CS252210B1 - Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovu - Google Patents

Abstract

Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů je umístěné v nádobě na roztavený kov a sestává z jádra transformátoru, uloženého uvnitř primárního vinutí a sekundárního vir nutí, na kterém jsou připevněny trubky pro chladící vodu. Na sekundárním vinutí jsou připojeny elektrody, opatřené výustkami. Na elektrody je prostřednictvím tmelu připevněna keramická část, přičemž mezi elektrodami a keramickou částí je uložena výplňová keramika a těsnění. Pod jádrem transformátoru je umístěna dvojice stínících keramických rohoží. V keramické části jsou vytvořeny kanálky pro vymezení průřezu pro protékající proud ohřívaným roztaveným kovem. Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů je využitelné ve strojírenství a hutnictví při všech procesech pokovování, například v automobilovém průmyslu.

Description

(54) Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovu

Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů je umístěné v nádobě na roztavený kov a sestává z jádra transformátoru, uloženého uvnitř primárního vinutí a sekundárního vir nutí, na kterém jsou připevněny trubky pro chladící vodu. Na sekundárním vinutí jsou připojeny elektrody, opatřené výustkami. Na elektrody je prostřednictvím tmelu připevněna keramická část, přičemž mezi elektrodami a keramickou částí je uložena výplňová keramika a těsnění. Pod jádrem transformátoru je umístěna dvojice stínících keramických rohoží. V keramické části jsou vytvořeny kanálky pro vymezení průřezu pro protékající proud ohřívaným roztaveným kovem. Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů je využitelné ve strojírenství a hutnictví při všech procesech pokovování, například v automobilovém průmyslu.

Λ. / í

\ Vynález se týká zařízení k provádění indukčního ohřebu kovu.

Dosud známými zařízeními k provádění indukčního ohřevu kovu jsou odporová ponorná tělesa, odporová sálavá tělesa, elektrický oblouk, indukční systém kanálkový neponorný a zařízení k indukčnímu příhřevu cívkou vně pánve nebo vany. Nevýhodou tohoto dosud známého řešení ohřevu odporovým ponorným tělesem je možnost použití jen pro nižší teploty a to jen tehdy, když roztavený kov nereaguje s materiálem jímky topného článku_ř

Ohřívaný kov nevíří a proto je malá teplotní homogenita kovu. Odporová sálavá tělesa zase mají obvykle dosti nízkou energetickou účinnost a lze je použít jen ve speciálních případech, kdy může být nad hladinou kovu víko, kdy páry kovu neničí sálavé těleso a podobně. Nezajišťuje homogenitu teploty kovu. Elektrický oblouk způsobuje propal a nauhličení kovu, nad hladinou kovu musí být víko, kov nevíří a je ohříván jen shora a nastává tedy špatná teplotní homogenita kovu. Energetická účinnost je jen asi 50 %.

Indukční systém kanálkový neponorný je kontrukčně složitý, náročný na údržbu, kterou lze dělat jen při pánvi nebo vaně bez roztaveného kovu. Zařízení k indukčnímu ohřevu cívkou vně pánve nebo vany je konstrukčně složité, vyžaduje tenkou a tím choulostivou vyzdívku pánve nebo vany, což často není z bezpečnostních důvodů proveditelné. Účinnost je poměrně nízká.

Dále je známo zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů sestávající z jádra transformátoru, uloženého uvnitř primárního vinutí a sekundárního vinutí, na kterém jsou umístěny elektrody s keramickou částí. U tohoto zařízení se průřez pro průtok proudu ohřátého kovu vymezí fyzikálně skin-efektem a jeho velkou nevýhodou je to, že -musí korespondovat rozměry ohřívacího tělesa s rozměry pánve držící roztavený kov.

Uvedený nedostatek odstraňuje a proces ohřevu zlepšuje zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů, sestávající z jádra transformátoru, uloženého uvnitř primárního vinutí a sekundárního vinutí, na kterém jsou připevněny trubky pro chladící vodu a na kterém jsou připojeny elektrody, opatřené výústkami, a na elektrody je prostřednictvím tmelu připevněna keramická část, přičemž mezi elektrodami a keramickou částí je uložena výplňová keramika a těsnění pod jádrem transformátoru je umístěna dvojice stínících keramických rohoží, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že v keramické části jsou vytvořeny kanálky pro vymezení průřezu pro protékající proud ohříváným roztaveným kovem.

Základní výhodou zařízení podle vynálezu oproti zařízení využívajícímu skin-efektu, je to, že průřez pro průtok proudu ohřátého kovu je vymezen tvarem kanálu. Zařízením podle vynálezu se tak dosáhne zvýšení odporu účinnosti a je zde také možnost použití zařízení podle vynálezu pro libovolně velké pánve a vany. Zařízení podle vynálezu je stavebnicové, ponorné, lehce přizpůsobitelné každé situaci. Víření ohřívaného kovu zajišťuje jeho homogenitu.

Má dobrou energetickou účinnost asi 75 %. Vytažením z lázně lze zařízení snadno kdykoliv revidovat a opravit, neboť nesouvisí nijak s vanou či pánví. Ve styku s ohřívaným kovem je pouze keramika a konce elektrod. Zařízení se dá sériově vyrábět, jeho výkon lze v jistých mezích nastavovat ve výrobě zkrácením či prodloužením keramické části.

Při vhodné volbě keramiky a materiálu konců elektrod má zařízení dlouhodobou bezporuchovou funkci. Celé zařízení je vyrobeno pouze z běžných materiálů, to je z transformátorových plechů, mědi, elektrických izolací, z keramiky a normální konstrukční oceli. Jeho pracnost je poměrně nízká a je provozně bezpečná.

Vynález a jeho účinky jsou blíže objasněny v popise příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, kde obr. 1 znázorňuje v řezu nárys a obr. 4 znázorňuje bokorys zařízení k provádění indukčního ohřevu kovu podle vynálezu. Obr. 2 a obr. 3 znázorňují řezy v v místech A a B u zařízení k provádění indukčního ohřevu kovu podle vynálezu.

Zařízení k provádění indukčního ohřevu kovu je umístěno v nádobě na roztavený kov a sestává z jádra 2 transformátoru, uloženého uvnitř primárního vinutí 2 a sekundárního vinutí 2, například pro 380 V a 50 Hz.· Na sekundárním vinutí 2 j^sou připevněny, například připájeny, trubky 2 P^ro chladící vodu. Na sekundárním vinutí 2 jsou připojeny, například svarem, elekrody 5, například měděné, opatřené výustkami 12. Na elektrody 2 3^e připevněna keramická část 6, v níž jsou vytvořeny kanálky 13. Tvar i prostorové uspořádání těchto kanálků 13 může být libovolně, s výhodou svislé. Keramická část 6 může být součástí zařízení nebo součástí nádoby na roztavený kov nebo i součástí samotnou.

Pro první ponor má keramická část 2 ^v úrovni elektrod 2 malé odvzdušňovací otvory.

Hladina kovu nad dolním koncem elektrod 2 musí být vždy taková, aby platilo: hg = 1/2^H , kde h je hloubka ponořeního konce elektrody pod hladinou, £ je zrychlení tíže, p je měrná hmotnost roztaveného kovu,^ je permeabilita vakua, H je intenzita magnetického pole v prostoru střední přepážky keramické části 6.

Jinak by nastávalo odtlačení kovu dynamickými silami od elektrod 2· Keramická část 6 například ve tvaru dvojité trubky, musí být vyrobena z keramiky, ověřené pro práci v daném roztaveném kovu. Je připevněna, například zavěšena, k elektrodám 2 tmelem například keramickou plastickou hmotou, za drážky v elektrodách 2 i ^v keramické části 6. Stejnou hmotou je provedeno těsnění 2 umístěné mezi elektrodami 5 a keramickou částí 2 určené proti vnikání kovu směrem vzhůru podél elektrod 5. Prostor mezi elektrodami 2 a keramickou částí 2 όθ vyplněn výplňovou keramikou 2 ^s drobnými tepelnými izolačními vlastnostmi, kterou by ovšem rovněž nemel roztavený kov pronikat, například při eventuální poruše těsnění 2· Ke snížení osálávání ohřívacího tělesa je pod jádrem 2 transformátoru instalována dvojice stínících keramických rohoží 10 a 11.

Při činnosti je tedy ohřívací zařízení zavěšeno nebo i pevně upevněno za horní část jádra 2 transformátoru. V jedné pokovovací vaně může být stejných typizovaných zařízení více, s výhodou tři, aby byla trojfázová siř zatížena symetricky. Tím se docílí potřebný výkon. Pokud bude stačit výkonové zařízení jedno nebo dvě a nesymetrická zátěž sítě by vadila, lze provést celkem jednoduše symetrizaci zátěže pomocí kondenzátorů a tlumivek.

Z důvodů oprav a revizí je výhodné ohřívací zařízení provést nahoře zavěšená tak, aby se snadno dala z roztaveného kovu směrem vzhůru vytáhnout.

Z bezpečnostních důvodů je veškeré vodní chlazení provedeno tak, že nikde voda nejde pod úroveň hladiny roztaveného kovu. Pokud by reagoval roztavený kov s elektrodami 2' může tato reakce postupovat jen do určité vzdálenosti od konce elektrody 2 směrem vzhůru, a to jen do místa, které bude mít již pro průběh této reakce nízkou teplotu, tedy vodní chlazení elektrod. Konce měděných elektrod 2 mohou být v případě potřeby nastaveny jiným vhodným kovem. Statický tlak taveniny zajistí vždy dobrý styk kovu s elektrodami.

Keramická část 2 ^se ponoří do roztaveného kovu až do úrovně hladiny na výkresu vyznačené. Mezi dnem vany nebo pánve a mezi nejspodnější částí zařízení musí zůstat mezera minimálně 200 mm, aby ohřívacím zařízením mohl kov proudit. Zařízení je tedy nahoře zavěšeno a podobně. Elektrodynamickými silami proudí kov podle na obrázcích vyznačených šipek, takže se neustále vyměňuje zcela obdobně jako je tomu u kanálkové indukční pece. Proudění je poměrně silné, protože elektrodynamické rozdíly tlaků v kanálku 13 keramické části 2 odpovídají statickým výškovým rozdílům kovu 30 až 150 mm, podle výkonu.

Tímto jevem je zajištěno odvádění výkonu z kanálku 13 keramické Části 2 ^a jeho rozvod do celé taveniny zcela analogicky jako u kanálkové indukční pece. V horní části zařízení transformátor s jádrem 2/ primárním vinutí 2 a se sekundárním vinutím 2' chlazeném vodou, protékající připájenými trubkami 2· Na toto sekundární vinutí jsou připojeny svarem měděné elektrody 5, které zavádějí ohřívací proudy do taveniny a které jsou chlazeny vodou, přiváděnou výústkami 12. Průchodem ohřívacích proudů, které zhruba v takzvané hloubce vniku obtékají střední přepážku keramické části 2 ^se kov v obou kanálcích 13 keramické části 6 ohřívá a zároveň šíří podle šipek.

Elektrické zařízení pro příhřev roztaveného kovu v pánvi nebo vaně pracuje na indukčním principu. Indukované velké proudy jádra j. transformátoru, který je těsně nad hladinou ohřívaného kovu, jsou elektrodami ji zavedeny do ohřívaného kovu tak, že procházejí z keramické části 6 vytvořenými kanálky 13, v nichž kov zahřívají. Elektrodynamickými silami se v kanálcích 13 keramické části 6 ohřívaný kov vyměňuje prouděním do pánve nebo vany a nasáváním z pánve nebo vany kovu nového. Tím je zajištěna homogenita kovu teplotní i strukturní, podobně jako u kanálové pece. Ohřívací zařízení může být s výhodou tvořeno jako ponorná jednotka shora.

Možnosti využití zařízení k provádění indukčního ohřevu kovů podle vynálezu jsou široké, zejména ve strojírenství a hutnictví, zvláště tam, kde je třeba' ohřívat roztavený kov. Příkladem je příhřev a udržování roztavené slitiny hliníku a zinku na teplotě v v pokovovací vaně pro povrchovou antikorozní úpravu plechů na karosérie aut a železných součástí venkovních rozvodů elektrické energie,

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Zařízení k prováděni indukčního ohřevu kovů, umístěné v nádobě na roztavený kov, sestávající z jádra transformátoru, uloženého uvnitř primárního vinuti a sekundárního vinutí, na kterém jsou připevněny trubky pro chladicí vodu a na kterém jsou připojeny elektrody, opatřené výústkami a na elektrody je prostřednictvím tmelu připevněna keramická část, přičemž mezi elektrodami a keramickou částí je uložena výplňová keramika a těsněni a pod jádrem transformátoru je umístěna dvojice stínících keramických rohoží, vyznačující se tím, že v keramické části (6) jsou vytvořeny kanálky (13) pro vymezení průřezu protékající proud ohřívaným roztaveným kovem.