراري للزنك عند 500 درجة مئوية (حوالي 300 كيلوجول/كجم) أقل بثلاث مرات من المحتوى الحراري للألمنيوم المنصهر. المقاومة الكهربائية لمصهور الزنك هي 0.35-10~6 أوم.
عند درجات الحرارة المنخفضة في الهواء، يتأكسد الزنك، ويشكل طبقة واقية كثيفة من Zn03*3Zn(OH)2. ومع ذلك، في أفران الصهر، يتأكسد الزنك عن طريق التفاعلات التالية:
2Zn + 02 = 2ZnO، Zn + H20 = ZnO + H2، Zn + C02 = ZnO + CO.
وللحماية من الأكسدة، يمكن إجراء الصهر في جو وقائي أو محايد، على سبيل المثال في بيئة النيتروجين. ومع ذلك، من الناحية العملية، يكفي في معظم الحالات منع ارتفاع درجة حرارة المعدن فوق درجة حرارة 480 درجة مئوية، حيث تبدأ الأكسدة المكثفة وتشبع الزنك بالغازات. عند درجة الحرارة هذه، لا يكون للزنك وسبائكه تأثير ملحوظ على البطانة المقاومة للحرارة للفرن وبوتقة الحديد الزهر أو الفولاذ. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى ذوبان حديد البوتقة في الزنك المنصهر.
أفران لصهر سبائك الزنك
نظرًا لانخفاض نقطة انصهار وغليان الزنك، عادةً ما يتم صهر سبائك الزنك في أفران بوتقة، ويتم تسخينها عن طريق حرق الوقود أو باستخدام المقاومة الكهربائية والحث. لا ينبغي صهر سبائك الزنك في أفران القوس، لأن ارتفاع درجة حرارة المعدن الذي لا مفر منه بالقرب من احتراق القوس يؤدي إلى تبخر شديد وأكسدة الزنك. تستخدم أفران الحث القناة لصهر سبائك الزنك. في كاماز، تم صهر سبيكة TsAM10-5 المستخدمة في القولبة بالحقن في ثلاثة أفران ذات قنوات حثية بسعة 2 طن لكل منها مع بطانة محايدة. ومع ذلك، فإن ارتفاع درجة حرارة المعدن في القناة يؤدي إلى عدم استقرار وضع الصهر الكهربائي (ما يسمى بنبض الزنك) ويجبر الطاقة المنقولة إلى الفرن على أن تكون محدودة.
تكنولوجيا الذوبان
يتكون الجزء الرئيسي من الشحنة عادة من سبائك الزنك المسبوكة في الخنازير، وعودة وخردة سبائك الزنك. يتم استخدام خليط من كلوريد الكالسيوم والبوتاسيوم والصوديوم وكلوريد الأمونيوم أو الكريوليت كتدفقات طلاء. للمزج، يتم استخدام الألومنيوم الأولي في الخنازير والنحاس الكاثود والمغنيسيوم المعدني. يجب تنظيف جميع مكونات الشحنة من الزيوت والرطوبة والشوائب الأخرى. تتم عملية الذوبان دون السماح للحمام بارتفاع درجة حرارته فوق 480 درجة مئوية. وبناء على نتائج التحليل السريع، يتم تعديل التركيب الكيميائي.
يتم استخدام جرس فولاذي لإدخال المغنيسيوم. بمجرد الحصول على التركيب الكيميائي المطلوب، يتم تسخين المعدن إلى 440...450 درجة مئوية ويصب في مغرفة ساخنة إلى نفس درجة الحرارة. في مغرفة أسفل غطاء العادم، يتم تكرير المادة المذابة باستخدام أقراص من مركب إزالة الغازات "Degaser"، الذي يحتوي على 87% سداسي كلورو إيثان، 12.7% كلوريد الصوديوم، 0.3% أولترامارين. يمكن أيضًا إجراء التكرير عن طريق الترسيب والتطهير بالغازات الخاملة والترشيح.
2.1. الغرض من أفران قناة الحث
تستخدم أفران الحث القناة بشكل أساسي لصهر المعادن غير الحديدية (النحاس والسبائك القائمة على النحاس - النحاس والبرونز والنيكل والفضة والنيكل والكونيل والزنك والألمنيوم وسبائكها) والحديد الزهر، وكذلك كخلاطات لنفس المعادن. . إن استخدام أفران الحث بالقناة لصهر الفولاذ محدود بسبب عدم كفاية متانة البطانة.
إن وجود الحركة الكهروديناميكية والحرارية للمعدن أو السبيكة المنصهرة في أفران قناة الحث يضمن تجانس التركيب الكيميائي وتوحيد درجة حرارة المعدن المنصهر أو السبيكة في حمام الفرن.
يوصى باستخدام أفران القنوات الحثية في الحالات التي يكون فيها الطلب مرتفعًا على المعدن المنصهر والمسبوكات التي يتم الحصول عليها منه، على وجه الخصوص، فيما يتعلق بالحد الأدنى من تشبع الغاز والشوائب غير المعدنية.
تم تصميم خلاطات القنوات الحثية لتسخين المعدن السائل بشكل مفرط، وتسوية التركيبة، وخلق ظروف درجة حرارة ثابتة للصب، وفي بعض الحالات، لجرعات وتنظيم سرعة الصب في بلورات آلات الصب أو في القوالب.
يجب أن يتم تحضير الشحنة الخاصة بأفران القنوات الحثية وفقًا للتركيبة المحددة لدرجة المعدن أو السبائك التي يتم صهرها، ويجب أن تكون جافة وتتكون بشكل أساسي من معدن أولي نقي.
لا يُنصح باستخدام أفران القنوات عند استخدام الشحنات الثانوية الملوثة، واستخدام النشارة، خاصة عند صهر سبائك الألومنيوم، وكذلك عند صهر جميع أنواع السبائك الرئيسية والسبائك النحاسية التي تحتوي على الرصاص والقصدير، لأن هذا يقلل بشكل كبير من عمر الخدمة من البطانة، ويصبح تشغيل أفران أفران القناة أمرًا صعبًا.
يتم إعطاء التصنيف التالي لأفران وخلاطات قناة الحث.
فرن ILK - أنواع العمود والأسطوانة - مخصص لصهر النحاس والسبائك القائمة على النحاس.
تم تصميم خلاط ILKM لحمل النحاس والسبائك النحاسية والتسخين الزائد وصبها.
تم تصميم فرن IAK لصهر الألمنيوم وسبائكه.
تم تصميم خلاط IAKR للتسخين الزائد والحفاظ على درجة حرارة ثابتة للألمنيوم السائل وصبه مباشرة في قوالب الصب.
تم تصميم فرن ICC لصهر الزنك الكاثود.
تم تصميم خلاط ICHKM - أنواع العمود والأسطوانة - للإمساك بالحديد الزهر السائل، والتسخين الزائد، وصبه؛ ويمكن أن يعمل جنبًا إلى جنب مع أفران القبة أو أفران البوتقة الحثية، أو أفران القوس (عملية مزدوجة)2.
تم تصميم خلاط التوزيع ICHKR للتسخين الزائد، والحفاظ على درجة حرارة ثابتة للحديد الزهر السائل وصبه مباشرة في قوالب الصب؛ وهو يعمل جنبًا إلى جنب مع آلات الصب وناقلات الصب.
يمكن أن تعمل أفران القنوات بشكل مستقل عن طريق الصب الدوري للمعادن المنصهرة أو السبائك أو كجزء من وحدات توزيع الصهر. على سبيل المثال، تتكون وحدة ILKA-6 من فرن ILK-6 (القدرة المفيدة 6 طن، استهلاك الطاقة 1264 كيلووات، الجهد 475 فولت)، ومزلق الفائض وخلاط ILKM-6 (القدرة المفيدة 6 طن، استهلاك الطاقة 500 كيلووات) ، الجهد 350 فولت). تم تصميم هذه الوحدة لصهر النحاس وسبائكه وصبها بشكل شبه مستمر إلى سبائك مستديرة ومسطحة. تتكون وحدة ILKA-16M2 من فرنين ILK-16M2 (القدرة المفيدة 16 طن، استهلاك الطاقة 1656 كيلووات، الجهد 475 فولت)، نظام مزالق الفائض الساخن وخلاط ILKM-16M2 (القدرة المفيدة 16 طن، استهلاك الطاقة 500 كيلووات) ، الجهد 350 فولت)، مصمم للصهر المستمر وصب النحاس عالي الجودة الخالي من الأكسجين على قضيب سلكي.
ل المزايا الرئيسيةيمكن تصنيف أفران مجاري الحث على أنها
1. الحد الأدنى من النفايات (الأكسدة) وتبخر المعدن، حيث أن التسخين يحدث من الأسفل. لا يوجد وصول للهواء إلى الجزء الأكثر تسخينًا من الذوبان الموجود في القنوات، كما أن درجة حرارة سطح المعدن في الحمام منخفضة نسبيًا.
2. انخفاض استهلاك الطاقة لصهر المعادن وارتفاع درجة حرارتها وحملها. يتمتع فرن القناة بكفاءة كهربائية عالية بسبب استخدام دائرة مغناطيسية مغلقة.
وفي الوقت نفسه، تكون الكفاءة الحرارية للفرن مرتفعة أيضًا، نظرًا لأن الجزء الأكبر من الذوبان يوجد في حمام به بطانة سميكة عازلة للحرارة.
2 ينصح باستخدام العمليات المزدوجة للصهر في وحدتي صهر مختلفتين عند الاستفادة الكاملة من مزايا كل فرن مثل الطاقة والحرارة والتشغيلية والاقتصادية وغيرها. على سبيل المثال، عند الذوبان في فرن القبة، تصل الكفاءة أثناء الذوبان إلى 60%، وأثناء التسخين الزائد تصل إلى 5% فقط. في فرن الحث، تكون الكفاءة أثناء الذوبان منخفضة، ولا تزيد عن 30٪، وأثناء ارتفاع درجة الحرارة تكون مرتفعة - حوالي 60٪، وبالتالي فإن توصيل القبة بفرن الحث يوفر ميزة واضحة في استخدام الطاقة الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأفران الحث إنتاج معدن بتركيبة كيميائية أكثر دقة ودرجة حرارة أكثر استقرارًا من أفران القبة وأفران القوس الكهربائي.
3. تجانس التركيب الكيميائي للمعدن الموجود في الحمام بسبب دوران الصهر الناتج عن القوى الكهروديناميكية والحرارية. يساعد التداول أيضًا على تسريع عملية الذوبان.
ل العيوب الرئيسيةتشمل أفران الحث القناة:
1. ظروف العمل الصعبة لبطانة القناة – الحجر السفلي. تتناقص متانة هذه البطانة مع زيادة درجة حرارة الذوبان، عند صهر السبائك التي تحتوي على مكونات نشطة كيميائيا (على سبيل المثال، البرونز المحتوي على القصدير والرصاص). ومن الصعب أيضًا صهر الشحنات الملوثة منخفضة الجودة في هذه الأفران بسبب النمو الزائد للقنوات.
2. الحاجة إلى الاحتفاظ دائمًا (حتى أثناء فترات الراحة الطويلة في العمل) بكمية كبيرة نسبيًا من المعدن المنصهر في الفرن. يؤدي التصريف الكامل للمعدن إلى تبريد حاد لبطانة القناة وتشققها. ولهذا السبب، فإن الانتقال السريع من درجة واحدة من السبائك المنصهرة إلى درجة أخرى أمر مستحيل أيضًا. في هذه الحالة، من الضروري إجراء سلسلة من ذوبان انتقال الصابورة. ومن خلال تحميل شحنة جديدة تدريجيًا، يتغير تركيب السبيكة من التركيبة الأصلية إلى التركيبة المطلوبة.
3. الخبث الموجود على سطح الحمام له درجة حرارة منخفضة. وهذا يجعل من الصعب إجراء العمليات المعدنية اللازمة بين المعدن والخبث. لنفس السبب، وأيضًا بسبب انخفاض دوران المادة المنصهرة بالقرب من السطح، يكون من الصعب ذوبان الرقائق والخردة الخفيفة.
2.2. مبدأ التشغيل لفرن القناة التعريفي
يشبه مبدأ تشغيل فرن القناة التعريفي مبدأ تشغيل محول الطاقة الذي يعمل في وضع الدائرة القصيرة. ومع ذلك، فإن المعلمات الكهربائية للفرن الكهربائي ذو القناة والمحول التقليدي تختلف بشكل ملحوظ. هذا بسبب الاختلاف في تصميماتهم. من الناحية الهيكلية، يتكون الفرن (الشكل 2.1) من حمام مبطن 2، حيث يتم وضع الكتلة الكاملة تقريبًا من المعدن المنصهر 3، ووحدة تحريضية تقع أسفل الحمام.
يتصل الحمام بقناة الذوبان 5، المملوءة أيضًا بالذوبان. يشكل الذوبان في القناة والمنطقة المجاورة للحمام حلقة موصلة مغلقة.
يُطلق على نظام الدائرة المغناطيسية الحثية اسم محول الفرن.
أرز. 2.1. بناء فرن قناة الحث من نوع العمود
تجمع وحدة الحث بين محول الفرن وحجر الموقد مع القناة.
المحث هو اللف الأساسي للمحول، ودور اللف الثانوي يلعبه المعدن المنصهر الذي يملأ القناة ويقع في الجزء السفلي من الحمام.
يؤدي التيار المتدفق في الدائرة الثانوية إلى تسخين المصهور، في حين يتم إطلاق كل الطاقة تقريبًا في قناة ذات مقطع عرضي صغير (يتم امتصاص 90-95٪ من الطاقة الكهربائية الموردة للفرن في القناة). يتم تسخين المعدن بسبب الحرارة وانتقال الكتلة بين القناة والحمام.
حركة المعدن ترجع إلى
بشكل رئيسي عن طريق القوى الكهروديناميكية الناشئة في القناة، وبدرجة أقل عن طريق الحمل الحراري المرتبط بارتفاع درجة حرارة المعدن في القناة فيما يتعلق بالحمام. يقتصر ارتفاع درجة الحرارة على قيمة معينة مسموح بها تحد من الطاقة المسموح بها في القناة.
يتطلب مبدأ تشغيل فرن القناة وجود دائرة ثانوية مغلقة باستمرار. لذلك، يُسمح فقط بالتصريف الجزئي للمعدن المنصهر والتحميل الإضافي للكمية المقابلة من الشحنة الجديدة. تعمل جميع أفران القنوات بسعة متبقية، والتي عادة ما تكون 20 - 50٪ من سعة الفرن الكاملة وتضمن ملء القناة بشكل مستمر بالمعدن السائل. لا يسمح بتجميد المعدن الموجود في القناة، أثناء الإغلاق بين الذوبان، يجب الحفاظ على المعدن الموجود في القناة في حالة منصهرة.
يحتوي فرن الحث على القناة على الاختلافات التالية عن محولات الطاقة:
1) يتم دمج اللف الثانوي مع الحمل وله دورة واحدة فقط N 2 بارتفاع صغير نسبيًا مقارنة بارتفاع اللف الأولي مع عدد اللفات N 1 (الشكل 2.2) ؛
2) يقع المنعطف الثانوي - القناة - على مسافة كبيرة نسبيًا من المحث، حيث إنه مفصول عنه ليس فقط بالكهرباء، ولكن أيضًا بالعزل الحراري (فجوة هوائية وبطانة). في هذا الصدد، فإن تدفقات التسرب المغناطيسي للمحرِّض والقناة تتجاوز بشكل كبير تدفقات التسرب للملفات الأولية والثانوية لمحولات الطاقة التقليدية بنفس القدرة، وبالتالي فإن قيم مفاعلة التسرب لفرن قناة الحث أعلى من تلك من المحول. وهذا بدوره يؤدي إلى حقيقة أن أداء الطاقة لفرن قناة الحث - الكفاءة الكهربائية وعامل الطاقة - أقل بشكل ملحوظ من أداء المحول التقليدي.
ص 2 ′ , × 2 ′
ص 1، × 1
أرز. 2.2. رسم تخطيطي لفرن قناة الحث
المعادلات الأساسية (المعادلة الحالية ومعادلات الحالة الكهربائية) لفرن قناة الحث تشبه المعادلات الخاصة بالمحول الذي يعمل في وضع الدائرة القصيرة (بدون جهد
ش 2):
أنا & 1 = أنا & 10 + (− أنا & 2′ ) ;
U & 1 = (− E & 1 ) + R 1I & 1 + jX 1I & 1 ;
E 2 ′ = R 2 ′I & 2 ′ + jX 2 ′I & 2 ′ .
يظهر الشكل 1 الدائرة المكافئة والمخطط المتجه لفرن قناة الحث. 2.3.
أرز. 2.3. الدائرة المكافئة ومخطط المتجهات:
U 1 - الجهد على مغو. أنا 1 - التيار في المحث. أنا 10 - تيار عدم التحميل في المحث؛ I 2′ - انخفاض التيار في قناة الفرن؛ E 1 - EMF الحث الذاتي (الناجم عن التدفق الرئيسي في ملف الحث) ؛ E 2 ′ - المجالات الكهرومغناطيسية للحث المتبادل (الناجم عن التدفق الرئيسي في قناة الفرن) ؛ - معلمات مغو. - معلمات القناة
تعتبر الحركة المكثفة للمعادن المنصهرة من القنوات إلى الحمام وفي الاتجاه المعاكس ذات أهمية قصوى، حيث يتم إطلاق كل الحرارة تقريبًا في القنوات. في حدوث تداول المعادن يلعب الحمل الحراري دوراً معيناً، يرتبط بارتفاع درجة حرارة المعدن في القنوات، ولكن العامل الرئيسي هو
rom هو التفاعل الكهروديناميكي للتيار في القناة مع تدفق التسرب المغناطيسي الذي يمر بين القناة والمحث (الشكل 2.4).
أرز. 2.4. مخطط تفاعل تيار القناة مع المجال المغناطيسي
يتم توجيه القوى الكهروديناميكية Fr من المحث وإلى المعدن في القناة K مع الاتجاه المحوري للكثافة الحالية في القناة δ z. مخلوق
ويكون الضغط صفراً على السطح الداخلي للقناة والحد الأقصى على سطحها الخارجي. نتيجة لذلك، يتم دفع المعدن إلى الحمام من فم القناة على طول جدارها الخارجي ويتم امتصاصه في القناة على طول جدارها الداخلي (الشكل 2.5، ب). لتعزيز الدورة الدموية، يتم إعطاء أفواه القناة شكلًا مستديرًا، مما يضمن الحد الأدنى من المقاومة الهيدروليكية.
(الشكل 2.5، أ؛ 2.6).
في الحالات التي يكون فيها من الضروري إضعاف الدورة الدموية (على سبيل المثال، عند صهر الألومنيوم)، يتم تصنيع الأفواه دون توسيع، مع مقاومة هيدروليكية عالية.
إن الحركة المعدنية أحادية الاتجاه من خلال القناة والحمام، بدلاً من الدوران المتماثل، تجعل من الممكن تعزيز نقل الحرارة والكتلة، وتقليل ارتفاع درجة حرارة المعدن في القنوات وبالتالي زيادة متانة حجر الموقد. لضمان مثل هذه الحركة المعدنية، تم اقتراح العديد من الحلول التقنية: قنوات لولبية ذات أفواه تفتح في الحمام
ارتفاعات مختلفة، مما يعزز بشكل حاد الحمل الحراري؛ قنوات ذات مقطع عرضي متغير، حيث لا يوجد فقط مكون شعاعي (ضاغط) ولكن أيضًا مكون محوري لقوى التفاعل الكهروديناميكي للتيار في القناة مع المجال المغناطيسي الخاص بها؛ مغناطيس كهربائي إضافي لإنشاء قوة كهروديناميكية تحرك المعدن إلى أعلى القناة المركزية لوحدة الحث المزدوج.
إن استخدام القنوات اللولبية والقنوات ذات المقطع العرضي المتغير على الوحدات أحادية القناة لم يبرر نفسه. يرتبط استخدام مغناطيس كهربائي إضافي بتعقيد الفرن وارتفاع تكلفته، وبالتالي لم يجد سوى استخدام محدود. إن استخدام القنوات ذات المقطع العرضي المتغير على وحدات الحث المزدوج أعطى نتيجة إيجابية. في وحدة مزدوجة بأشكال مختلفة من الأفواه المركزية والجانبية، يتم تحديد الحركة أحادية الاتجاه للمعدن، والتي تكون مكثفة بشكل خاص في غياب تحول الطور بين التدفقات المغناطيسية للمحاثات. يتم استخدام هذه الوحدات عمليًا وتوفر مضاعفة عمر خدمة البطانة.
2.3. تصميم أفران قناة الحث
مع مجموعة واسعة من أنواع أفران الحث القناة، تكون المكونات الهيكلية الرئيسية مشتركة بينها جميعًا: البطانة، محول الفرن، السكن، وحدة التهوية، آلية الإمالة
(الشكل 2.7، 2.8).
أرز. 2.7. فرن الحث بالقناة لصهر سبائك النحاس بوحدة حث ثلاثية الطور (نوع العمود):
1، 2 - بطانة؛ 3 - 5 - محول الفرن؛ 6 - 8 - الجسم؛ 9 - الغلاف؛ 10 – 11 – وحدة التهوية 12 – 13 – آلية الميل
أرز. 2.8. فرن الحث بالقناة (نوع الطبل):
1- الغلاف؛ 2 – آلية الدوران . 3 - البطانة؛ 4 – الوحدة التعريفية. 5- تبريد الهواء لبطانة جزء القناة. 6- إمداد التيار والماء إلى المحاثات
محول الفرن
يتم تحديد تصميم محول الفرن، الذي تتكون عناصره من دائرة مغناطيسية ومحث وقناة، من خلال تصميم الفرن.
العناصر الرئيسية للمحول هي الدائرة المغناطيسية و
يحتوي الفرن الذي يحتوي على وحدة تحريضية واحدة على محول أحادي الطور ذو قلب مغناطيسي مدرع. كما تستخدم على نطاق واسع المحولات ذات النوى المغناطيسية الأساسية. يتم توفير الجهد للملف الأساسي (المحث) من محول ذاتي للإمداد بعدد كبير من خطوات الجهد، مما يسمح لك بتنظيم قوة الفرن. يتم تشغيل المحول الذاتي على الجهد الخطي لشبكة الورشة، عادةً بدون بالون، نظرًا لأن قوة الأفران أحادية الطور صغيرة نسبيًا.
الفرن ذو وحدة الحث المزدوج (الشكل 2.9) عبارة عن حمل ثنائي الطور، تمامًا مثل الفرن الذي يحتوي على وحدتي تحريض منفصلتين أحادي الطور. يتم توصيل المحاثات في نظام ثنائي الطور بشبكة ثلاثية الطور وفقًا لدائرة دلتا مفتوحة، إذا كان هذا لا يسبب عدم تناسق جهد غير مقبول، أو وفقًا لدائرة سكوت، التي تضمن التحميل الموحد للأطوار الثلاثة. من الناحية الهيكلية، تتكون الوحدة المزدوجة من محولين من النوع القضيبي.
قد يحتوي الفرن المزود بوحدة تحريضية ثلاثية الطور على محول ثلاثي الطور أو ثلاثة محولات أحادية الطور. هذا الأخير هو الأفضل، على الرغم من الكتلة الكبيرة للنواة المغناطيسية، لأنه يوفر تجميع وتفكيك أكثر ملاءمة، والذي يجب القيام به بشكل دوري عند تغيير البطانة.
أرز. 2.9. وحدات الحث الموحدة النموذجية القابلة للفصل:
أ - لأفران ILK (طاقة صهر النحاس 300 كيلووات، لصهر النحاس - 350 كيلووات، لوحدة مزدوجة، 600 و 700 كيلووات، على التوالي)؛ ب - لأفران IAK (طاقة 400 كيلوواط)؛ ج - لأفران ICHKM (قدرة 500 كيلووات - وحدة أحادية الطور و1000 كيلووات - وحدة ثنائية الطور)؛
1 - الغلاف؛ 2 - البطانة؛ 3 - القناة؛ 4 – الدائرة المغناطيسية. 5 - مغو
تسمح الوحدات الحثية ثلاثية الطور أو مجموعات الوحدات أحادية الطور، التي يكون عددها مضاعفًا لثلاثة، بتحميل شبكة الإمداد بالتساوي. يتم تشغيل الأفران متعددة الأطوار من خلال تنظيم المحولات الذاتية.
يتكون القلب المغناطيسي لمحول الفرن من صفائح الفولاذ الكهربائية، والنير قابل للإزالة بسبب التجميع والتفكيك المنتظم.
يكون الشكل المقطعي للقضيب عند طاقة المحولات المنخفضة مربعًا أو مستطيلًا، وعند قوة كبيرة يكون على شكل متقاطع أو متدرج.
المحث عبارة عن ملف حلزوني مصنوع من الأسلاك النحاسية. عادة، يحتوي ملف الحث على مقطع عرضي دائري. ومع ذلك، في الأفران ذات المحيط المستطيل لقناة الصهر، يمكن أن يتبع ملف الحث شكله. يحدد قطر المحث الذي تم الحصول عليه من الحساب الكهربائي أبعاد النواة الموجودة بداخله.
يعمل محول الفرن في ظروف درجات الحرارة الصعبة. إنه يسخن ليس فقط بسبب الفقد الكهربائي في النحاس والفولاذ، مثل المحول التقليدي، ولكن أيضًا بسبب الفقد الحراري من خلال بطانة قناة الذوبان. لذلك، يتم دائمًا استخدام التبريد القسري لمحول الفرن.
قام مغو فرن القناة بتبريد الهواء أو الماء بالقوة. عند تبريده بالهواء، يكون المحث مصنوعًا من سلك لف نحاسي مستطيل، ويبلغ متوسط كثافة التيار 2.5 - 4 أمبير/مم2. لتبريد المياه، يتم استخدام محث مصنوع من أنبوب نحاسي جانبي، ويفضل أن يكون غير متساوٍ، بسمك جدار العمل (المواجه للقناة) من 10 إلى 15 مم؛ يصل متوسط كثافة التيار إلى 20 أمبير/مم2. يتكون المحث، كقاعدة عامة، من طبقة واحدة، وفي حالات نادرة - طبقة من طبقتين. هذا الأخير أكثر تعقيدًا في التصميم وله عامل طاقة أقل.
لا يتجاوز الجهد المقنن للمحث 1000 فولت ويتوافق غالبًا مع جهد الشبكة القياسي (220 أو 380 أو 500 فولت). يبلغ جهد الدوران عند الطاقة المنخفضة لوحدة الحث 7 - 10 فولت، وعند الطاقة العالية يزيد إلى 13 - 20 فولت. وعادة ما يكون شكل لفات المحث دائريًا، فقط في أفران صهر الألومنيوم، التي تتكون قنواتها من المقاطع المستقيمة، ويكون القلب دائمًا مستطيلًا. كما أن المقطع العرضي ومنعطفات المحرِّض تكون مستطيلة. يتم عزل المحث بشريط لاصق أو شريط الأسبستوس أو شريط الألياف الزجاجية. يوجد بين المحث والقلب أسطوانة عازلة بسمك 5-10 مم مصنوعة من الباكليت أو الألياف الزجاجية. يتم تثبيت الاسطوانة في القلب باستخدام أسافين خشبية مدفوعة.
عندما لا يتم تشغيل الفرن بواسطة محول طاقة خاص قابل للتعديل، يتم عمل الصنابير من عدة لفات خارجية للمحث. من خلال تطبيق جهد الإمداد على الصنابير المختلفة، يمكنك تغيير نسبة التحويل لمحول الفرن وبالتالي التحكم في كمية الطاقة المنبعثة في القناة.
جسم الفرن
عادة، يتكون جسم الفرن من إطار، وغطاء حمام، وغطاء وحدة الحث. يمكن جعل غلاف الحمام للأفران ذات السعة الصغيرة، وأفران الأسطوانة ذات الطاقة الكبيرة أيضًا، متينًا للغاية و
جامدة، مما يسمح لك بالتخلي عن الإطار. يجب أن تكون هياكل الإسكان وأدوات التثبيت مصممة لتحمل الأحمال التي تحدث عند إمالة الموقد لتوفير الصلابة اللازمة في الوضع المائل.
يتكون الإطار من عوارض على شكل فولاذي. ترتكز مجلات محور الميل على محامل مثبتة على دعامات مثبتة على الأساس. يتكون غلاف الحمام من صفائح الفولاذ بسمك 6-15 ملم ومجهز بأضلاع مقوية.
يعمل غلاف وحدة الحث على توصيل حجر الموقد ومحول الفرن في عنصر هيكلي واحد. لا تحتوي الأفران المكونة من غرفتين على غلاف منفصل لوحدة الحث، فهي جزء لا يتجزأ من غلاف الحمام. يغطي غلاف وحدة الحث المحث، وبالتالي، لتقليل خسائر التيار الدوامي، فهو مصنوع من نصفين مع حشية عازلة بينهما. يتكون ذراع التسوية من براغي مجهزة ببطانات عازلة وغسالات. بنفس الطريقة، يتم ربط غلاف وحدة الحث بغلاف الحمام.
يمكن صب أو لحام أغلفة الوحدات الحثية، وغالبًا ما تكون ذات أضلاع مقوية. يفضل استخدام السبائك غير المغناطيسية كمواد للأغلفة. تحتوي الأفران ذات الحجرة المزدوجة على غلاف مشترك واحد للحمام ووحدة الحث.
وحدة التهوية
في الأفران ذات السعة الصغيرة التي لا تحتوي على تبريد مائي، تعمل وحدة التهوية على إزالة الحرارة من المحث وسطح فتحة حجر الموقد، والتي يتم تسخينها بواسطة التوصيل الحراري من المعدن المنصهر في قنوات متقاربة. إن استخدام مغو مبرد بالماء لا يلغي الحاجة إلى تهوية فتحة حجر الموقد لتجنب ارتفاع درجة حرارة سطحه. على الرغم من أن وحدات الحث القابلة للإزالة الحديثة لا تحتوي فقط على محاثات مبردة بالماء، ولكن أيضًا أغلفة مبردة بالماء وفتحات حجر الموقد (أ)
غواص مبرد مسبقًا)تعد وحدة التهوية عنصرًا إلزاميًا في معدات فرن مجاري الهواء.
غالبًا ما يتم تركيب المراوح ذات المحركات الدافعة على إطار الفرن. في هذه الحالة، يتم توصيل المروحة بصندوق يقوم بتوزيع الهواء من خلال فتحات التهوية، وهو مجرى هواء قصير وصلب. يمكن أن يكون وزن وحدة التهوية كبيرًا، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الحمل على آلية إمالة الفرن. لذلك يتم استخدام ترتيب آخر يتم فيه تركيب المراوح بجوار الفرن وربطها به بخراطيم مرنة تسمح بالإمالة. بدلاً من الخراطيم المرنة، يمكن استخدام قناة هواء، تتكون من قسمين صلبين، مفصليين باستخدام وصلة دوارة على طول امتداد محور الميل، والذي يسمح أيضًا بقلب الفرن. مع هذا الترتيب، يتم تقليل الحمل على آلية الإمالة، ولكن تصميم مجاري الهواء يصبح أكثر تعقيدًا وتتشوش المساحة المحيطة بالموقد.
الأفران ذات وحدات الحث القابلة للإزالة مجهزة بمراوح فردية لتبريد كل وحدة. يمكن أن يؤدي فشل المروحة إلى فشل الفرن. لذلك، يجب أن تحتوي وحدة التهوية على مروحة احتياطية، جاهزة للتنشيط الفوري، ومفصولة عن مجرى الهواء بواسطة مخمد. الاستثناء هو الأفران ذات المراوح الفردية الموجودة على وحدات الحث. المراوح الفردية صغيرة الحجم والوزن، وفي حالة حدوث عطل، يمكن استبدالها بسرعة كبيرة، لذلك ليست هناك حاجة لتركيب مراوح احتياطية على الفرن.
الأفران ذات وحدات الحث القابلة للإزالة مجهزة بمراوح فردية لتبريد كل وحدة.
آلية الميل
عادة ما تكون أفران القنوات ذات السعة الصغيرة (ما يصل إلى 150-200 كجم) مجهزة بآلية إمالة مدفوعة يدويًا، حيث يمر محور الميل بالقرب من مركز ثقل الفرن.
الأفران الكبيرة مجهزة بآليات إمالة هيدروليكية. يقع محور الإمالة عند جورب التصريف.
تتم إمالة أفران الأسطوانة عن طريق الدوران حول محور موازٍ للمحور الطولي للحمام. عندما يكون الفرن في وضع عمودي، فإن فتحة الصنبور تقع فوق مستوى المعدن السائل، وعندما يتم تشغيل الفرن على بكرات، تظهر تحت مرآة الحمام. لا يتغير موضع فتحة الصنبور بالنسبة للمغرفة أثناء عملية تصريف المعدن، حيث أن فتحة الصنبور تقع في وسط قرص الدعم، على محور الدوران.
يجب أن يسمح أي نوع من آليات الإمالة بتصريف جميع المعادن من الفرن.
2.4. بطانة أفران قناة الحث
تعتبر بطانة فرن القناة أحد العناصر الرئيسية والحاسمة التي تعتمد عليها العديد من المؤشرات الفنية والاقتصادية والإنتاجية وموثوقية تشغيلها. هناك متطلبات مختلفة لبطانة حمام الفرن ووحدات الحث (حجر الموقد). يجب أن تتمتع بطانة الحمام بمقاومة عالية وعمر خدمة طويل، نظرًا لأن تكلفة مواد البطانة مرتفعة، وقد يستغرق الوقت اللازم لاستبدالها وتجفيفها عدة أسابيع. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتمتع بطانة حمام الفرن بخصائص عزل حراري جيدة من أجل زيادة الكفاءة الحرارية للفرن.
يجب أن يكون للمواد المستخدمة في تبطين الحمام حجم ثابت أثناء إطلاق النار وأن يكون لها معامل درجة حرارة أدنى.
التوسع (t.k.r.) عند تسخينه، للقضاء على احتمال الضغوط الحرارية والميكانيكية الخطيرة.
يجب أن تتحمل الطبقة المقاومة للحرارة لبطانة الحمام الأحمال الحرارية والكيميائية والميكانيكية العالية. يجب أن تتمتع المواد المقاومة للحرارة المستخدمة لهذا الغرض بكثافة عالية ومقاومة للحريق ومقاومة الخبث ومقاومة حرارية وقوة ميكانيكية عالية.
مع أعمال البطانة عالية الجودة باستخدام الحراريات المناسبة، تصل متانة حمام الفرن للحديد الزهر الساخن إلى عامين، ولصهر سبائك النحاس - حتى ثلاث سنوات.
يتم تشغيل بطانة جزء قناة الفرن (الحجر السفلي) في ظل ظروف أكثر قسوة من بطانة الحمام، لأنها تعمل تحت ضغط هيدروستاتيكي عالي للعمود المعدني. درجة حرارة المعدن في القناة أعلى منها في حمام الفرن. تؤدي حركة المعادن الناتجة عن التدفق المغناطيسي إلى التآكل الميكانيكي السريع للمواد المقاومة للحرارة في أفران الحديد الزهر وسبائك النحاس. في قنوات أفران صهر الألومنيوم، تؤدي المجالات المغناطيسية إلى تشكل طبقات من أكاسيد الألومنيوم في منطقة معينة وتساهم في نمو القنوات بشكل زائد.
يجب أن تكون سماكة بطانة فرن القناة (حجر الموقد) في أدنى حد ممكن، حتى لا تضعف أداء الطاقة في الفرن. يؤدي سمك صغير في بعض الأحيان إلى إضعاف مفرط للقوة الميكانيكية للبطانة وإلى اختلافات عالية في درجات الحرارة عبر سمك البطانة بين الجدران الخارجية والداخلية للقناة، مما يتسبب في تكوين الشقوق. تتوافق درجة حرارة الجدران الداخلية للقناة مع درجة حرارة المعدن المسخن للغاية، ويتم تبريد الجدران الخارجية بواسطة أسطوانة مبردة بالماء أو تيار من الهواء البارد.
أحد الأسباب الرئيسية لفشل البطانة هو اختراق المعدن المنصهر من القناة الحجرية السفلية إلى المحث والغلاف من خلال الشقوق الموجودة في البطانة. هناك عامل إضافي في تكوين الشقوق وهو تشريب جدران القناة بأكاسيد معدنية أو خبث، مما يسبب ضغطًا إضافيًا. يتم استخدام أفضل المواد المقاومة للحرارة وأحدث التقنيات لتبطين الحجر السفلي.
تنقسم المواد المقاومة للحرارة المستخدمة في تبطين أفران الصهر الكهربائية، حسب طبيعتها الكيميائية، إلى حمضية، وقاعدية
ومحايدة.
ل وتشمل المواد الحرارية الحمضية المواد المملوءة بالسيليكا
كتل تحتوي على نسبة عالية من أكسيد السيليكون (97 - 99٪ SiO2)، والدينا، بالإضافة إلى الطين الناري الذي يحتوي على أكسيد السيليكون غير المرتبط بالألومينا (Al2 O3< 27 % ).
ل تشمل المواد الأساسية الحراريات التي تتكون أساسًا من أكاسيد المغنيسيوم أو الكالسيوم (المغنسيت، والمغنسيت-كروميت، والبيريكلاز-الإسبنيل، والبيريكلاز، والدولوميت).
ل تشمل المواد المقاومة للحرارة المحايدة تلك الحراريات التي تتميز بمحتوى سائد من أكاسيد مذبذبة من الألومنيوم والزركونيوم وأكسيد الكروم (الكوراندوم والموليت والكروميت والزركون والباكور).
في في بطانة أفران القنوات الحثية، يجب أن تتمتع المواد المقاومة للحرارة أولاً وقبل كل شيء بمقاومة للحريق تتجاوز درجة حرارة المعدن المنصهر، لأنه عند درجات حرارة تقترب من درجة حرارة المقاومة للحرارة، تبدأ هذه المواد في التليين وتفقد قوتها الهيكلية. يتم أيضًا تقييم جودة المواد المقاومة للحرارة من خلال قدرتها على تحمل الأحمال في درجات الحرارة المرتفعة.
غالبًا ما يتم تدمير البطانة المقاومة للحرارة نتيجة للتفاعل الكيميائي مع الخبث والمعادن المنصهرة في الفرن. تعتمد درجة تدميرها على التركيب الكيميائي للمعدن الذي يعمل على البطانة، ودرجة حرارتها، وكذلك على التركيب الكيميائي للبطانة ومساميتها.
عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، فإن معظم الحراريات تنخفض في الحجم بسبب التلبيد الإضافي والضغط. يزداد حجم بعض المواد المقاومة للحرارة (الكوارتزيت والسيليكا وغيرها). يمكن أن تؤدي التغيرات المفرطة في الحجم إلى تشقق البطانة وتورمها وحتى فشلها، لذلك يجب أن يكون حجم المواد المقاومة للحرارة ثابتًا عند درجات حرارة التشغيل.
تؤدي التغيرات في درجات الحرارة أثناء التسخين وخاصة أثناء تبريد الأفران إلى تشقق المادة المقاومة للحرارة بسبب عدم مقاومتها للحرارة الكافية، وهو أحد أهم العوامل التي تحدد عمر خدمة بطانة أفران الحث.
في ومن الناحية العملية، نادرا ما نواجه التأثير المعزول لواحد فقط من العوامل المدمرة المذكورة.
في حاليًا، لا توجد مواد حرارية تجمع بين جميع خصائص الأداء اللازمة لخدمة البطانة المستدامة في أفران الصهر بالحث. ويتميز كل نوع من المواد المقاومة للحرارة بخصائصه المتأصلة، والتي على أساسها يتم تحديد مساحة استخدامه الرشيد.
من أجل الاختيار الصحيح والاستخدام الفعال للمواد المقاومة للحرارة في أفران معينة، من الضروري معرفة التفاصيل، من ناحية، جميع الخصائص الأكثر أهمية للمادة، ومن ناحية أخرى، شروط خدمة البطانة.
وفقًا للتصنيف، يتم تقسيم جميع المنتجات الحرارية وفقًا للمعايير التالية:
1) حسب درجة مقاومة الحريق - لمقاومة الحريق (من 1580 إلى 1770 درجة مئوية)، شديدة المقاومة للحرارة (من 1770 إلى 2000 درجة مئوية) وأعلى درجة حرارية (أعلاه)
2000 درجة مئوية)؛
2) في الشكل والحجم - بالنسبة للطوب العادي "المستقيم" و"الإسفيني"، تكون المنتجات ذات الشكل البسيط والمعقد وخاصة المعقدة والخرسانة المقاومة للحرارة ذات الكتلة الكبيرة والمتجانسة، والتي تعد أيضًا حراريات غير مشتعلة؛
3) بطريقة التصنيع - للمنتجات التي يتم الحصول عليها عن طريق قولبة البلاستيك (الضغط)، والضغط شبه الجاف، والضغط من الكتل الجافة وشبه الجافة المسحوقة غير البلاستيكية، والصب المنزلق
ra وذوبان، تهتز من الخرسانة المقاومة للحرارة، ونشر من الكتل والصخور المنصهرة؛
4) وفقًا لطبيعة المعالجة الحرارية - المصبوب غير المحترق والمحرق والمذاب؛
5) حسب طبيعة مساميتها (كثافتها) - خاصة الكثيفة والمتكلسة
مسامية أقل من 3%، عالية الكثافة مع مسامية 3 - 10%، كثيفة مع مسامية 10 - 20%، عادية مع مسامية 20 - 30%، خفيفة الوزن، عازلة للحرارة مع مسامية 45 - 85%.
2.5. ملامح أفران القناة لصهر المعادن المختلفة
أفران صهر النحاس وسبائكه
درجة حرارة صب النحاس هي 1230 درجة مئوية، وبالتالي فإن ارتفاع درجة حرارة المعدن لا يؤدي إلى انخفاض كبير في عمر خدمة حجر الموقد، والطاقة المحددة
يجب ألا تزيد الكثافة في القنوات عن 50 10 6 وات / م 3 .
وبالنسبة للنحاس تكون درجة حرارة الصب حوالي 1050 درجة مئوية، ولا تزيد الطاقة النوعية في القنوات عن (50 - 60) 106 وات/م3. مع أكبر
كثافة الطاقة، ويحدث ما يسمى بنبض الزنك، والذي يتكون من انقطاع التيار في القنوات. الزنك، الذي تكون درجة انصهاره أقل من درجة انصهار النحاس، يغلي في القنوات عندما يذوب النحاس. وترتفع أبخرتها على شكل فقاعات إلى فتحات القنوات، حيث تتكثف عند ملامستها للمعادن الباردة. يؤدي وجود الفقاعات إلى تضييق المقطع العرضي للقناة، وبالتالي إلى زيادة كثافة التيار فيها وزيادة قوى الضغط الكهروديناميكي للمعدن في القناة بواسطة المجال المغناطيسي الخاص بها حاضِر. عند قوة معينة أعلى من المشار إليها، يحدث غليان شديد للزنك، وينخفض المقطع العرضي للعمل بشكل كبير، ويتجاوز الضغط الكهروديناميكي الضغط الهيدروستاتيكي للعمود المعدني فوق القناة، ونتيجة لذلك يصبح المعدن مقروصًا ويتوقف التيار . بعد الانقطاعات الحالية، تختفي القوى الكهروديناميكية، وتطفو الفقاعات، وبعد ذلك يتم استئناف التدفق الحالي، وتحدث الانقطاعات الحالية 2-3 مرات في الثانية، مما يؤدي إلى تعطيل التشغيل العادي للفرن.
عند قوة معينة أقل من المحددة، يبدأ نبض الزنك
يحدث هذا عندما يتم تسخين الحمام بأكمله إلى درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية ويكون بمثابة إشارة إلى أن النحاس جاهز للصب.
لصهر النحاس وسبائكه، يتم استخدام أفران العمود، وعندما يزيد التحميل عن 3 أطنان، يتم استخدام أفران الأسطوانة والخلاطات. يبلغ عامل القدرة لصهر النحاس حوالي 0.5؛ عند ذوبان البرونز والنحاس - 0.7؛ عند صهر سبائك النحاس والنيكل - 0.8.
أفران صهر الألمنيوم وسبائكه
ترتبط ميزات أفران القنوات لصهر الألومنيوم وسبائكه (الشكل 2.10، 2.11) بالأكسدة السهلة للألمنيوم وخصائص أخرى
خصائص المعدن وأكسيده. الألومنيوم لديه نقطة انصهار تبلغ 658 درجة مئوية،
صب عند حوالي 730 درجة مئوية. إن الكثافة المنخفضة للألمنيوم السائل تجعل التداول المكثف للمصهور غير مرغوب فيه، حيث أن الشوائب غير المعدنية، المنقولة إلى عمق الحمام، تطفو ببطء شديد.
أرز. 2.10. منظر عام للفرن الكهربائي ذو القناة الحثية IA-0.5 لصهر الألومنيوم وسبائك الألومنيوم
(سعة الفرن المفيدة 500 كجم، السعة المتبقية 250 كجم، قوة الفرن 125 كيلو وات):
1 – غطاء مع آلية الرفع. 2 - الغلاف العلوي. 3 - الغلاف السفلي. 4 – الدائرة المغناطيسية. 5 – تركيب المروحة . 6 - المكبس. 7 - محامل. 8 - إمدادات المياه. 9 - مغو. 10- البطانة
يتم تغطية الألومنيوم المنصهر في الفرن بطبقة من الأكسيد الصلب، والذي يتم تثبيته على سطحه بسبب التوتر السطحي للألمنيوم، مما يحمي المعدن من المزيد من الأكسدة. ومع ذلك، إذا تم كسر الفيلم المستمر، فإن شظاياه تغرق وتسقط في قاع الحمام، وتسقط في القنوات. أكسيد الألومنيوم نشط كيميائيا، وتعلق شظايا الفيلم، بسبب التفاعل الكيميائي، على جدران القنوات، مما يقلل من المقطع العرضي لها. أثناء التشغيل، تصبح القنوات "متضخمة" ويجب تنظيفها بشكل دوري.
أرز. 2.11. وحدات الحث البديلة لصهر الألومنيوم
مع القنوات المستطيلة: أ - مع إمكانية الوصول إلى القنوات الرأسية والأفقية؛
ب - مع إمكانية الوصول إلى القنوات العمودية
خصائص الألومنيوم وأكسيده تجبرهم على العمل بكثافة طاقة منخفضة في القنوات. في هذه الحالة يتم تقليل ارتفاع درجة حرارة المعدن في القنوات، ويتم الحفاظ على درجة الحرارة على السطح عند الحد الأدنى، مما يضعف الأكسدة، والتي يزيد معدلها مع زيادة درجة الحرارة.
عند الطاقة النوعية المنخفضة، ينخفض تداول المعادن، مما يساعد على الحفاظ على طبقة الأكسيد وتقليل عدد الشوائب غير المعدنية.
من المستحيل ضمان سلامة فيلم الأكسيد، لأنه يتم تدميره عند تحميل الشحنة. خلال فترة الذوبان، يحدث تشقق الفيلم بشكل رئيسي بسبب دوران المعادن. لذلك، في أفران صهر الألمنيوم، يتم اتخاذ تدابير لإضعافه، خاصة في الجزء العلوي من الحمام: يتم تقليل الطاقة النوعية في القنوات، وغالبًا ما يتم استخدام ترتيب أفقي للقنوات، وعندما يتم ترتيبها عموديًا، يتم يتم زيادة عمق الحمام، ويتم الانتقال من القناة إلى الحمام في الزاوية اليمنى، مما يزيد من المقاومة الهيدروليكية لفم القناة. يتمتع الترتيب الأفقي للقنوات أيضًا بميزة أنه يجعل من الصعب على أجزاء الفيلم الدخول إلى القنوات، لكنه لا يزيلها تمامًا، حيث يمكن حمل الأجزاء إلى القنوات عن طريق تداول المعدن.
تتكون قنوات أفران صهر الألمنيوم من مقاطع مستقيمة مما يجعلها أسهل في التنظيف.
يؤثر فرط نمو القناة على الوضع الكهربائي عندما يصبح حجمها مساوياً تقريباً لعمق اختراق التيار في المعدن، والذي بالنسبة للألمنيوم المنصهر عند تردد 50 هرتز يساوي 3.5 سم، لذلك من أجل تنظيف القنوات بشكل أقل ، يتم أخذ حجم قناة شعاعية من 6-10 سم بالنسبة للمقطع الأفقي، الذي يصعب تنظيفه بشكل خاص، خذ الحجم الشعاعي لقناة هذا القسم ليكون تقريبًا (1.3 - 1.5) d2. يتم تنظيف المقاطع الرأسية مرة واحدة تقريبًا في كل وردية عمل،
أفقي - مرة واحدة في اليوم.
جنبا إلى جنب مع استخدام أفران الأنواع الهيكلية الأخرى، يتم استخدام أفران من غرفتين. يمكن أن تكون أحادية الطور مع قناتين تربط الحمامات، أو ثلاثية الطور مع أربع قنوات. يتم عمل ثقوب في جدران الحمامات على طول محاور القنوات لتنظيف القنوات مغلقة بسدادات طينية. يتم التنظيف بعد استنزاف المعدن.
بسبب المقطع العرضي الكبير للقنوات، فإن عامل الطاقة منخفض، فهو 0.3 - 0.4.
أفران صهر الزنك
في أفران القناة، يتم صهر الزنك عالي النقاء بالكاثود، والذي لا يحتاج إلى تكرير. يتحد الزنك المنصهر ذو السيولة العالية مع مواد البطانة. نظرًا لأن عملية تشريب البطانة بالزنك تتسارع مع زيادة الضغط الهيدروستاتيكي للمعدن، فإن أفران صهر الزنك تحتوي على حمام مستطيل ذو عمق ضحل ووحدات تحريضية ذات قنوات أفقية
(الشكل 2.12) ..
أرز. 2.12. فرن القناة الحثية من النوع ITs-40 بسعة 40 طن لصهر الزنك:
1 - غرفة الانصهار. 2 – غرفة التوزيع 3 – وحدة التعريفي. 4 – تحميل الأسطوانة الناقلة
ينقسم الحمام إلى غرف صهر وصب بواسطة حاجز داخلي يوجد في الجزء السفلي منه نافذة. يتدفق المعدن النقي من خلال النافذة إلى غرفة الصب، وتبقى الشوائب والملوثات الموجودة بالقرب من السطح في غرفة الصهر. تم تجهيز الأفران بأجهزة التحميل والصب وتعمل في وضع مستمر: يتم تحميل الزنك الكاثود في غرفة الصهر من خلال فتحة في السقف، ويتم صب المعدن المعاد صهره في قوالب. يمكن إجراء الصب عن طريق غرف المعدن بمغرفة، أو تحريره من خلال صمام، أو ضخه للخارج باستخدام مضخة. تم تصميم أجهزة التحميل والتفريغ لمنع أبخرة الزنك من دخول الورشة وهي مجهزة بتهوية عادم قوية.
الأفران التي تستخدم وحدات الحث القابلة للإزالة تصنع متأرجحة، في حين أن تلك التي تحتوي على وحدات غير قابلة للإزالة تكون ثابتة. يتم استخدام الميل لاستبدال وحدة الحث دون استنزاف المعدن.
عامل الطاقة لأفران الزنك هو 0.5 - 0.6.
أفران صهر الحديد
تُستخدم أفران القنوات لصهر الحديد كخلاطات في العملية المزدوجة مع أفران القبة والقوس والبوتقة الحثية، مما يسمح بزيادة درجات الحرارة وسبائك وتجانس الحديد قبل الصب. معامل القدرة لأفران صهر الحديد الزهر هو 0.6 - 0.8.
الأفران بسعة تصل إلى 16 طن هي أفران ذات عمود مع وحدة واحدة أو وحدتين قابلتين للإزالة، والأفران ذات السعة الأكبر هي أفران ذات عمود وأسطوانة، مع عدد الوحدات القابلة للإزالة من واحدة إلى أربع.
توجد خلاطات توزيع قنوات خاصة لخدمة ناقلات المسبك. يتم توزيع جزء مداوي من هذا الخلاط إما عن طريق إمالة الفرن، أو عن طريق إزاحة المعدن عن طريق إمداد الغاز المضغوط إلى فرن مغلق.
تحتوي خلاطات القنوات الخاصة بالحديد الزهر على أنظمة تعبئة سيفون وكريم معدني. تخرج قنوات الحشو والمخرج إلى الحمام بالقرب من قاعه، أسفل سطح الذوبان. بفضل هذا المعدن غير ملوث بالخبث. يمكن أن يحدث صب وتصريف المعدن في وقت واحد.
2.6. تشغيل أفران مجاري الحث
تتكون شحنة أفران القنوات من مواد خام نقية ونفايات الإنتاج والسبائك (السبائك المتوسطة). يتم تحميل المكونات المقاومة للحرارة في الفرن أولاً، ثم تلك التي تشكل الجزء الأكبر من السبيكة، وأخيرًا المكونات منخفضة الذوبان. أثناء عملية الذوبان الخليط
يجب أن تنزعج بشكل دوري لتجنب لحام القطع وتشكيل جسر فوق المعدن المنصهر.
عند صهر الألومنيوم وسبائكه، يجب تنظيف المواد المشحونة من الملوثات غير المعدنية، نظرًا لانخفاض كثافة الألومنيوم، يتم إزالتها من المصهور بصعوبة كبيرة. نظرًا لأن الحرارة الكامنة لصهر الألومنيوم عالية، فعندما يتم تحميل كمية كبيرة من الشحنة في الفرن، يمكن أن يتصلب المعدن في القنوات؛ لذلك، يتم تحميل الشحنة على دفعات صغيرة. يجب تقليل الجهد الموجود على المحث في بداية الذوبان؛ ومع تراكم المعدن السائل، يزداد الجهد الكهربي، مما يضمن بقاء الحمام هادئًا وعدم تنكسر طبقة الأكسيد الموجودة على سطحه.
أثناء التوقفات المؤقتة، يتم تحويل فرن القناة إلى وضع الخمول، عندما لا يتبقى فيه سوى كمية من المعدن تضمن ملء القنوات والحفاظ على حلقة معدنية مغلقة في كل منها. يتم الحفاظ على هذه البقايا المعدنية في حالة سائلة. تبلغ الطاقة في هذا الوضع 10-15% من الطاقة المقدرة للفرن.
عند إيقاف الفرن لفترة طويلة، يجب تصريف جميع المعادن منه، لأنه أثناء التصلب والتبريد اللاحق يتمزق في القنوات بسبب الضغط، وبعد ذلك يصبح تشغيل الفرن مستحيلاً. لبدء فرن فارغ، يُسكب فيه المعدن المنصهر، ويجب تسخين حجر الحمام والموقد إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة المنصهر، وذلك لتجنب تشقق البطانة وتصلب المعدن في القنوات. تعتبر عملية تسخين البطانة عملية طويلة، حيث يجب ألا تتجاوز سرعتها عدة درجات في الساعة.
لا يمكن الانتقال إلى تركيبة سبيكة جديدة إلا إذا كانت البطانة مناسبة للسبائك الجديدة من حيث خصائص درجة الحرارة والخصائص الكيميائية. يتم تصريف السبيكة القديمة بالكامل من الفرن ويتم سكب سبيكة جديدة فيها. إذا كانت السبيكة السابقة لا تحتوي على مكونات غير مسموح بها للسبيكة الجديدة، فيمكن الحصول على معدن مناسب أثناء الذوبان الأول. إذا تم احتواء هذه المكونات، فمن الضروري إجراء عدة ذوبان انتقالي، وبعد كل منها يتم تقليل محتوى المكونات غير المرغوب فيها المتبقية في القنوات وعلى جدران الحمام عند تصريف المعدن.
للتشغيل العادي للفرن القناة مع وحدات الحث القابلة للإزالة، من الضروري أن يكون لديك مجموعة كاملة من الوحدات الساخنة في الاحتياطي، جاهزة للاستبدال الفوري. يتم الاستبدال في فرن ساخن مع إيقاف مؤقت لتبريد الوحدة الجاري استبدالها. لذلك يجب أن تتم جميع عمليات الاستبدال بسرعة بحيث لا تزيد مدة انقطاع إمداد مياه التبريد والهواء عن 10 - 15 دقيقة وإلا سيتم تدمير العزل الكهربائي.
تتم مراقبة حالة بطانة الحمام أثناء التشغيل بصريًا. تتم مراقبة القنوات التي يتعذر الوصول إليها للفحص بطريقة غير مباشرة، وذلك عن طريق تسجيل المقاومة النشطة والمتفاعلة لكل مغو، والتي يتم تحديدها من قراءات كيلووات متر ومقياس الطور. المقاومة النشطة، للتقريب الأول، تتناسب عكسيا مع
يعتمد على مساحة المقطع العرضي للقناة، ويتناسب الجزء التفاعلي مع المسافة من القناة إلى المحث. لذلك، مع التوسع الموحد (التآكل) للقناة، تنخفض المقاومة النشطة والمتفاعلة، ومع النمو الموحد للقناة، فإنها تزيد؛ عندما يتم إزاحة القناة نحو المحرِّض، تقل المفاعلة، وعندما يتم إزاحتها نحو الغلاف، فإنها تزداد. واستنادًا إلى بيانات القياس، يتم إنشاء مخططات ورسوم بيانية للتغيرات في المقاومة، مما يسمح للمرء بالحكم على تآكل بطانة القناة. يتم أيضًا الحكم على حالة بطانة فرن القناة من خلال درجة حرارة الغلاف، والتي يتم قياسها بانتظام في العديد من نقاط التحكم. تشير الزيادة المحلية في درجة حرارة الغلاف أو زيادة درجة حرارة الماء في أي فرع من فروع نظام التبريد إلى بداية تدمير البطانة.
تؤدي بطانة الأفران الكهربائية ذات القنوات الحثية وظائف العزل الكهربائي والحراري في نفس الوقت. ومع ذلك، عند ترطيبها (الفرن البارد) أو تشبعها بمواد موصلة للكهرباء (من بيئة غازية أو منصهرة)، تنخفض المقاومة الكهربائية للبطانة بشكل حاد. وهذا يخلق خطر حدوث صدمة كهربائية.
بسبب عطل، قد يحدث اتصال كهربائي بين الأجزاء الحية والأجزاء المعدنية الأخرى للفرن الكهربائي؛ ونتيجة لذلك، قد يتم تنشيط وحدات التجميع، مثل الإطار، التي يتلامس معها الأفراد أثناء التشغيل.
عند تشغيل الأفران الكهربائية والأجهزة والمعدات الكهربائية المضمنة في التركيبات (لوحات التحكم، المحولات، إلخ)، يتم استخدام الوسائل التقليدية للحماية من الصدمات الكهربائية: تأريض الأجزاء المعدنية (إطارات الفرن، المنصات، إلخ)، وسائل العزل الواقية ( القفازات، والمقابض، والحوامل، والمنصات وغيرها)، والأقفال التي تمنع فتح الأبواب حتى يتم إيقاف التثبيت، وما إلى ذلك.
مصدر خطر الانفجار هو المكونات المبردة بالماء (المبلورات والمحاثات والأغلفة وغيرها من عناصر الأفران الكهربائية). في حالة حدوث خلل، يتم كسر ضيقها ويدخل الماء إلى مساحة عمل الفرن؛ تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة، يتبخر الماء بشكل مكثف ويمكن أن يحدث انفجار في فرن مغلق بإحكام نتيجة لزيادة الضغط؛ وفي بعض الحالات، يتحلل الماء، وعندما يدخل الهواء إلى الفرن، يمكن أن يتشكل خليط متفجر. تحدث مثل هذه الحوادث عندما يتم تآكل البطانة الموجودة في أفران الصهر بالحث.
يمكن أن يحدث الانفجار بسبب تراكم المواد القابلة للاشتعال بسهولة في الفرن (الصوديوم والمغنيسيوم وما إلى ذلك) والتي تكونت أثناء العملية التكنولوجية، وكذلك بسبب الشحنة الرطبة. قد يكون مصدر الانفجار عيوب في عناصر الفرن الكهربائي.
أثناء تشغيل الفرن، من الضروري مراقبة الإمداد المستمر بمياه التبريد والهواء ودرجات حرارتهما عند مخرج أنظمة التبريد. عندما ينخفض ضغط الماء أو الهواء، يتم تنشيط المرحلات المقابلة، ويتم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة لوحدة الحث المعيبة، ويتم إعطاء إشارات الضوء والصوت. في حالة انخفاض الضغط في مصدر المياه، يتم نقل الفرن إلى التبريد الاحتياطي من مصدر مياه الإطفاء أو خزان الطوارئ الذي يوفر
إمداد مياه الجاذبية إلى أنظمة تبريد الفرن لمدة 0.5 - 1 ساعة. يؤدي إيقاف الإمداد المتواصل بمياه التبريد والهواء إلى حدوث حالة طوارئ: ذوبان ملف الحث.
يؤدي إيقاف إمداد الماء إلى أغطية البلورات المبردة بالماء إلى حقيقة أن المعدن المسكوب من علبة النقل إلى جهاز التبلور يتجمد في جهاز التبلور، مما يؤدي إلى فشل جهاز التبلور وتعطيل العملية التكنولوجية.
إذا انقطع التيار الكهربائي، فقد يتجمد المعدن الموجود في الفرن، وهو حادث خطير. ولذلك، فمن المستحسن توفير التكرار في أنظمة إمدادات الطاقة لأفران القناة. يجب أن تكون الطاقة الاحتياطية كافية للحفاظ على المعدن الموجود في الفرن في حالة منصهرة.
يؤدي انتهاك بطانة الفرن (لم يتم اكتشافه بالعين المجردة أو بواسطة الأجهزة) إلى حقيقة أن المعدن من الحمام أو جزء القناة من الفرن يدخل إلى محول الفرن، مما قد يؤدي إلى فشل محول الفرن وإلى حالة انفجار.
يتم ضمان سلامة الانفجار من خلال المراقبة الموثوقة لتقدم العملية، والإشارة إلى انتهاكات النظام، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها على الفور، وتعليمات الموظفين.
2.7. موقع معدات المسبك
يشتمل تركيب الفرن على فرن القناة نفسه بآلية إمالة وعدد من عناصر المعدات اللازمة لضمان التشغيل الطبيعي.
يتم تشغيل الأفران ذات الطاقة المنخفضة نسبيًا من حافلات الجهد المنخفض الخاصة بمحطة الورشة الفرعية. إذا كان هناك العديد من الأفران، يتم توزيعها بين المراحل بحيث يتم تحميل الشبكة ثلاثية الطور بالتساوي قدر الإمكان. في بعض الأحيان يمكن توفير محول ذاتي لتنظيم الجهد بمفرده لعدة أفران، وفي هذه الحالة، يجب أن تسمح دائرة التبديل بإدراجه بسرعة في دائرة أي فرن. هذا ممكن، على سبيل المثال، عند صهر النحاس والزنك في المسابك بإيقاع تشغيل ثابت، عندما قد يكون من الضروري تقليل الجهد عند بدء تشغيل الفرن لأول مرة بعد استبدال وحدة الحث أو أثناء التوقف العرضي للحفاظ على المعدن في الفرن في حالة ساخنة.
يتم عادةً تشغيل الأفران التي تزيد طاقتها عن 1000 كيلووات من شبكة 6 (10) كيلو فولت من خلال محولات طاقة فردية متدرجة مزودة بمفاتيح متدرجة للجهد المدمج.
يعد بنك المكثف التعويضي، كقاعدة عامة، جزءًا من تركيب الفرن، ولكن قد لا يحتوي عليه فرن ذو طاقة منخفضة وعامل طاقة مرتفع نسبيًا (0.8 أو أعلى). إلي-
مكونات كل تركيب فرن هي معدات الإمداد والحماية والإنذار الحالية، ومعدات القياس والتبديل.
قد يكون موقع معدات تركيب الفرن مختلفًا (الشكل 2.13). يتم تحديده بشكل أساسي من خلال سهولة نقل المعدن السائل، خاصة إذا كان فرن القناة يعمل جنبًا إلى جنب مع أفران الصهر ومرافق الصب الأخرى.
أرز. 2.13. موقع معدات فرن الحث بالقناة ILK-1.6
يتم تحديد العلامة التي تم تركيب الفرن عليها بناءً على سهولة تحميل أو صب وتصريف المعدن، بالإضافة إلى تركيب وتغيير وحدات الحث. كقاعدة عامة، يتم تركيب أفران صغيرة السعة على مستوى أرضية ورشة العمل، وأفران مائلة ذات سعة متوسطة وكبيرة - على منصة عمل مرتفعة، وأفران أسطوانية كبيرة مع منصات للصيانة - أيضًا على مستوى الأرضية. ويرد وصف لأنواع حمامات أفران قناة الحث في القسم 3.3.
يقع بنك المكثف على مقربة من الفرن، عادةً تحت منصة العمل أو في الطابق السفلي، في غرفة ذات تهوية قسرية نظرًا لأن المكثفات 50 هرتز يتم تبريدها بالهواء. عند فتح باب غرفة المكثف، يتم إيقاف تشغيل الوحدة بواسطة قفل أمان. يتم أيضًا تركيب محول ذاتي ووحدة ضغط الزيت للمحرك الهيدروليكي لآلية الإمالة أسفل منصة العمل.
عند تشغيل الفرن من محول طاقة منفصل، يجب أن تكون خليته قريبة قدر الإمكان من الفرن لتقليل الخسائر في الإمداد الحالي.
يجب تجهيز منطقة لأعمال التبطين والتجفيف والتكليس لوحدات الحث بالقرب من الأفران.
على سبيل المثال، يوضح الشكل 2.13 مصنع صهر مزود بفرن قناة بسعة 1.6 طن لصهر سبائك النحاس. تظهر خلية المحولات 6، التي تحتوي على محول بقدرة 1000 كيلو فولت مزود بمعدات تحويل الجهد العالي والحماية، بخطوط متقطعة، حيث يمكن وضعها في موقع آخر. توجد على منصة العمل 7 لوحة تحكم 4، يوجد على اللوحة الأمامية أدوات قياس ومصابيح إشارة وأزرار لتشغيل وإيقاف التدفئة والتحكم في تبديل مراحل الجهد. يتم التحكم في إمالة الفرن 8 من جهاز التحكم عن بعد 9، المثبت في مكان مناسب لمراقبة تصريف المعدن. مستوى منصة العمل يجعل من السهل وضع المغرفة أسفل صنبور التصريف الخاص بالفرن. المنصة 7، المائلة مع الفرن، تغلق الفتحة في منصة العمل الرئيسية وتسمح للفرن بالدوران بحرية حول محور الميل. يتم تركيب لوحة طاقة 1 مع معدات كهربائية وآلية إمالة هيدروليكية للفرن 2 أسفل منصة العمل؛ يتم أيضًا تركيب مصدر تيار 3 هنا، متصل بالفرن بواسطة كابلات مرنة. يوجد أيضًا بنك مكثف ووحدة ضغط الزيت أسفل منصة العمل.
3. الحساب الكهربائي لفرن القناة الحثية
هناك طريقتان رئيسيتان لحساب أفران الحث القناة. يعتمد أحدهما على نظرية امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية في المعدن. تم اقتراح هذه الطريقة بواسطة A.M. Weinberg وتم توضيحها في دراسة "أفران القنوات الحثية". تعتمد الطريقة الثانية على نظرية المحول الذي يعمل في وضع الدائرة القصيرة. أحد مؤلفي هذه الطريقة هو S. A. Fardman و I. F. Kolobnev. لقد وجدت هذه الطريقة تطبيقًا واسعًا كطريقة هندسية لحساب أفران قنوات الحث
يقدم هذا الفصل سلسلة من الحسابات الكهربائية الهندسية مع عناصر الحساب لفرن قناة الحث وأمثلة للحسابات للمراحل الفردية.
يتم عرض مخطط حسابي هندسي لفرن قناة الحث
اختيار النموذج |
إبداعي |
درجة |
|||
فرن. حساب مفيد |
مرجع |
إنتاجية |
|||
والحاوية المجففة |
|||||
حساب الطاقة الحرارية |
حساب قوة الفرن |
||||
النوع والحساب |
تحديد الكمية |
||||
مستعرض |
وحدات الحث و |
||||
عدد مراحل الفرن |
|||||
محول |
|||||
اختيار نوع الفرن الكهربائي |
|||||
محول. |
|||||
توكا، |
اختيار جهد الحث |
||||
هندسي |
|||||
الأحجام |
|||||
وعدد المنعطفات |
حساب هندسي |
||||
ومحث. |
|||||
الأبعاد والقناة الحالية |
|||||
هندسي |
أجزاء الحث |
||||
الأحجام |
|||||
المغناطيسي الأساسية |
|||||
حساب الكهربائية |
|||||
معلمات الفرن |
|||||
تصحيح الحساب |
|||||
حساب الطاقة |
|||||
بطارية مكثف, |
|||||
مطلوبة للترقية |
|||||
حساب التبريد |
كوس |
||||
اداة الحث |
|||||
الحساب الحراري للفرن |
|||||
كقاعدة عامة، يتم أخذ ما يلي كبيانات أولية للحساب:
خصائص المعدن أو السبائك الجاري صهرها:
درجة حرارة الانصهار والصب.
الكثافة في الحالة الصلبة والمنصهرة.
المحتوى الحراري أو المحتوى الحراري للسبائك عند درجة حرارة الصب (يظهر اعتماد المحتوى الحراري على درجة الحرارة في الشكل 3.1) أو السعة الحرارية والحرارة الكامنة للانصهار؛
المقاومة في الحالة الصلبة والمنصهرة (حسب
يظهر الشكل اعتماد المقاومة على درجة الحرارة. 3.2)؛
تزوج
- خصائص الفرن:
الغرض من الفرن
سعة الفرن
أداء الفرن
مدة الذوبان ومدة التحميل والصب.
- خصائص إمدادات الطاقة:
تردد التيار الكهربائي
جهد التيار الكهربائي أو جهد اللف الثانوي لمحول الفرن الكهربائي الذي يغذي الفرن.
3.1. تحديد سعة الفرن
تتكون السعة الإجمالية للفرن G من سعة مفيدة (مصرفة) Gp وسعة متبقية (سعة المستنقع) G b
حيث k b هو المعامل الذي يأخذ في الاعتبار السعة المتبقية (كتلة المستنقع). هذا
يؤخذ المعامل يساوي 0.2 – 0.5 ؛ بقيم أصغر للأفران بسعة أكثر من 1 طن، وقيم أكبر للأفران بسعة أقل من 1 طن.
القدرة القابلة للاستخدام (القدرة القابلة للتصريف)
ع ع = |
|||||
حيث A p هي الإنتاجية اليومية للفرن بالطن (t/day)؛ م ع - عدد مرات السباحة في اليوم.
عدد مرات السباحة في اليوم الواحد
م ع = |
||||||
حيث τ 1 هي مدة ذوبان وتسخين المعدن السائل بالساعات، τ 2 هي مدة الصب والتحميل والتنظيف وما إلى ذلك. في ساعات.
وتجدر الإشارة إلى أن قيمة الإنتاجية نسبية للغاية. في الأدبيات المرجعية، يتم إعطاء قيم الإنتاجية تقريبًا (الجدول 3.1).
تعتمد مدة ذوبان وتسخين المعدن السائل (τ 1) على المادة الفيزيائية
الخواص الكيميائية (السعة الحرارية والحرارة الكامنة للانصهار) للمعادن المنصهرة والسبائك. ترتبط زيادة الإنتاجية بانخفاض
قيم τ 1 مما يؤدي إلى زيادة الطاقة الموردة للفرن، ويؤثر على تصميم الفرن، أي. بدلاً من الفرن أحادي الطور سيكون من الضروري تطويره
لبناء فرن ثلاثي الطور، بدلاً من وحدة حثية واحدة، سيكون من الضروري استخدام عدة وحدات حثية، وما إلى ذلك.
ومن ناحية أخرى، فإن زيادة τ 1 يمكن أن تعطل العملية التكنولوجية
أثناء عملية صهر المعدن أو السبائك، على سبيل المثال، قد تتبخر المواد المضافة لصناعة السبائك قبل عملية الصب.
اعتمادًا على نوع الشحنة التي يتم تحميلها، وسرعة الصب، وحجم المقطع العرضي لسبائك الصب، وما إلى ذلك. يمكن أيضًا أن تتغير قيمة τ 2 حتى
نطاق واسع بحرية.
لذلك، عند إجراء العمليات الحسابية، من الضروري تقييم قيمة الإنتاجية مع الأخذ في الاعتبار كل من تكنولوجيا ذوبان المعادن أو السبائك وميزات تصميم الفرن الذي يتم تطويره.
إذا تم تحديد السعة المفيدة للفرن، فسيتم تحديد السعة الإجمالية من خلال التعبير
حيث γ mj هي كثافة المعدن في الحالة السائلة، كجم م 3.
في الجدول ويبين الجدول 3.2 قيم كثافة بعض المعادن والسبائك.
يتم تحديد المقطع العرضي لحمام الفرن S vp بعد حساب قناة الفرن. يتم تحديد ارتفاع حمام الفرن h vp بالتعبير
الفصل الخامس |
||||||||||
الفصل |
||||||||||
القدرة، ر |
||||||||||
مفيد |
||||||||||
الطاقة، كيلوواط |
||||||||||
الصانع- |
||||||||||
إيتي (الاتجاه) |
||||||||||
يوميا)، ر / يوم |
||||||||||
عدد الحث |
||||||||||
الوحدات النهائية |
||||||||||
عدد المراحل |
||||||||||
معامل في الرياضيات او درجة |
||||||||||
الطاقة دون com- |
||||||||||
المعاشات التقاعدية |
||||||||||
وزن الفرن، الإجمالي |
||||||||||
مع المعدن، ر |
||||||||||
الغرض من فرن الطبل
الغرض من هذا الفرن الدوار هو تسخين مادة التغذية إلى درجة حرارة قصوى تبلغ 950 درجة مئوية. يعتمد تصميم المعدات على ظروف العملية الموضحة أدناه في الفرن الدوار.
| مواد خام مواد خام معدل التغذية رطوبة المواد الخام درجة حرارة المواد الخام السعة الحرارية النوعية للمواد الخام الكثافة الظاهرية للمواد الخام |
بيروكسيد اليورانيوم (UO4.2H2O) 300 كجم/ساعة 30 بالوزن. % 16 درجة مئوية 0.76 كيلوجول/كجم ك 2.85 جم/سم3 |
| منتج مادة المنتج سرعة تغذية المنتج محتوى رطوبة المنتج (الكتلة الرطبة) درجة حرارة المنتج: على جانب التفريغ من الفرن على جانب التفريغ للمبرد السعة الحرارية المحددة للمنتج الكثافة الظاهرية لمواد المنتج حجم الجسيمات |
أكسيد اليورانيوم (U3O8) 174.4 كجم/ساعة ≈ 0 بالوزن% 650 – 850 درجة مئوية |
| استهلاك طاقة الفرن | 206 كيلوواط |
| سرعة الطبل يتراوح طبيعي |
1-5 دورة في الدقيقة 2.6 دورة في الدقيقة |
يتم تسخين المادة في أوضاع نقل الحرارة التالية، والمدرجة حسب الترتيب المتزايد من حيث الأهمية:
1. حرارة الإشعاع.
2. الحرارة نتيجة التلامس المباشر مع السطح الداخلي للأسطوانة.
يتم تحديد كمية الحرارة المطلوبة مع مراعاة المتطلبات التالية:
1. التسخين لزيادة درجة حرارة المكونات الصلبة.
2. التسخين لتسخين مادة التغذية الرطبة إلى درجة حرارة التبخر.
3. التسخين لتبخر مادة التغذية الرطبة.
4. التسخين لزيادة درجة حرارة تيار الهواء.
وصف عملية فرن الطبل
يتم وضع الكعكة الرطبة (UO 4. 2H 2 O) على ناقل تحميل الفرن. جانب التحميل من الأسطوانة مُجهز بألواح لولبية ووسادة تغذية، والتي تزيل المواد من هذا الجانب من الأسطوانة بسرعة عالية. مباشرة بعد مغادرة الصفائح اللولبية، تتدفق المادة للأسفل على طول المحور الطولي للأسطوانة تحت تأثير الجاذبية. في قسم الفرن بالفرن، يتم تسخين بيروكسيد اليورانيوم المائي (UO4.2H2O) باستخدام عناصر التسخين الكهربائية للفرن. ينقسم الفرن الكهربائي إلى ثلاث مناطق للتحكم في درجة الحرارة، مما يوفر تحكمًا مرنًا في درجة الحرارة. في المنطقتين الأوليين، يتم تسخين بيروكسيد اليورانيوم (UO4.2H2O) تدريجيًا إلى درجة حرارة حوالي 680 درجة مئوية. وفي المنطقة الثالثة ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 880 درجة مئوية، ويتحول بيروكسيد اليورانيوم (UO4.2H2O) إلى أكسيد اليورانيوم (U3O8).
يتم تغذية كعكة اليورانيوم الصفراء المتفاعلة بالكامل (U3O8) إلى قسم التبريد في الأسطوانة. تتم إزالة الحرارة من المكونات الصلبة، بسبب التوصيل الحراري العالي، من خلال جدار أسطوانة الفرن ويتم إزالتها برش ماء التبريد على الجزء الخارجي من الأسطوانة. يتم تخفيض درجة حرارة المادة إلى ما يقارب 60 درجة مئوية، ثم يتم تغذية المادة في أنبوب التفريغ، والذي من خلاله تدخل إلى نظام النقل عن طريق الجاذبية. من خلال أنبوب التفريغ، يتم توفير تدفق قوي من الهواء إلى الفرن الدوار، ويمر عبر الأسطوانة نحو تدفق المواد لإزالة بخار الماء المتكون أثناء مرحلة التسخين في العملية. تتم إزالة الهواء الرطب من أنبوب التحميل باستخدام التهوية.
مكونات الفرن الدوار
طبل الفرن الدوار
تحتوي المقاطع الملحومة للأسطوانة على طبقات تقع بالتناوب بزوايا 90 درجة و180 درجة لبعضها البعض ويتم الحصول عليها عن طريق اللحام مع اختراق كامل للمعدن الأساسي. يتم تركيب الإطارات والتروس الحلقية على أسطح مُشكَّلة ومفصولة عن الأسطوانة بفواصل لاستيعاب الاختلافات في التمدد الحراري الشعاعي. يأخذ تصميم الأسطوانة في الاعتبار أي أحمال حرارية وميكانيكية وبالتالي يضمن التشغيل الموثوق. توجد على جانب التحميل من الأسطوانة بطانات تحتفظ بالمواد التي تمنع التدفق العكسي للمواد إلى خط الأنابيب وألواح لولبية لتغذية المواد إلى الأقسام الساخنة.
تم تجهيز المقاطع المفتوحة للأسطوانة على جانبي التحميل والتفريغ بشاشات حماية حرارية للموظفين.
ضمادة
تحتوي الأسطوانة على إطارين بدون لحام ومفاصل مصنوعة من الفولاذ المطروق. يحتوي كل شريط على قسم مستطيل صلب ويتم تقويته لضمان عمر خدمة طويل.
عجلات الدعم
تدور أسطوانة الفرن على أربع عجلات دعم مصنوعة من الفولاذ المطروق. تم تعزيز عجلات الدعم لزيادة عمر الخدمة. يتم تثبيت العجلات بالشد على عمود عالي القوة مثبت بين محملين بعمر خدمة لا يقل عن 60.000 ساعة. قاعدة العجلة مجهزة بمسامير ضغط للمحاذاة الأفقية وتعديل العجلة.
بكرات الدفع
تحتوي الوحدة على بكرتين دفع، مكونتين من عجلتين فولاذيتين مع محامل كروية محكمة الغلق، والتي يبلغ عمر خدمتها 60.000 ساعة على الأقل. يتم تعزيز بكرات الدفع لزيادة عمر الخدمة.
وحدة القيادة
تم تصميم الأسطوانة لتدور بتردد 1-5 دورة في الدقيقة بقوة 1.5 كيلو واط من محرك كهربائي بسرعة دوران 1425 دورة في الدقيقة، تعمل من شبكة تيار متردد ثلاثية الطور بجهد 380 فولت، تردد بتردد 50 هرتز ومصنوع بتصميم مغلق مع تبريد الهواء. يتم توصيل عمود المحرك الكهربائي مباشرة بعمود الإدخال لعلبة التروس الرئيسية من خلال أداة التوصيل المرنة.
يتمتع صندوق التروس الرئيسي الدائري بنسبة تخفيض دقيقة تبلغ 71:1 مع مرحلة تخفيض واحدة. تم تصميم عمود علبة التروس منخفض السرعة لعزم الدوران المطلوب والحد الأقصى للأحمال.
منع تشوه أسطوانة الفرن
لمنع تشوه أسطوانة الفرن أثناء حدوث أعطال في نظام إمداد الطاقة للمحرك الكهربائي، يتم توفير محرك ديزل إضافي لمواصلة تدوير الأسطوانة. يتميز محرك الديزل بسرعات متغيرة (1500-3000 دورة في الدقيقة) وقدرة خرج مقدرة تبلغ 1.5 - 3.8 كيلووات. يتم تشغيل محرك الديزل يدويًا أو بواسطة مشغل كهربائي يعمل بالتيار المستمر ويتم توصيله مباشرة بعمود المحرك الكهربائي من خلال أداة التوصيل.
فرن الطبل">
العتاد الدائري
الترس الحلقي مصنوع من الفولاذ الكربوني. تحتوي كل عجلة مسننة على 96 سنًا مقوى، ومثبتة على أسطوانة ولها موصلات لسهولة الإزالة.
محرك العتاد
مصنوعة من الفولاذ الكربوني. يحتوي كل ترس على 14 سنًا مقوى ومثبتًا على عمود علبة تروس منخفض السرعة.
سلسلة القيادة
يتم استخدام سلسلة مائلة لضمان دوران أسطوانة الفرن.
نظام الفرن
يحيط غلاف الفرن بالأسطوانة وهو مصنوع من الفولاذ الكربوني. يتم تصنيع جدران وأرضيات الأغلفة كقسم واحد كامل. يتكون سقف الفرن من ثلاثة أقسام، قسم لكل منطقة تسخين، ويمكن إزالته لصيانة الفرن أو الأسطوانة.
خصائص الغرفة/عناصر التسخين:
فوهة مبرد المياه
فوهة مبرد الماء - تقلل درجة حرارة منتج الفرن. جسم المبرد مصنوع من الفولاذ الكربوني مع أسطح داخلية مطلية براتنج الإيبوكسي (لتقليل التآكل). تم تجهيز المبيت بأنبوبين مثبتين في الأعلى يحتويان على فوهات رش، وأختام متاهة دوارة للمدخل والمخرج، وفوهة مخرج بخار علوية، وفوهة تصريف سفلية، وفوهة جانبية، وأبواب وصول وفتحات فحص. يتم إمداد المياه إلى فوهات الرش من خلال خط أنابيب ويتم تفريغها عن طريق الجاذبية من خلال شفة الصرف السفلية. 
المغذى الرءيسى
تم تجهيز فرن التحميص بناقل لولبي للتحميل لتغذية كعكة بيروكسيد اليورانيوم في الأسطوانة، وهو عبارة عن لولب يقع بزاوية صفر إلى الأفقي، ويخضع للمعالجة النهائية.
المزدوجات الحرارية الفرن
يتم توفير المزدوجات الحرارية لمراقبة درجة الحرارة بشكل مستمر في مناطق الفرن ودرجات حرارة المنتج المفرغ.
مفاتيح السرعة صفر
يتم تزويد الفرن بمفتاحين للسرعة صفر، أحدهما يتحكم بشكل مستمر في دوران الأسطوانة، والآخر - دوران خط لولب التحميل. يتم تركيب مجموعات مفاتيح تردد الدوران على نهايات الأعمدة وهي من نوع مولدات نبض القرص التي تنشئ مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا يتم تسجيله بواسطة جهاز القياس.