תנור חימום אינדוקציה בתדר בינוני לפרזול

הפיתוח של תנור האינדוקציה לייצור פלדה היה ברכה ליצרני הפלדה הקטנים. תנורים אלה קלים להתקנה, לתפעול ולתחזוקה. תנורים אלה הם קטנים יותר בגודל החום עם השקעה בעלות נמוכה ומועדפים על ידי מפעלי פלדה בעלי קיבולת נמוכה יותר. בתנורים אלה, פלדה מיוצרת על ידי המסת חומר המטען באמצעות החום המופק מהשדה האלקטרומגנטי.

תנור האינדוקציה מורכב בעצם מכור היתוך, סליל משרן ומקליפה, מערכת קירור ומנגנון הטיה. כור ההיתוך נוצר מחומר עקשן, אשר סלילי התנור מצופים בו. כור היתוך זה מכיל את חומר המטען ולאחר מכן את ההיתוך. הבחירה של חומר עקשן תלויה בסוג המטען ובעצם מורכבת מחומר עקשן חומצי, בסיסי או ניטרלי.

סליל המשרן הוא סליל נחושת צינורי עם מספר ספציפי של סיבובים. זרם חילופין (AC) עובר דרכו ונוצר שטף מגנטי בתוך המוליך. השטף המגנטי שנוצר גורם לזרמי מערבולת המאפשרים את החימום ולאחר מכן את תהליך ההיתוך בכור ההיתוך.

הקליפה היא החלק החיצוני של הכבשן. זה מכיל את כור ההיתוך ואת סלילי המשרן, ויש לו יכולת תרמית גבוהה יותר. הוא עשוי מקבילית מלבני עם לוח פלדה דל פחמן ומחובר בפינות על ידי נושאי קצה מחתיכות זוויתיות ורצועות של מתכת לא מגנטית.

מערכת הקירור היא בדרך כלל מערכת זרימה חד כיוונית עם סלילי הנחושת הצינוריים המחוברים למקור המים באמצעות צינורות גומי גמישים. תהליך הקירור חשוב מכיוון שמעגל התנור נראה התנגדות, והכוח האמיתי נצרך לא רק בחומר הטעון אלא גם בהתנגדות של הסליל. אובדן סליל זה, כמו גם אובדן החום המוליך מהמטען דרך כור היתוך העקשן מחייב את הסליל להיות מקורר במים כמדיום הקירור כדי למנוע עליית טמפרטורה מופרזת של סלילי הנחושת.

חומרי גלם ומקור אנרגיה

גרוטאות המסת פלדה, ברזל מופחת ישיר וברזל חזיר/ברזל יצוק הם חומרי הגלם התזונתיים עבור תנור אינדוקציה. היחס בין פריטים אלו לבין הטכנולוגיה של המסת חומרי תשומה אלו משתנה בהתאם לזמינות חומרי הגלם ולמיקום המפעל. חומרי גלם נבחרים נוספים נדרשים לייצור פלדה באיכות ספציפית. להפעלה טובה ויעילה של התכה בכבשן אינדוקציה, טעינת חומר הגלם חייבת לעמוד בקריטריונים הבאים.

זה חייב להיות צפוף ככל האפשר. דחיסה של גרוטאות חשובה להבטחת חימום אחיד ומהיר וכן לחיסכון באנרגיה.

זה חייב להיות נקי. חלודה, שמן, גריז וחול וכו' רצוי להיות אפס.

זה חייב להיות נקי מבחינה מתכתית, כלומר נקי מגושי סיגים, תחמוצות וכו', במיוחד עבור ברזל מופחת ישירות, גולגולת וסגסוגות ברזל.

אין קצוות מחודדים חדים או פחות, במיוחד במקרה של גרוטאות כבדות ומגושמות.

זה חייב להיות מופרד ממרכיבים מזיקים כמו חומרי נפץ, מיכלים סגורים, חומרי אידוי וזמין בגדלים הניתנים לתשלום על רצפת החנות.

חשמל הוא מקור האנרגיה היחיד להתכת פלדה בתנור האינדוקציה. תנור אינדוקציה אמור לפעול בעוצמה מקסימלית מאז תחילתו. ישנה תפיסה מוטעית של הפעלת תנור בברז נמוך בתחילה ולאחר מכן עליה בהדרגה לברז גבוה יותר. הזנת הספק המקסימלית מגבירה את קצב ההיתוך ולכן מפחיתה את זמן המחזור של חום. מקדם כוח יש לשמור ליד אחד.

ירידת מתח מהמקור גם למעקב ליעילות אנרגטית טובה יותר. קצב צריכת החשמל הנוסף תלוי בגודל התנור והוא מופחת כאשר קיבולת התנור גדלה בקירוב של עד 15 עד 17 טון ולאחר מכן קצב הצריכה נשאר כמעט קבוע בסביבות 600 קוט"ש/טון.

היבטים חשובים של הפעולה
כאשר פלדה נוזלית מתרגשת על ידי זרם מנוגד לזרם הזורם בסליל האינדוקציה, היא נסערת כדי להעלות את פני השטח שלה במרכז. פני השטח של הפלדה הנוזלית עולים גבוה יותר ככל שהתדירות הופכת נמוכה יותר, כלומר ערבול של הפלדה הנוזלית מתרחש חזק יותר בתנור בתדר נמוך מאשר בתנור בתדר גבוה. אפקט זה של ערבול מאפשר להבטיח טמפרטורה אחידה של הפלדה הנוזלית ואיכותה האחידה, כמו גם לקדם לכידת חומר טעון ואיחוי של סוכני התאמת הרכב כימי, במיוחד תוספת פחמן. מצד שני, ערבול מוגזם עלול לגרום לבעיות כגון בלאי חמצון של פלדה נוזלית והתכה של חומרים עקשנים או סכנה של התזת פלדה נוזלית.

לאחר השלמת ההמסה, מורידים את הסיגים. לסלג שנוצר במהלך ההיתוך יש נטייה להידבק על דופן התנור. זה מקטין את נפח התנור ומפחית את תפוקת המתכת לכל חום.

חימום-על של מתכת נעשה בטמפרטורה גבוהה יותר ונמשך כמה דקות. זה מונע התקנת סיגים על רירית התנור ושומר על הכבשן נקי עם נפח מלא.

הרכב הסיגים משתנה בהתאם לתהליך הספציפי בו נעשה שימוש וסוג הפלדה המיוצרת. הרכבים של סיגים תנור ומצקת הם לרוב מורכבים מאוד. הסיגים שנוצרים הם תוצאה של תגובות מורכבות בין סיליקה, תחמוצת ברזל מגרוטאות פלדה, חמצון אחר על ידי תוצרים מהמסה ותגובות עם בטנות עקשן. הסיגים מורכבים מפאזה נוזלית מורכבת של תחמוצות של ברזל, מנגן, מגנזיום וסיליקון, סיליקטים וסולפידים ועוד שורה של תרכובות אחרות, שעשויות לכלול אלומינה, תחמוצות סידן וסולפידים, תחמוצות אדמה נדירות וסולפידים וכו'.

בזמן ייצור הפלדה, הכימיה של המוצר הסופי נשלטת. הניתוח הכימי של כל חומרי הקלט נעשה כדי לקבל החלטה על תמהיל הטעינה. לאחר השלמת 50% טעינה של חומרי הקלט, דגימת אמבטיה מנותחת עבור הרכב כימי. בהתבסס על הניתוח הכימי של דגימת האמבטיה בשלב זה מתבצעים חישובים עבור תוספות נוספות של המתכות. אם דגימת האמבטיה בשלב זה מראה אחוז גבוה של פחמן, גופרית וזרחן אז תכולת הברזל המופחתת ישירות של המטען גדלה. דגימת אמבטיה סופית נלקחת כאשר 80% התכה הושלמה. בהתבסס על ניתוח מדגם זה, מתבצעת התאמה נוספת באישום. התוכן הנמוך יותר של פחמן בדגימה מתוקן על ידי הגדלת כמות ברזל חזיר/ברזל יצוק במטען. הסיליקון והמנגן במתכת מתחמצנים על ידי תחמוצת הברזל של הברזל המופחת הישיר. גופרית מדוללת גם על ידי הברזל המופחת הישיר. בגלל השימוש בברזל מופחת ישיר, יסודות הקורט בפלדה המיוצרים בתנור האינדוקציה נשארים בשליטה.

הפלדה הנוזלית היא התפוקה הרצויה של תנור האינדוקציה. הכמות תלויה בקיבולת התנור, והאיכות תלויה בחומרי הגלם ובהרכב הפלדה. טמפרטורת ההקשה תלויה בסוג הפלדה ובחום העל הדרוש בפלדה הנוזלית לשימוש הסופי שלה. הקשה של פלדה בטמפרטורות גבוהות מגבירה את השחיקה העקשנית ואת צריכת החשמל.

חימום מיותר של פלדה נוזלית לעלות טמפרטורה גבוהה לאנרגיה משמעותית. מזעור התחממות יתר של אמבט מותך חוסך באנרגיה. בהתאם למפרט הפלדה ואובדן הטמפרטורה במהלך העברה של פלדה נוזלית למכונת יציקה רציפה, יש להחליט על טמפרטורת חום-על. בכל חום יש למדוד ולנטר את הטמפרטורה של אמבט הפלדה הנוזלית כדי להשיג חיסכון אופטימלי באנרגיה. יש לספק מערכות בקרת הספק מתאימות עם כוונון פוטנציומטר למזעור הפסדי אנרגיה עקב התחממות יתר.

היבטים אחרים של ייצור פלדה בתנורי אינדוקציה
בהתאם לצפיפות ההספק המותקנת ותרגול ההיתוך, היעילות התרמית של תנור האינדוקציה יכולה לעלות על 80%, אך בדרך כלל היא בטווח של 60% עד 78%.

תנורי אינדוקציה נשמרים בדרך כלל פתוחים במהלך כל תהליך ההיתוך שבו העובדים עוסקים בריחת סיגים ובניטור איכות האמבט המותך. עם זאת, זה מוביל לאובדן חום משמעותי ומכאן שצריך להתקין כיסויים או מכסים מיוחדים להפחתת הפסדי חום. בפרט, צמצום הזמן שהמכסה נשמר פתוח בזמן ההמסה, יכול להוביל לחיסכון משמעותי באנרגיה.

הדרישה התיאורטית לאנרגיה להמסת ברזל היא רק 340 קוט"ש לטון בעוד שההספק האמיתי הנדרש הוא בסביבות 600 קוט"ש. הבדל זה נובע משני גורמים, כלומר (i) הטבועים בעקרון ההיתוך בכבשן אינדוקציה הכוללים את חוסר היעילות בפסדי פס חשמלי, הפסדי זרם מערבולת, הפסדי עקשן, הפסדי מי קירור וכו', ו-(ii) הפסדים תפעוליים הנובעים בעיקר מהחזקה מיותרת ומוגזמת של פלדה נוזלית בתנור האינדוקציה.

יש למקם ציוד לתנור אינדוקציה עם מרחק מינימלי בין כל ציוד כדי להפחית את הפסדי החיווט. כדי לצמצם את הפסדי החיווט בצורה יוצאת דופן, חיוני לקצר את המרחק בין גוף התנור לקבלים המשפרים את גורם ההספק מכיוון שזרם גדול מאוד זורם ביניהם.

היעילות של תנור אינדוקציה מתבטאת כסך הכולל, בניכוי הפסדי העברת חשמל וחום. הפסדי חשמל מורכבים משנאי, ממיר תדר, מעבה, חיווט, כבל, סליל וכו'. אובדן בסליל הוא גורם חיוני, שבו תלויה קיבולת התנור. הפסדי חום בתנור אינדוקציה מורכבים מאובדן הולכה של חום בורח מקיר התנור לצד הסליל, אובדן קרינה של חום המשתחרר ממשטח ההיתוך, אובדן ספיגה במנדף הטבעת, אובדן המסת סיגים וכו'. סלילי הכבשן מקוררים במים, מה שגם התוצאה היא. באיבוד חום. יעילות החום של תנורים בתדירות גבוהה ובינונית (60% - 78%) גדולה מעט מזו של תנור בתדר נמוך (58% - 71%).