Incalzire Prin Inductie Electromagnetica

TEMA DE PROIECT

Să se calculeze un cuptor electric de inducție cu creuzet pentru topirea cuprului.

Datele de calcul sunt:

Capacitatea cuptorului m=1500 Kg

Rezistivitatea aluminiului la 658 oC ρAl=8∙10-8 Ω∙m

Rezistivitatea aluminiului la 700 oC ρAl=9 10-8 Ωm

Rezistivitatea aluminiului la 20 oC ρAl=(2,8…4)10-8Ωm

Temperatura de topire Θt=658 oC

Temperatura de golire Θg=700 oC

Timpul de topire t = 1,5 ore

Densitatea la 658 oC ρ’Alt=2400kg/m3

CAPITOLUL I

CONSIDERAȚII TEORETICE GENERALE

1. Principiul încălzirii prin inducție electromagnetică

Încălzirea prin inducție se bazează pe pătrunderea energiei electromagnetice într-un conductor masiv, situat în câmpul magnetic variabil în timp al unei bobine (inductor). Încălzirea conductorului se produce prin efectul Joule – Lenz al curenților turbionali induși.

Avantajele încălzirii prin inducție în comparație cu alte metode de încălzire sunt următoarele:

căldura se dezvoltă în metalul ce urmează a fi încălzit, rezultând o viteză de încălzire mai ridicată în comparație cu cea obținută în cuptoarele cu încălzire indirectă (cuptoare cu arc electric, dacă arcul se stabilește între doi electrozi sau cuptoare cu încălzire indirectă cu rezistoare)

construcția instalațiilor de încălzire mai simplă, permițând utilizarea vidului sau omosferelor de protecție permițând automatizarea funcționării în condițiile producției în flux

condițiile de lucru sunt îmbunătățite

Încălzirea prin inducție a materialelor conductoare din punct de vedere electric este utilizată pentru:

-topirea metalelor – oțel, fontă, cupru, aluminiu, zinc, magneziu și aliajelor lor

-încălzirea în volum (profunzime) a semifabricatelor (oțel, cupru, aluminiu) ce urmează a fi prelucrate la cald prin forjare, matrițare, presare, laminare etc.

-călirea superficială a pieselor

-sudarea și lipirea metalelor

Cuptoarele de inducție cu creuzet sunt utilizate pentru elaborarea oțelurilor cu calitate superioară, a fontei, a metalelor și aliajelor neferoase, cum ar fi aluminiu, cupru, nichel etc.

Din punct de vedere al frecvenței tensiunii de alimentare, cuptoarele cu creuzet pot fi:

de frecvență industrială (50 Hz)

de frecvență medie (100 … 10.000 Hz)

de înaltă frecvență (50 … 400 kHz)

Ele pot funcționa în vid – condiție cerută în ultimul timp la prelucrarea metalelor și aliajelor necesare construcțiilor aerospațiale, ale centrelor nucleare.

2. Avantaje și dezavantaje

AVANTAJE

se obțin temperaturi foarte ridicate în toată masa metalului, ca urmare a unei concentrări mari de putere direct în acesta (200 – 300 kW/t, pentru fontă la 50 Hz; 1500 kW/t pentru fier la 1000 Hz)

ca urmare a amestecului (agitației) intens a băii metalice topite sub acțiunea forțelor electrodinamice, se produce uniformizarea temperaturilor, se elimină supraîncălzirile locale și se reduc în consecință pierderile de metal (0,5 … 0,8 %)

se obțin metale sau aliaje foarte pure, șarja fiind ferită de acțiunea chimică a electrozilor cuptoarelor cu arc, sau combustibilul de la cuptoarele cu flacără, topirea este posibilă în vid sau atmosfere controlate

zgomotul de funcționare are valori mici, sub (70 – 80 dB)

poluarea mediului ambiant este foarte redusă, cantitatea prafului fiind de ordinul 0,5 kg/t față de cuptoarele cu arc, unde avem 5 – 8 kg/t

reglajul automat al puterii este ușor de realizat

în comparație cu cuptoarele de inducție cu canal cele cu creuzet au construcție mai simplă, solicitări termice și mecanice mai reduse, cuptorul cu creuzet poate fi golit complet după fiecare sarjă

DEZAVANTAJE

antrenarea zgurei în sarjă

solicitarea mecanică puternică a căptușelii creuzetului, datorită agitației intense a băii topite

costul ridicat datorat surselor de alimentare (în general sunt generatoare, dacă nu se lucrează cu frecvența industrială) și a bateriilor de condensatoare necesare

Capacitatea actuală a cuptoarelor de frecvență industrială are valori între 0,8 – 50 t, puterea ajunge la 20 – 25 MW, consumul specific de energie electrică fiind 520 – 700 kWh/t.

3. Construcția si funcționarea cuptoarelor cu creuzet

Elementele constructive principale ale cuptoarelor cu creuzet sunt:

creuzetul

inductorul

ecranul magnetic

rețeaua scurtă – compusă din cabluri flexibile și barele sursei de alimentare

mecanismul de răsturnare

Creuzetul are căptușeală acidă (cuarțită – 98 % SiO2), bazică (magnezită) sau neutră (șamotă, grafit sau oțel refractar). Forma creuzetului este cilindrică, în partea inferioară (1/3 înălțime) are o formă tronconică, deoarece în această zonă eroziunea provocată de agitația băii este cea mai puternică. Baza creuzetului se sprijină pe un suport de cărămizi refractare și termoizolante.

Între creuzet și inductor se prevede un cilindru din material termoizolant cu grosimea de 3 … 20 cm. Creuzetul se confecționează prin stamparea (bătătorirea) compoziției refractare uscate (praf refractar amestecat cu acid boric) introduse între suport, cilindrul de material termoizolant și un șablon cilindric de oțel (4 – 8 mm grosime) – sinterizarea compoziției refractare se realizează prin încălzirea lentă cu gaz sau inducție.

Starea căptușelii creuzetului trebuie controlată permanent (după fiecare șarjă) în scopul prevenirii fisurării acestuia, și pătrunderii metalului topit în inductor, ceea ce ar provoca o explozie. Uzura căptușelii este sesizabilă prin creșterea factorului de putere al cuptorului (cu circa 10 – 30 % față de valoarea corespunzătoare fazei topite a șarjei), ceea ce se observă printr-un număr scăzut de trepte a bateriei de condensatoare necesare compensării factorului de putere la cosφ = 0,92.

Creuzetul este acoperit cu un capac în special la cuptoarele cu frecvența industrială, la care agitația băii este mai intensă, dar și în scopul reducerii pierderilor termice. Cuptoarele cu medie frecvență nu au capac, simplificându-se în acest mod construcția și exploatarea lor.

Inductorul are forma unei bobine cilindrice într-un singur strat, de preferință din țevi de cupru, prin care circulă apă de răcire sub presiune. Spirele inductorului pot fi neizolate (fixate cu distanțoare) în aer sau turnate în azbociment, izolate cu micanită. Ținînd cont de forțele electrodinamice spirele inductorului sunt presate între două plăci frontale din material izolant, stânse cu tiranți.

Ecranul magnetic format din pachete de tole de transformator dispuse radial în jurul inductorului, este consolidat împreună cu creuzetul și inductorul cu ajutorul unui cadru confecționat din OLC obișnuit. Ecranul magnetic este necesar pentru a înpiedica încălzirea elementelor constructive metalice ale cuptorului, aflate în câmpul magnetic al inductorului.

Cablurile flexibile care formează rețeaua scurtă sunt răcite cu apă, cu diametrul exterior de 65, 83, 195 mm.

Mecanismul de răsturnare a cuptorului în vederea golirii este ori electromecanic, ori hidraulic ca și sistemul de rotire al capacului creuzetului.

În funcție de necesitățile tehnologice, cuptoarele cu creuzet pot fi utilizate în următoarele regimuri de funcționare:

regim intermitent – la care cuptorul se golește complet după fiecare șarjă, iar pornirea se face la încărcătură solidă

regim continuu – la care în permanență se află în cuptor o cantitate de metal topit

regimul duplex – cu un alt cuptor electric

Observație – la funcționarea continuă a cuptorului, din cuptor se golește numai materialul necesar la turnarea imediată, în locul lui fiind introduse bucăți solide de metal. Deoarece funcționarea cu creuzetul parțial umplut cu metal topit acuză o scădere a puterii active față de valoarea ei nominală, se recomandă ca golirea să nu depășească 2/3 din capacitatea nominală.

4 Schema principală a unui cuptor cu creuzet, cu dimensiunile principale:

Unde:

a, b – se referă la inductor

ac – se referă la grosimea medie a materialului refractar

ai – se referă la grosimea izolației

h1 – este înălțimea cuptorului cu creuzet

h2 – este înălțimea încărcăturii, care este mai mic cu aproximativ 30 % din motive de securitate

5. Cuprul

Cuprul (numit și aramă) este un element din tabelul periodic având simbolul Cu și numărul atomic 29.

Cuprul este un metal de culoare roșcată, foarte bun conducător de electricitate și căldură. Cuprul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri, arheologii descoperind obiecte din acest metal datând din 8700 î.Hr. A fost unul din primele metale folosite, deoarece cantități mici din el apar în unele locuri în stare liberă. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura de cupru), calcopirita sau criscolul (ferosulfura de cupru), cupritul (oxidul cupros) și malachitul și azuritul (ambele forme ale carbonatului basic de cupru). Metoda folosită pentru extracția de cupru depinde natura minereului. Dacă cuprul se găsește în stare liberă, el poate fi separat prin sfărâmarea minereului în bucăți mici și amestecarea sa cu apa. Cuprul, fiind relativ greu, se depune pe fund. Cuprul, care are o puritate de peste 99%, este folosit la fabricarea conductelor de gaz și apa, a materialelor pentru acoperișuri, a ustensilelor și a unor obiecte ornamentale. Deoarece cuprul este un bun conducător de căldură, se utilizează la boilere și alte dispozitive ce implică transferul de căldură, sau folie de cupru (simplu strat) sau două (dublu strat) se folosește ca PCB. Originea numelui: din cuvântul latinesc cyprium (dupa insula Cipru).

În stare solidă, de metal, cuprul are culoare roșie-portocalie, aceasta fiind principala proprietate după care se deosebește de alte elemente. De obicei, majoritatea compușilor anorganici, dar și organici ai cuprului au o culoare albastră, deși unii pot fi și verzui sau vernil. Sistemul de cristalizare al cuprului este cubic, cu fețe centrate, lipsind prezența polimorfismului. Una dintre dezavantajele cuprului este fenomenul de coclire (înverzire), ce poate fi observat adesea pe vasele vechi sau pe monedele (la moneda românească de 5 bani). Împreună cu osmiul (albastru) și aurul (galben-auriu), cuprul este unul dintre cele trei metale elementare care are altă culoare naturală în afară de gri sau argintiu. Cuprul pur este portocaliu-roșu și dobândește o pată roșiatică în momentul expunerii la aer, urmând să se înverzească mai târziu.

Duritatea cuprului este relativ mică (3 pe scara Mohs), dar este destul de rezistent la rupere, și foarte ductil (poate fi tras în fire), putând fi modelat la presiuni mari. Conductibilitatea calorică este asemănătoare cu a argintului (1 față de 0,93 a argintului) și mult mai mare decât a altor metale uzuale. Tocmai datorită acestei proprietăți, cuprul se utilizează în conducte, pentru transmiterea căldurii. Însă, conductibilitatea scade când cuprul este impur; în momentul în care conține 0,1 % impurități de elemente ca fosfor, arsen, siliciu sau fier, valoarea conductibilității poate scădea chiar cu 20%. De aceea, în electrotehnică se utilizează numai cupru pur, electrolitic.

Densitatea curentă maximă a cuprului în aer deschis este de aproximativ 3.1×106 A/m2. Ca toate metalele, dacă cuprul este placat cu alt metal, începe un proces de coroziune galvanică.

Atât cuprul, cât și aliajele sale, au o maleabilitate foarte ridicată (pot fi trase în foi subțiri), fiind și foarte ușor de prelucrat. Totodată, ductilitatea cuprului este extraordinar de favorabilă, astfel, putându-se obține fire foarte subțiri de cupru, numite lițe (se foloseau, în trecut, la siguranțele fuzibile). Cuprul este un metal foarte moale, cu o duritate de 3 pe scara Mohs (și 50 pe scara Vickers), puterea sa de tracțiune situându-se la 210 MPa.

Cuprul este singurul metal ce are culoarea arămie. Foarte interesante sunt proprietățile acestuia de a forma compuși de culoarea verde (carbonat, clorură, etc.), neagră (oxid) sau albastră (sulfat și hidroxid).

Numărul atomic al cuprului este 29, iar simbolul chimic este Cu. Masa atomică relativă este 63,546. Valența cuprului este, în principal 1 sau 2 (cuprul formează o varietate rară de compuși și săruri cu starea de oxidare +1 și +2, care sunt de obicei numite săruri cuproase sau cuprice), deși, mai rar, poate fi chiar și 3. Acesta nu reacționează cu apa, dar reacționează încet cu aerul atmosferic; în urma acestei reacții, pe suprafața cuprului se formează un strat de cupru oxidat verde . În contrast cu oxidarea fierului la aer umed, acest strat de oxid se oprește din coroziune; un strat de cocleală verde (carbonat de cupru) pot fi observate pe construcțiile vechi din cupru, cum ar fi Statuia Libertății, cea mai mare statuie din cupru din lume. Majoritatea sărurilor de cupru sunt higroscopice.

Raza atomică calculată are valoarea de 135 (145) picometri (pm), raza covalentă 138 picometri (pm), iar raza van der Waals. Cuprul prezintă conductivitate magnetică.

Cuprul are 29 de izotopi; doi dintre aceștia, 63Cu și 65Cu sunt stabili, iar izotopul 63Cu reprezintă 69% din totalitatea cuprului natural. Ceilalți 27 de izotopi sunt instabili (radioactivi); cel mai stabil dintre cei radioactivi este 67Cu cu timpul de înjumătățire de 61,83 de ore. Șapte alți izotopi au fost caracterizați; Dintre izotopii radioactivi remarcăm 63Cu, care emite radiații beta pozitive, având ca rezultat izotopi de nichel, în timp ce izotopul 65Cu, cu emisii radioactive beta negative, are ca rezultat izotopi de zinc.

Majoritatea cuprului scos din mină este sub formă de compuși, cum ar fi sulfați sau sulfuri. Exemple de astfel de mine includ minele de la Chuquicamata din Chile, Bingham Canyon Mine din Utah, Statele Unite ale Americii și El Chino Mine din New Mexico, Statele Unite ale Americii. În conformitate cu studiile efectuate de geologii britanici, în 2005 Chile a fost cel mai mare producător de cupru, urmat pe locul doi de Statele Unite ale Americii, Indonezia și Peru.

Industria auto este unul dintre cei mai mari consumatori de cupru.

CAPITOLUL II

CUPTOARELE INDUSTRIALE

Clasificarea cuptoarelor industriale

In industrie există o mare varietate de cuptoare industriale, cu diferite destinații. Datorită acestei mari diversități, se va realiza o clasificare pe baza unor caracteristici generale ale cuptoarelor.

După destinația tehnologică se deosebesc:

cuptoare metalurgice (furnale pentru producerea fontei de minereu, cuptoare pentru producerea oțelului, cuptoare pentru laminare):

cuptoare pentru industria constructoare de mașini (pentru tratamente termice, pentru forjare):

cuptoare pentru obținerea cimentului:

cuptoare pentru arderea materialelor ceramice.

În funcție de procesele care au loc în cuptoare, se deosebesc:

cuptoare de topire și de ardere. în care încărcătura care se prelucrează se

încălzește până la topire (furnale, cuptoare electrice cuptoare de creuzete, de topit sticla):

cuptoare de încălzire, la care materialul supus prelucrării se încălzește sub temperatura de topire (recoacere. călire):

cuptoare de uscare (uscătoare).

Datorită specificului lor. cuptoarele de uscare constituie o grupa specială denumită uscătoare.

După regimul termic, se deosebesc următoarele tipuri de cuptoare:

cu regim de temperatură și cu regim termic constante în timp (cuptoare cu bazin pentru topirea sticlei, cuptoare tunel cu funcționare continuă):

cu regim de temperatură constant și cu regim termic variabil (cuptoare cu funcționare continuă și încărcare intermitentă):

cu regim de temperatură variabil și cu regim termic constant (cuptoare circulare de tip Hoffman):

cu regim de temperatură și cu regim termic 'variabile în timp (cuptoare cu funcționare intermitentă).

După sursa de căldură se deosebesc cuploarele:

cu combustibil solid (în strat sau pulverizat)

cu combustibil lichid:

cu combustibil gazos:

cu mai mulți combustibili (lichid și gazos sau solid și gazos);

la care combustibilul face parte din încărcătură (de exemplu convertizoare. cuptoare pentru ars minereuri cu conținut de sulf):

electrice.

După modul de transmisie al căldurii:

cuptoare în care căldura se transmite materialului supus prelucrării datorită arderii combustibilului solid care se amestecă cu materialul. Căldura se transmite materialului de la combustibilul incandescent (prin radiație și conducție termică) și de la gazele de ardere (prin radiație și convecție). Din această categorie fac parte majoritatea cuptoarelor verticale (furnale, cubilouri. cuptoare de ars var);

cuptoare în care căldura se transmite materialului supus prelucrării de la gazele de ardere. Acestea se mai numesc cuptoare cu flacără. Transmisia căldurii la material se face în principal prin radiație de la flacără, de la pereți si de la bolta cuptorului și prin convecție de la gazele de ardere. Din această grupă fac parte majoritatea cuptoarelor ca de exemplu: cuptoarele Martin, cuptoarele de forjă, cuptoarele pentru tratamente termice, cuptoarele tunel și circulare;

cuptoare în care căldura se transmite materialului prin pereții camerelor sau ai vasului în care se află materialul. Transmiterea căldurii către material se face mai ales prin radiație de la pereții camerelor sau vaselor, prin conducție, dacă materialul vine în contact cu pereții vasului și prin convecție, de Ia gazele aflate în cameră. Din această categorie fac parte cuptoarele cu muilă și cele cu retortă);

cuptoare în care căldura se degajă în materialul supus prelucrării datorită reacțiilor exoterme. In aceste cuptoare, particulele de material care intră în reacție (a căror temperatură crește), transmit căldura particulelor alăturate, prin radiație și conducție. In cazul existenței gazelor de ardere, căldura se transmite prin radiație și convecție de Ia gaze la material. In cazul în care căldura degajară nu este suficientă, se introduce o cantitate suplimentară de căldură produsă prin arderea combustibilului. Din această categorie fac parte cuptoarele pentru arderea minereurilor care conțin sulfuri.

cuptoare electrice, în care căldura se transmite materialului prin radiație de la un arc electric sau de la o rezistentă, prin conducție de la rezistență, prin convecție și radiație de la gazele încălzite de rezistență, prin radiație și conducție de la pereții încălziți de o rezistență și prin trecerea curentului electric direct prin material. Din ceasta categorie fac parte cuptoarele cu arc electric pentru elaborarea oțelului, cu rezistență electrică pentru tratamente termice, de inducție pentru călire și cu încălzire mixtă pentru obținerea carburii de calciu (carbid).

După forma camerei de lucru. Spațiul de lucru este locul în care se așează materialul care trebuie tratat termic împreună cu adaosurile necesare (de exemplu fondanți) după forma spațiului de lucru se deosebesc:

cuptoare verticale, la care spațiul de lucru este un put cu înălțimea de ce puțin o dată și jumătate mai mare decât diametrul (furnale, cuptoare de var,cubilouri):

cuptoare cu camere. Spațiul de lucru este o cameră cu pereții permanenți sau temporari. Materialul se așează în cameră în strat înalt sub formă de rânduri.

cuptoare cu vatră, la care spațiul de lucru este prevăzut cu una sau mai multe vetre, pe care materialul se așează într-un strat subțire (cuptoare de încălzire pentru forjă, cuptoare de tratament termic);

cuptoare cilindrice rotative, la care spațiul de lucru al cuptorului este format dintr-un tambur orizontal sau înclinat cu 5… 10 grade; -cuptoare tunel, la care spațiul de lucru este format dintr-un canal orizontal de lungime mare, în care materialul este transportat în vagonete sau transportoare (cuptoare de încălzire pentru forjă):

cuptoare cu creuzete, la care spațiul de lucru este format dintr-o cameră în care se așează creuzetele. în general materialul se obține în creuzete în stare topită (cuptoare pentru topirea metalelor neferoase):-cuptoare cu bazin, la care spațiul de lucru este format dintr-o cameră, prevăzută la partea inferioară cu un bazin în care produsul se obține în stare topită.

2 Elementele constructive ale cuptorului de inducție cu creuzet

Principalele elemente constructive ale acestei instalații sunt: carcasa, inductorul, creuzetul, conductele de alimentare (rețeaua scurtă) și mecanismul de basculare.

Carcasa are rolul de a asigura rezistența mecanică a cuptorului și de a permite
fixarea rigidă a creuzetului și inductorului. La cuptoarele neecranate (fără circuit
magnetic exterior) carcasa se confecționează din materiale nemetalice (azbociment,
lemn) sau metalice. Carcasele metalice se secționează pe verticală, pe întreaga lor
lungime (2… 3 secționări). în zonele respective intercalând u-se garnituri electroizolante fixate cu șuruburi metalice și bucșe izolante . La cuptoarele ecranate , carcasele se confecționează din oțel carbon obișnuit și nu se secționează.

Circuitele magnetice exterioare constau din pachete de tole de transformator fixate rigid și dispuse radial, pentru a avea o răcire bună. Grosimea tolelor este de 0,5 mm Ia cuptoarele de frecvență industrială și de 0,35 mm Ia cele de frecvență ridicată. Pierderile electrice în circuitul magnetic sunt de 0.4… 0,5% din puterea activă totală a cuptorului, iar cantitatea de tablă silicioasă necesară este de circa 600…700 kg pe tona de metal topit.

Capacul cuptorului are rolul de a micșora pierderile de căldură prin radiație si se confecționează din unul sau mai multe straturi. în funcție de temperatura de golire a metalului. Se recomandă pentru toate cuptoarele, dar mai ales la cele de mare capacitate. Deplasarea capacului se realizează cu mecanisme acționate manual, electric, sau hidraulic.

Inductorul reprezintă partea cea mai importantă a cuptorului și se confecționează sub forma unei bobine cilindrice într-un strat, de preferință din țeava profilată prin care circulă apa de răcire. Mărirea numărului de spire și realizarea inductorului în mai multe straturi ar permite reducerea curentului (eventual renunțarea la răcirea cu apă a acestuia) dar la aceleași pierderi în cupru, apar o serie de inconveniente, cum ar fi: înrăutățirea cedării căldurii și majorarea fluxului de dispersie, complicarea izolației conductoarelor, majorarea tensiunii Ia bornele inductorului. Referitor la răcirea cu aer a inductorului, aceasta ar necesita un interstițiu suplimentar între creuzet și inductor, lucru ce atrage după sine o înrăutățire a funcționării cuptorului (randamentul electric și factorul de putere scad mult).

Confecționarea inductorului sub formă solenoidală. din țeava, asigură o bună răcire a acestuia. Astfel, la o temperatură a apei de răcire de +25 °C, temperatura inductorului nu depășește +50 °C. Apa de răcire trebuie să aibă înjur de +35…45 °C. în caz contrar temperatura inductorului scade sub cea a mediului ambiant. Dacă apa de răcire este prea rece. apare condens pe inductor ce periclitează izolația acestuia. Orientativ, la o viteză a apei de răcire de 1… 1.5m/s, densitatea de curent este de circa 20 A/'mm

Micșorarea pierderilor în cuprul inductorului nu este posibilă prin mărirea secțiunii transversale a țevii datorită efectului pelicuiar. Grosimea peretelui țevii orientată spre creuzet trebuie să fie de ce puțin 1,3 ori mai mare decât adâncimea de pătrundere a câmpului electromagnetic în materialul țevii. La frecvențe industriale adâncimea de pătrundere fiind de circa 10 mm, inductorul se realizează din bară de cupru plină. Pe fața inductorului opusă creuzetului se sudează o țeava de cupru prin care va circula apa de răcire. Izolarea spirelor se face prin spații de aer de 1…2 cm sau prin straturi de micanită. sticlostratitex cu grosimi de minim 1,5 mm.

Unele inductoare au prize ce permit utilizarea rațională a puterii sursei în condițiile modificării impedanței cuptorului în decursul elaborării șarjei sau ca urmare a uzurii căptușelii sau a trecerii de la o marcă de metal la alta.

Căptușeala creuzetului se confecționează din material refractar granulat, după ce inductorul a fost montat. Materialul refractar se îndeasă prin batere (stampare) în spațiul dintre carcasa interioară (din carton de azbest sau micanită) a inductorului și un șablon din tablă de oțel ce se va topi la prima șarjă.

Compoziția materialului refractar se adoptă având în vedere:

căderea mare de temperatură dintre metalul topit (circa 1600 °C la oțel) și inductorul răcit cu apa ce trebuie preluată de o grosime de numai 10… 13 cm a peretelui creuzetului (cu cât acest perete este mai subțire, performanțele electrice ale cuptorului sunt mai ridicate);

solicitarea mecanică a căptușelii datorită presiunii hidrostatice a topiturii si eforturilor electrodinamice din baia de metal topit;

acțiunea chimică a diferitelor componente ale încărcăturii (de exemplu, manganul acționează asupra căptușelii acide formând silicați ce impurifică metalul, iar siliciul distruge căptușelile bazice).

Mecanismul de basculare poate fi cu acționare: hidraulică, prin cabluri, cu șurub sau alte sisteme. Rotirea cuptorului se poate face în jurul unei axe ce trece prin centrul său de greutate (consum minim de energie) sau în jurul unei axe ce trece pe sub jgheabul de golire. Ultima variantă are avantajul că elimină manevrele cu oala de turnare care are o poziție fixă, iar vâna de metal fiind scurtă rezultă pierderi reduse de material prin oxidare.

Bascularea cuptorului se poate face și cu ajutorul unui plan cu monoșina care deservește mai multe cuptoare în același timp. este folosit și la încărcarea acestora.

Cuptoarele de mare capacitate sunt acționate hidraulic, inclusiv deschiderea capacelor. Dezavantajul rezidă în necesitatea unor spații mari sub cuptor pentru instalarea cilindrilor hidraulici și existența instalațiilor de ulei sub presiune, care scumpesc echipamentul cuptorului. Conductele de alimentare ale cuptorului trebuie să permită înclinarea acestuia și. din punct de vedere constructiv, deosebim două variante și anume:

rețea scurtă cu legături rigide, ce utilizează contacte tip separator care se deschid în momentul înclinării cuptorului. Sistemul nu permite alimentarea cuptorului în poziție înclinată, dar are lungime redusă și deci pierderi mici prin efect Joule-Lentz. Ca dezavantaj principal menționăm întreținerea periodică a contactelor. Densitatea de curent admisibilă a contactelor răcite cu apă este de 20- 30 A/mm .

rețea scurtă cu legături flexibile, sistem frecvent utilizat, care înlătură dezavantajele variantei anterioare. Ca inconveniente se menționează lungimea mare a cablurilor flexibile (câțiva metri) și pierderile de putere pe conductoarele acestora , ultimele ajungând până la 5 % din puterea activă a cuptorului. Cablurile sunt răcite cu apă (circulă în interiorul unui furtun de cauciuc în care este introdusă funia de cupru) și admit o densitate de curent de 5…6 A/mm2.

3 Tehnologii de realizare a inductorului și creuzetului

a.Confecționarea inductorului

Inductorul nu are numai un rol electric, acela de a crea câmpul magnetic din cuptor, ci si un rol mecanic, de a consolida creuzetul și de a mării rigiditatea acestuia. Din acest motiv construcția inductorului este foarte importantă, iar consolidarea spirelor sale trebuie făcută corect, având în vedere și forțele electrodinamice care tind să expandeze spirele spre exterior.

Metodele de consolidare a inductorului depind de forma spirelor acestuia, care pot fi de tip elicoidal sau plan.

La inductoarele cu spire plane, trecerea de la o spiră Ia alta se face cu ajutorul unei porțiuni înclinate a cărei lungime variază invers proporțional cu grosimea peretelui țevii. De cele mai multe ori, înaintea înfășurării, țeava se umple cu nisip.

Înfășurarea se face cu ajutorul unor tambun care se pot monta direct pe un strung normal dacă diametrul inductorului nu este prea mare. în cazul inductoarelor cu diametre de 0.5…2 m se folosesc utilaje specializate la care țeava de inductor este trasă prin două perechi de role (verticale și orizontale) ce se deplasează de-a lungul tamburului, pe măsură ce se înfășoară bobina. Prin utilizarea unor role profilate, concomitent cu înfășurarea se poate obține și modificarea formei secțiunii spirei (de la secțiune circulară la una rectangulară, de exemplu).

Pentru obținerea inductoarelor cu spire plane se utilizează un tambur prevăzut cu "pieptene" ce constă dintr-o placă, curbată, pe care sunt sudate aripioare de oțel înclinate corespunzător și distanțate în funcție de diametru! țevii. Pieptenele se fixează de așa manieră. încât după terminarea înfășurării să se poată trage înăuntrul tamburului, pentru a permite scoaterea bobinei. înclinarea țevii în dreptul pieptenelui se face după încălzirea porțiunii respective de spiră cu ajutorul unui arzător cu gaz.

Pentru a evita deformarea profilului la înfășurarea pe tambur, trebuie respectate anumite rapoarte între dimetrul tamburului și dimetrul exterior al țevii în funcție de grosimea peretelui acesteia.

Fixarea inductoarelor cu spire plane poate fi făcută prin presarea spirelor izolate între două plăci frontale confecționate din materiale izolante, cu ajutorul unor bride izolante. Strângerea plăcilor se face cu ajutorul unor scoabe din materiale nemagnetice introduse în tăieturile practicate în bride și apoi scoase prin orificiile plăcilor frontale și fixate cu piulițe. Fixarea inductorului de carcasa cuptorului se face cu ajutorul unor bolțuri ce trec prin peretele carcasei și presează lateral bridele. Această construcție asigură o rigiditate suficientă creuzetului în timpul înclinării cuptorului. Consolidarea inductoarelor cu spire înclinate poate fi obținută prin fixarea individuală a fiecărei spire de bridele verticale izolante , prin intermediul unor buloane de alamă lipite de spire. Bridele se fixează de corpul cuptorului cu ajutorul unor tiranți , a căror întindere se realizează prin piulițe cu filet stânga – dreapta.

4. Confecționarea căptușelii cuptoarelor de inducție cu creuzet

Căptușeala refractară a cuptoarelor de inducție cu creuzet se compune din elemente constructive principale, legate de creuzet printr-un strat de material refractar sub formă de tencuială.

Baza constituie suportul pe care se așează creuzetul și inductorul și se zidește direct pe carcasa cuptorului. La cuptoarele mici (50… 100 kg încărcătura) baza se confecționează din blocuri fasonate, fixate d 6 C3TC3SS CU bride și buloane nemagnetice. La unele cuptoare se face din beton refractar sau azbociment, sticlostratitext. dar acestea au o durată de viață scăzută.

Cea mai utilizată este baza de cărămizi normale de șamotă, zidite cu mortar obținut din 75% șamotă măcinată și 25% argilă umedă. Dacă este cazul (temperaturi ridicate ale șarjei), baza se realizează din mai multe straturi refractare și termoizolante.

Coroana refractară se confecționează din blocuri de șamotă fasonate sau din cărămizi normal de șamotă. In coroană se fixează jgheabul de golire ce are rolul de a orienta șuvoiul de metal topit atunci când se golește cuptorul.

Jgheabul poate fi dintr-un singur bloc de șamotă (la cuptoarele mici) sau din mai multe cărămizi de șamotă fasonate (la cuptoarele mari).

Creuzetul este partea cea mai solicitată a căptușelii, fund expus la gradiente de temperatură de ordinul a 200°C/cm și la presiuni hidrostatice, exercitate de metalul topit, de 4…8 N/cm" sau chiar mai mult. De aceea, alegerea corectă a formei și dimensiunilor creuzetului, ca și a materialelor refractare utilizate, este de cea mai mare importanță pentru fiabilitatea și siguranță în funcționarea cuptorului.

Din punct de vedere electric, grosimea peretelui creuzetului trebuie să fie minimă pentru a avea un cuplaj cât mai bun între inductor și șarjă, deci randament electric cât mai ridicat. Sub aspect mecanic și termic, grosimea peretelui creuzetului este bine să fie cât mai mare. pentru a avea pierderi de căldură mici(randament termic ridicat) și solicitări mecanice reduse.

Grosimea optimă a peretelui creuzetului, care a dat rezultate satisfăcătoare în practică este de 10…30% din diametrul creuzetului, valori mai mari fiind recomandate pentru cuptoarele mai mici. Din considerente mecanice, grosimea peretelui nu este constantă pe toată înălțimea sa, ci este mai mare la baza creuzetului, astfel încât forma acestuia este tronconică, cu o înclinare de 2…4%. De asemenea, se folosesc și creuzete cilindrotronconice la care partea inferioară este sub formă de trunchi de con (cu înclinare de 2…4% pe o înălțime de 1/3… 1/4 din înălțimea creuzetului) , întrucât aici corodarea cauzată de agitația topiturii este maximă.

Materiale refractare utilizate la confecționarea creuzetului trebuie să suporte temperaturi până la 1650°C (topirea oțelului), să aibă coeficient de dilatație cât mai mic (se evită fisurarea creuzetului datorită variațiilor de temperatură pe grosimea peretelui) și să reziste la acțiunea chimică a zgurei. In general, se utilizează amestecuri de materiale refractare după rețete care au condus la durabilități ridicate ale creuzetului. De menționat, ca aceste rețete sunt dependente de metalul sau aliajul de topit.

CAPITOLUL III

DIMENSIONAREA CUPTORULUI

1 DIMENSIONAREA CREUZETULUI

După alegerea materialului refractar al creuzetului se stabilesc dimensiunile d2 (diametrul mediu) și h2 (înălțimea maximă a încărcăturii – de siguranță)

Materialul refractar: Grafit

Volumul util:

unde ρ’ este densitatea la temperatura mediului ambiant 200C :

kg/dm3

Coeficientul de zveltețe al băii:

Acest coeficient ese impus pentru a obține un randament electric și termic cât mai mare, și se alege din intervalul:

0,5 … 1 => c2=0,6

Rezultă, diametrul mediu al acestui cuptor cu creuzet este:

Diametrul mediu al cuptorului este:

d2= 0,656 m

Cu ajutorul coeficientului de zveltețe ales ( c=0,6 ) vom determina înălțimea creuzetului:

Înălțimea încărcăturii este:

h2=1,1 m

Înălțimea creuzetului se adoptă cu circa 20 – 30 % mai mare decât h2 pentru a ține cont de agitația băii și de adăugarea bucăților solide de metal.

Înălțimea creuzetului este:

deci

h1= 1,37m

Grosimea peretelui creuzetului este ac și se adoptă pe baza relației:

Vom adopta ac=0,13m deci:

ac=0,13 m

Grosimea stratului izolator – diatomită – în general se ia valori de 1 – 10 cm.

Voi alege grosimea de 0,01 m, deci:

ai=0,01 m

2 RANDAMENTUL TERMIC AL CUPTORULUI

– material refractar- diatomina

densitate ρ=700kg/m3

conduciv. termică λ=(0,16+0,31∙10-3∙Θ) W/m∙oC

temperatura maximă de utilizare Θmax=900 oC

Pierderile laterale prin stratul de grafit și diatomită:

Pierderile laterale se calculează pentru primul strat:

pentru că se calculează aproximând cuptorul cu un cilindru, unde

l = h2 + ac/2=1.093+0,1/2=1,143 m

Deci rezistența termică a grafitului este:

Rλ=2,49607∙10-4 oC/W

Pierderile laterale se calculează pentru al doilea strat:

Temperatura la suprafața interioară a stratului termoizolant se consideră Θ=150 oC.

m2

Rλ=0,0527173 oC/W

Rezistența totală este:

oC/W

Pierderile laterale:

W

Pierderile laterale

Φlaterale= 11327.8292 W

Transferul de căldură prin porțiunea inferioară:

m2

W

Pierderile prin partea inferioară a cuptorului

Φinf= 870.44032W

Transferul de căldură prin capac:

Vom considera capacul acestui cuptor din fibre ceramice care are următoarele proprietăți fizice:

densitate ρ=50 kg/m3

conducivitate termică λ=(0,1+0,4∙10-3∙Θ) W/m∙oC

temperatura maximă de utilizare Θmax=1300 oC

cu grosimea de g=6 cm.

Rezistența termică a capacului:

oC/W

Fluxul termic prin capac este date de:

W

Pierderile prin capacul cuptorului

Φcapac= 4924.02438 W

Deci pierderile totale rezulta însumând aceste trei pierderi, adică:

Adică:

W

kW

%

Puterea transformată în căldură în șarjă la randament

kW

i – energia specifica a materialului

3 ALEGEREA FRECVENȚEI DE LUCRU

La a cuptoare în general este un moment de cheie alegerea frecvenței de lucru, alegerea se face ținând cont simultan de:

Randamentul electric al cuptorului

Agitația dorită a băii de metal topit

Din practică se alege o valoare a frecvenței de lucru, mai mare decât:

[ Hz ]

unde:

ρ2 – este rezistivitatea la 7000C ρ2=9 ∙10-8 Ω∙m

μr – permeabilitatea magnetică, μr = 1 și

d2 – diametrul creuzetului

Deci frecvența de lucru va fi:

Hz

Dar trebuie să mergem cu frecvența industrială de f =50 Hz, și pentru această frecvență trebuie să urmărim următoarele verificări:

Verificarea 1: – referitor la timpul de topire

Dependența timpului minim de topire de frecvență pentru o ridicare admisibilă se poate citi pe diagrama de mai jos, și este

tt= 150 m pentru f =50 Hz (aluminiu) – care verifică, pentru că la noi timpul de topire este de 1,5 ore.

Verificarea 2: – referitor la dimensiunile minime a bucăților solide de metal

Din această nomogramă se vede clar, că dimensiunile minime ale bucăților solide de metal în funcție de frecvența de lucru este de 200 mm – și această condiție este verificată

4 CALCULUL INDUCTORULUI ȘI AL SISTEMULUI INDUCTOR-ȘARJĂ

Dimensiunile inductorului sunt:

d1 = diametrul inductorului

h1 = inaltimea inductorului

d1=0,936 m si h1=1,375 m

Adâncimea de pătrundere:

, unde

δ – adâncimea de pătrundere

ω–pulsațiacurentului

rad/s

σ – fiind conductivitatea electrică a metalului, adică

S/m

μ=μ0∙μr=4∙π∙10-7∙1=4∙π∙10-7 V∙s/A∙m – permeabilitatea magetică

Având în vedere cele scrise mai sus, adîncimea de pătrundere se poate scie sub forma prezentată mai jos:

m la 20oC

m la 658oC

Grosimea peretelui spirei:

a = (1,2 … 2)δ1 dar indicat

mm, deci a=15 mm

Parametrii inductorului:

Parametrii inductorului se pot determina înlocuind cele N spire ale inductorului, deocamdată necunoscute printr-o singură spiră, ca și cum spirele inductorului ar fi legate în paralel, în loc de serie.

Rezistența și reactanța interioară a inductorului cu o singură spiră se calculează cu relația de mai jos, considerând factorul de umplere g = 0,8:

Deci:

Ω

Rezistența și reactanța șarjei – raportate – se poate calcula cu relațiile de mai jos:

– este rezistența șarjei raportată la inductor

– este reactanța interioară a șarjei raportată la inductor

Dar în acest caz avem: Kr2 = Kx2 = 1, numărul de spire N = 1, deci avem:

Ω

Folosind factorii de corecție din tabelul de mai jos:

obținem pentru raportul:

= factor de corectie inductivitate mutuala

Reactanța aerului se poate calcula cu relația de mai jos:

adică:

ζ=()2 = 0,834 = p

deci: (X1)1 – p2XII = 78,87 · 10-6 Ω

Parametrii sistemului inductor:

Parametrii sistemului inductor

(R)1 =2,6∙10-5 Ω și (X)1 = 8,57∙10-5 Ω

6 RANDAMENTUL ELECTRIC AL CUPTORULUI

Randamentul electric al cuptorului se poate calcula folosind parametrii inductorului, cu formula de mai jos:

Înlocuind în relația de mai sus, valorile parametrilor, obținem:

%

Randamentul electric al cuptorului este:

ηe=79 %

7 FACTORUL DE PUTERE AL CUPTORULUI

Ca la orice instalație electrică, consumator este un parametru foarte important, nu numai din punctul de vedere al cheltuielilor de exploatere, ci și din punctul de vedere al calității energiei electrice, a pierderilor de tensiune și de putere care apar la transportul energiei reactive în rețea. Factorul de putere trebuie corectat la o valoare neutră, care este dat de normativele în vigoare. Compensarea sau mai precis corecția acestui indicator la valoarea neutră se face cu condensatoare electrice.

Mai întâi trebuie să calculăm valoarea acestui factor, care se poate determina cu ajutorul formulei:

Factorul de putere al cuptorului este:

cosφ =0,3

Se vede că factorul de putere naturală are valoare mică, în practică se obțin valori din intervalul (0,05 … 0,4).

8 PUTEREA ABSORBITĂ DE INDUCTORUL CUPTORULUI

Puterea activă absorbită de la rețea – fără compensare – obținem din:

kW

Puterea activă absorbită de la rețea

Pa = 361,55 kW

9 PUTEREA APARENTĂ A CUPTORULUI

Se poate calcula cu ajutorul factorului de putere, cum este prezentat mai jos:

kVA

Puterea aparentă a cuptorului

S = 1208,5 kVA

10 SOLENAȚIA INDUCTORULUI

Solenația necesară cuptorulu se poate determina, cu formula:

A∙spiră

Solenația

(NI1)=120900 Asp

11 NUMĂRUL DE SPIRE AL INDUCTORULUI

Numărul de spire necesare pentru a avea solenația dorită se calculează cu relația:

spire

Numărul de spire necesare

N = 37 spire

12 CURENTUL ABSORBIT DE CUPOR

Curentul absorbit de cuptor este:

A

Curentul absorbit:

I1= 3267,56 A

2.13 DIMENSIUNEA AXIALĂ A SPIREI

Factorul de umplere, cu care s-au efectuat calculele, este g = 0,8, deci:

m

Dimensiunea axială a spirei este:

b=3 cm

14 GROSIMEA IZOLAȚIEI DINTRE SPIRE

Se poate calcula cu ajutorul:

m

Grosimea izolației dintre spire este:

Δ= 0,8 cm

15 DENSITATEA DE CURENT

Trebuie verificat inductorul și în cazul răcirii cu apă trebuie să satisfacă următoarea condiție:

Deci dacă calculăm densitatea de curent, obținem:

– această condiție este satisfăcută

16 INTENSITATEA CÂMPULUI ELECTRIC DINTRE SPIRE

Verificarea intensității câmpului electric dintre spirele inductorului se poate calcula cu formula:

V/mm

care este mai mic decât cel admisibil, cum este prezentat mai jos:

Eadm = 10 … 40 V/mm pentru aer

Eadm = 100 … 120 V/mm în cazul în care folosim izolație între spire

17 FLUXUL MAGNETIC PRODUS DE INDUCTOR

Fluxul magnetic total produs de inductor este:

mWb

Fluxul magnetic total produs de inductor

Φmagnetic = 46,267 mWb

18 ECRANUL FEROMAGNETIC

Numărul și dimensiunile pachetelor de tole se determină pe baza relației de mai jos. Ca valoare orientativă se recomandă un consum de 600 – 700 kg tablă silicioasă pentru fiecare tonă de metal din capacitatea cuptorului.

Secțiunea necesară a tuturor coloanelor din tole care formează ecranul feromagnetic este:

unde:

U – tensiunea de alimentare (U = 380 V)

f – frecvența tensiunii de alimentare (f = 50 Hz)

B – inducția magnetică admisibilă a tolelor (0,6 … 0,9 T pentru 50 Hz)

N – numărul spirelor inductorului

Deci:

m2

Secțiunea necesară a tuturor coloanelor din tole

Aecran = m2

19 PARAMETRII SISTEMULUI INDUCTOR – ȘARJĂ

Parametrii sistemului inductor – șarjă se poate calcula cu relațiile de mai jos:

Ω

Ω

mH

Inductivitatea inductorului are valoarea de

L=0,37 mH

20 REȚEAUA SCURTĂ

Rețeaua scurtă realizează legătura între sursa de alimentare și cuptorul de inducție. Conductoarele electrice se dimensionează astfel încât se satisfacă simultan următoarele condiții:

rezistență mecanică

stabilitate termică

pierdere de tensiune admisibilă

stabilitate termică și dinamică la scurtcircuit

Conductoarele trebuie să aibă rezistență mecanică suficientă astfel încât să nu se deteriorează din cauza eforturilor la care sunt supuse în timpul montării și exploatării. Secțiuniile minime necesare sunt date în normativul I7 în vigoare.

Dimensionarea intalațiilor electrice de joasă tensiune se face pe baza stabilității termice – a încălzirii maxim admisibile produsă de trecerea curentului electric, veriicându-se apoi la pierderea de tensiune în rețea, și stabilitatea termică și dinamică la scurtcircuit.

Secțiunea barei rețelei de alimentare:

Secțiunea activă a barei este: mm2

Secțiunea totală a barei este: mm2

Bara cu care se face alimentarea are următoarii parametrii:

a’= 10 mm, b’= 100 mm Iadm_CC=8250 A

Verificarea la încălzire:

Secțiunea este impusă de condiția de a nu depășii încălzirea în curent continuu:

A

3267,56 A < 3786.920 A – deci se verifică la încălzire

21 BATERIA DE CONDENSATOARE

Condensatoarele derivație au rolul de a compensa consumul de putere reactivă al cuptoarelor de inducție, în general la cosφ = 1.

Factorul de putere al istemului inductor – piesă:

Pe diagrama fazorială a compensării cuptorului de inducție cu conden-satoare derivație se poate vedea.

La rezonanță (figura de mai sus): , adică:

, de unde capacitatea:

mF

Puterea condensatoarelor este de:

deci

MVAr

Puterea condensatoarelor este de:

Q=1,148MVAr

Deci trebuie să folosim 48 bucăți de condensatoare legate în paralel de tip CS – 0,38 – 20 – 3 pentru a compensa factorul de putere la cosφ = 1.

22 RANDAMENTUL TOTAL

Unul dintre indicatorii energetici cei mai importanți este randamentul total al instalației, care este produsul randamentului termic și electric în cazul de față:

%

Randamentul total al cuptorului cu inducție cu creuzet proiectat este de

η= 72,7 %

CAPITOLUL IV

RĂCIREA CUPTORULUI

1 Calculul puterii cea ce trebuie evacuată de apa de răcire

Apa care circulă în inductor preia căldura dezvoltată în acesta și căldura transmisă prin peretele creuzetului. Puterea Pe care trebuie evacuată de apa de răcire este:

kW=125,81 kW

Pierderile care trebuie evacuate de apa de răcire

Pe = 125,81 kW

2 Calculul debitului necesar de apă de răcire

Debitul necesar de apă:

unde Pe – se dă în kW

Δγ = γiesire – γintrare

– este diferența de temperatură a apei de răcire la ieșirea respectiv intrarea în sistemul de răcire (inuctor).

Δγ = γiesire – γintrare=60 – 25 = 35 oC

Deci:

Viteza de curgere a apei se poate determina cu ajutorul formulei de mai jos:

unde A – suprafața secțiunii țevii în m2, și pe figura explicativă de mai jos se poate calcula

m2

Deci:

Puterea ce poate fi preluată prin convecție de apa de răcire este dată de relația:

[kW]

unde:

αia – este transmisivitatea între inductor și apă în kW/m2K – care se poate citii pe diagrama de mai jos:

DIAGRAMA

VITEZA apei de racire 1 2 3 4 5 m/s

Pentru diametrul de 5 mm 10 15 22 30 45

Pentru diametrul de 10 mm 7 13 18 22 30

Pentru diametrul de 20 mm 6 10 16 18 22

Valorile de mai sus sunt penru transmisivitatea intre inductor si apa date in kW/(metru patrat*K)

γi – este temperatura admisibilă a inductorului

γa – este temperatura medie a apei de răcire,

oC

pe figura de mai sus se poate citii valoarea transmiivității pentru viteza de curgere a apei. Vom obține valoarea de αia=10 kW/m2K

A – este suprafața laterală a interioară a țevii – cum se poate observa pe figura de mai jos -care vine în contact cu materialul izolant. Vom obține valoarea de:

m2.

Deci:

kW

Se poate vedea că Pca >Pe adică se poate prelua toată căldura prin convecție, ceea ce trebuie evacuată.

CAPITOLUL V

CONSUMUL SPECIFIC DE

ENERGIE ELECTRICA

5.1 consumul specific de energie electrică a cuptorului

Consumul specific de energie electrică Qs al instalației reprezintă un indicator energetic de a cărui valoare depinde economicitatea instalației electrotermice. Acest indicator este expimat prin consumul total de energie electrică raportat la unitatea de măsură a producției instalației (bucăți, kilogram, tone etc.), conform relației:

Observație – Consumul specific de energie electrică este influențat în mare măsură de pierderile de căldură, valori scăzute obținându-se prin realizarea unei izolații termic corespunzătoare.

CAPITOLUL VI

SIMETRIZAREA CUPTORULUI

1 Montajul Steinmetz pentru simetrizare

În figura de mai jos este dată schema de alimentare a unui cuptor cu creuzet frecvența tensiunii de alimentare de 50 Hz. Pentru a transfoma sarcina monofazată reprezentată de cuptor în sarcină trifazată simetrică se utilizează o instalație de simetrizare compusă dintr-o bobină Ls și un condensator Cs ambele reglabile.

Unde:

C – baterie pentru compensarea puterii reactive

Cs – baterie pentru simetrizare

Ld – drossel – bobină cu miez feromagnetic

Tensiunea Ul = 380 V

Puterea P = 361,55 W

Curentul I = 3267,56 A

Se poate desena diagrama fazorială:

De unde putem calcula curenții:

A

A

Curentul nominal al unui condensator la tensiunea de 380 V(tensiunea de linie):

A

Impedanța:

A

Determinarea numărului de condensatoar necesare:

N1 – buc. de condensatoare

Curentul: A

Numărul de condensatoare între fazele R și S se poate determina folosiind relația:

N2 – condensatoare

Curentul drosselului la tensiunea de 380 V este:

A

Curentul nominal al drosselului este de:

A

Puterea nominală la 380 V a drosselului:

kVAr

2 Verificarea puterii cerute pe o fază

Folosim o bobină de 139.819 kVAr-i și în acest fel vom avea puterea pe o fază:

Dacă nu folosim montajul Steinmetz dintr-o sarcină monofazată, conectată la un sistem trifazat între două faze, această sarcină deformează puternic sistemul, cu acest montaj sunt absorbite puteri egale pe cele trei faze.

CAPITOLUL VII

ANALIZA ECONOMICA A

ECHIPAMENTULUI PROIECTAT

1. Calcularea costului produsului finit

Costul de producție cunoaște mai multe definiții dar cea mai largă
utilizare a costului de producție este expresia monetară a consumului de factori de producție pentru obținerea unui bun sau serviciu.

Intre noțiunea de cost și cea de cheltuieli există unele deosebiri, deoarece
cheltuielile sunt elemente componente ale costului pe de o parte, iar pe de altă parte reprezintă costuri delimitate.

Pentru obținerea produsului finit se realizează mai multe categorii de cheltuieli:

Cheltuieli materiale: în categoria acestora sunt incluse următoarele cheltuieli: materii prime și materiale, ambalaje, transportul mărfurilor, combustibil, energie, reparații, lucrări si servicii executate de terti. servicii executate de terți.

Cheltuieli cu munca vie dintre care:

Salarii

contrubuții pentru asigurări sociale (CAS)

Cheltuieli pe clădiri, taxe și alte cheltuieli, din care:

impozite, taxe

dobânzi

indemnizații pentru deplasari si detasari

prime de asigurare

expertize contabile.

Cheltuieli negenerate de ciclul de producție:

cheltuieli pentru prevenirea calamitatilor naturale

pentru păstrarea echilibrului ecologic,

In cadrul relației cost si pret, costul de producție oglindește doar o parte a prețului de vanzare .

Cheltuieli pentru realizarea unui produs se fac inca de la conceperea produsului la compartimentul cercetare – dezvoltare, în acestea fiind cuprinse următoarele:

cheltuieli pentru proiectul de execuție ce conține: ansamblul desenelor de
execuție, desenele subansamblelor și reperelor componente
cheltuieli pentru proiectul tehnologic ce conține: fișa tehnologică, lista SDV-
urilor ,listă manoperă, listă materiale, instrucțiuni tehnologice specifice
eventualelor cooperări.

Știindu-se faptul că raportul preț – calitate este un indicator important
pentru consumatorii produsului realizat se urmărește obținerea unui produs ieftin și de calitate.

Acestea se pot obține printr-o bună gestionare a materialelor necesare fabricației cât și prin implementarea de utilaje performante. Prin aceste două acțiuni se pot obține pierderi mai mici de materiaie exprimate printr- un număr mic de rebuturi și de micșorare a consumurilor energetice în procesul de fabricație și probe.

Eficiența fabricaței este caracterizată de:

-costuri reduse (materiale, energie, mână de lucru)

grad de tipizare.

Adaosul comercial constituie un element al prețului cu amănuntul care
are ca destinatie economică acoperirea cheltuielilor de circulație și asigurarea unui profit societăților de comerț reprezentând pnncipala sursa de venit pentru societățile din sfera de circulație a mărfurilor.

Recuperarea investițiilor făcute în clădiri, echipamente, utilaje, elemente denumite mijloace fixe se realizează prin amortizare.

Așadar amortizmentele apar cu o micșorare a valorii bunurilor destinate să
deservească activitatea întreprinderilor pe o perioadă mai mare de un an ,
care se consuma treptat.

Agenții economici din țara noastră sunt obligați să amortizeze mijloacele
fixe potrivit prevederilor legale utilizând unul din următoarele regimuri de
amortizare.

amortizare liniară,

amortizare degresivă,

amortizare accelerată

Cel mai utilizat tip de amortizare ce se aplică cu preponderență în toate
ramurile economice este amortizarea liniară.

Determinarea normei de amortizare liniară se face astfel:
Na =1/ D„ *100

Na reprezintă norma de amortizare

D„ reprezintă durata de funcționare

O parte din aceasta se regăsește în costul de fabricație al fiecărui produs
realizat de întreprindere.

După cum se observă în formarea prețurilor, efectul de bază îl constitue costurile de producție la care se adaugă conform schemei celorlalte elemente ce concură la obținerea prețului cu amanuntul.

Figura 7.1.Modul de formare al prețului de vanzare

2. Estimarea prețului de livrare pentru elementele componente cuptorului de inducție cu creuzet

Valoarea materialelor

In tabelul de mai jos este prezentat calculul prețului de cost al pieselor si materialelor componente ale cuptorului.

Pentru realizarea cuptorului, s-au efectuat următoarele cheltuieli:

a) Cheltuieli cu materialele și piesele componente conform listei

b) Materiale

Valoarea manoperei

Costul manoperei include activitatea de cercetare și proiectare a produsului, proiectarea tehnologică, execuția produsului și încercările de tip și lot.Se estimează că proiectul va permite execuția, fără modificări majore în documentație.

Manopera , exprima in unitati de timp (ore convenționale) corespunzătoare unui
singur produs de:

M=500/100+100/l00+100+40/100+8=114,4 ore

Pentru un salariu net de 500 Iei la ceea ce corespunde unui salariu brul de 675 lei,
prețul orar al manoperei este: Sal.Brut/ore pe lună = 675/168 = 4.02 Iei/h
– rezultă costul manoperei corespunzătoare unui singur produs este de:
4.02*114.0 = 459.6 lei Calculul prețului de producție pentru un produs finit are în vedere costul materiilor prime și materialelor, costul manoperei și respectiv cheltuielile comune
ale secției, după cum urmează:

Notă : 0max- temperatura maximă de lucru

0m – temperatura medic aritmetică a materialului în regim staționar

CAPITOLUL VIII

DETERMINAREA DISTRIBUIEI

DENSITATII DE CURENT IN SISTEM

1 Metoda elementelor finite pentru determinarea distribuiei densitatii de curent in sistemul inductor-sarja

Procesarea datelor problemei.

Formularea problemei. Se considera un cuptor de inducție cu creuzet pentru topirea Cuprului cu datele nominale de funcționare 1=2292,1 A , f=50 Hz , avand 204 spire.Se determina distributia de curent in bobinele inductorului si in baia de cupru.

Problema este de camp electromagnetic sinusoidal si se alege tipul axisimetric (cu simetrie cilindrica) sau de tip planar (cu simetrie plan paralela).

Din motive de simetrie geometrica se analizeaza jumatate din domeniul real bidimensional al câmpului electromagnetic armonic . Dimensiunile gemetrice sunt precizate in Fig: 8.1

Constantele de material sunt:

Cupru p = 1,678*10-8

Izolație µ = 1,

Baie cupru µ = 1,

Apa µ = l,

Aer µ = 1.

Peste tot seadopta condiția Dirichlet omogena pentru potentialul magnetic vector (A=0).

2 Rezolvarea problemei si procesarea soluției numerice

Programul de calcul Q-Field discretizeaza domeniul de camp in elemente finite triunghiulare de ordinul intai si asociaza fiecărui nod al rețelei un potential magnetic .

Printr-o tehnica de calcul variational , programul stabileste un sistem de ecuații algebrice verificate de potențialele nodurilor rețelei din care se scad potențialele cunoscute de valori in nodurile rețelei.

Procesarea soluției numerice se realizeaza in diferite moduri alese de operator si implimentate in programul de calcul.

In lucrarea de licența am optat pentru urmatoarele modalitati de procesare prezentate mai jos:

Rețeaua de discretizare cu elemente finite cu număr de noduri N= 34960

Bibliografie

N. Golovanov, I. Șora ș.a., Electrotermie și electrotehnologii, vol. I; Editura Tehnică, București, 1997.

A. Saimac ș.a ., Utilizarea energiei electrice în metalurgie; EDP București, 1980.

Marilena Ungureanu ș.a., Utilizări ale energiei electrice; EDP R.A. Bcurești, 1999.

University of Oxford, Department of Engineering Science (http://www.eng.ox.ac.uk/World/Academic/Admissions/Ugraduate/es.html)

University of Cambridge, Department of Engineering

(http://www.eng.cam.ac.uk/teaching/courses/y1/P3-EM.html)

Idaho State University, College of Engineering, Electrical Engineering

(http://www.isu.edu/academic-info/current/engineer.html)

http://www.e-scoala.ro/referate/fizica_cuptor_creuzet.html

HUTTE Manualul inginerului 2000.

COMȘA DAN, Instalații electrotehnice industriale, voi. 1+2, Editura Tehnică, București, 1986;

Dan Comșa, Lucia Pantelimon ELECTROTERMIE, Editura Didactică și Pedagogică, București 1979

Dan Comsa UTILIZĂRI ALE ENERGIEI ELECTRICE, Editura Didactică și Pedagogică, București 1973

Dan Comșa ș.a. PROIECTAREA INSTALAȚIILOR ELECTRICE INDUSTRIALE, Editura Didactică și Pedagogică, București 1979

COMȘA DAN, PANTELIMON L., Electrotermic Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979;

FLUERAȘU CORINA, FLUERAȘU CEZAR, Electrotermic voi. 1+2, Editura U.P.B., București, 1996;

GOLOVANOV N. și colectiv, Electroțetmie și Electrotehnologii,

Editura Tehnică, București, 1997;

Note de curs electrotermic, prof. dr. ing. CORINA FLUERAȘU, 2002;

FIREȚEANU V., Procesarea electromagnetică a materialelor,

Editura Politehnica, București, 1994;

7. SLUHOȚKII A., RÂSKIN, S.E., Inductoare pentru încălzirea

electrică, Editura Tehnică, București, 1982;

Contract de cercetare științifică U.P.B.- SILCOTUB Zalău, 1999;

ALEXANDRU F., MĂGUREANU R., Mașini și acționări electrice,

Editura tehnică, 1986;

10.ARPAD KELEMEN, MARJA IMECS, Electronica de putere, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1983;

11.Documentația de execuție a produsului G.S.M.F. 175L 2,5-1.l.S,

ELECTROTEHNICA;

12.I.P.R.S. BĂNEASA, Catalog de tiristoare, Editura Tehnică, 1987.

Bibliografie

N. Golovanov, I. Șora ș.a., Electrotermie și electrotehnologii, vol. I; Editura Tehnică, București, 1997.

A. Saimac ș.a ., Utilizarea energiei electrice în metalurgie; EDP București, 1980.

Marilena Ungureanu ș.a., Utilizări ale energiei electrice; EDP R.A. Bcurești, 1999.

University of Oxford, Department of Engineering Science (http://www.eng.ox.ac.uk/World/Academic/Admissions/Ugraduate/es.html)

University of Cambridge, Department of Engineering

(http://www.eng.cam.ac.uk/teaching/courses/y1/P3-EM.html)

Idaho State University, College of Engineering, Electrical Engineering

(http://www.isu.edu/academic-info/current/engineer.html)

http://www.e-scoala.ro/referate/fizica_cuptor_creuzet.html

HUTTE Manualul inginerului 2000.

COMȘA DAN, Instalații electrotehnice industriale, voi. 1+2, Editura Tehnică, București, 1986;

Dan Comșa, Lucia Pantelimon ELECTROTERMIE, Editura Didactică și Pedagogică, București 1979

Dan Comsa UTILIZĂRI ALE ENERGIEI ELECTRICE, Editura Didactică și Pedagogică, București 1973

Dan Comșa ș.a. PROIECTAREA INSTALAȚIILOR ELECTRICE INDUSTRIALE, Editura Didactică și Pedagogică, București 1979

COMȘA DAN, PANTELIMON L., Electrotermic Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979;

FLUERAȘU CORINA, FLUERAȘU CEZAR, Electrotermic voi. 1+2, Editura U.P.B., București, 1996;

GOLOVANOV N. și colectiv, Electroțetmie și Electrotehnologii,

Editura Tehnică, București, 1997;

Note de curs electrotermic, prof. dr. ing. CORINA FLUERAȘU, 2002;

FIREȚEANU V., Procesarea electromagnetică a materialelor,

Editura Politehnica, București, 1994;

7. SLUHOȚKII A., RÂSKIN, S.E., Inductoare pentru încălzirea

electrică, Editura Tehnică, București, 1982;

Contract de cercetare științifică U.P.B.- SILCOTUB Zalău, 1999;

ALEXANDRU F., MĂGUREANU R., Mașini și acționări electrice,

Editura tehnică, 1986;

10.ARPAD KELEMEN, MARJA IMECS, Electronica de putere, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1983;

11.Documentația de execuție a produsului G.S.M.F. 175L 2,5-1.l.S,

ELECTROTEHNICA;

12.I.P.R.S. BĂNEASA, Catalog de tiristoare, Editura Tehnică, 1987.