Проект термического участка мощностью 900 т/год в условиях АО Завод РГТО

 

4.1.1 Тепловой расчет

 

Принимаем температуру  поверхности изделия равной

Используя формулу, находим  оптимальную частоту тока

Согласно данным генератор  имеет рабочую частоту 4000 Гц. Тогда  горячая глубина проникновения  тока равна

     

и  

Принимая ориентировочно величину магнитной проницаемости слоя, нагретого до температур ниже точки Кюри получим

По табл. находим значение значение М=0,532. Отсюда

.

Задаемся значением  . Тогда определяем:

  .

Следовательно

В нашем случае

 Следовательно, надо  задаться большим временем нагрева.  Принимаем   . Определяем

Полученное значение достаточно близко к заданному, определив значение коэффициента температура проворности

,

находим время нагрева  изделия до требуемой температуры

.

Удельная мощность

С учетом утечки тепла  в осевом направлении

 

4.1.2 Электрический расчет

1. Принимаем величину  зазора h между индуктором и деталью равной 2-3мм, находим диаметр индуктора

  = .

Ширина индуктора

Толщина стенки трубки для  изготовления индуктора определяем из условия минимума потерь , где - глубина проникновения тока в медь. Так как для меди при 50⁰С величина =2*10^-8Ом*м, то

Отсюда 

2. Принимаем толщину  стенки трубки  и находим относительную магнитную проницаемость второго, перегретого выше точки Кюри, слоя. Напряженность магнитного поля на поверхности детали

.

Задаемся тремя значениями , например -0,3; -0,5; -0,8; и находим величины и , затем вычисляем три значения и с учетом того, что в рассматриваемом случае равно 0,5.

а) =-0,3

=1,204; =0,831; =1,943

=1,085*10⁵ А/м.

Находим

  .

б) =-0,5

=1,361; =0,897; =2,565

=0,748*10⁵ А/м.

  .

в) =-0,8

=1,611; =0,969; =5,930

=0,284*10⁵ А/м.

  .

Истинное значение определим как точку пересечения двух кривых и . Точка пересечения кривых соответствует и =-0,76. И полученному значению соответствует =1,55; = 0,95; = 0,315.

При расчете удельной мощности и времени нагрева изделия ориентировочно было принято значения =-0,6. Легко убедиться, что вновь полученным значениями и соответствуют величины:

 М=0,488;

.

При

С учетом утечки тепла  в осевом направлении

Уточненное значение практически не отличается от полученного и не нужно пересчитывать значения и .

 

3. Расчетный диаметр  детали

4. Коэффициент самоиндукции

Г;

Г; 

Реактивное сопротивление  детали равно

Ом;

Ом.

5 Сопротивление нагреваемого слоя детали: активное

реактивное

Ом;

6. Коэффициент приведения параметров:

7. Приведенные параметры нагреваемого слоя детали

8. Сопротивления одновиткового  индуктора активное:

Относительной толщине проводника индуктора соответствует и .

Ом;

Ом.

реактивное

9 Эквивалентное сопротивление одновиткового индуктора:

активное 

Ом;

реактивное

              Ом

полное

10. Мощность, поглощаемая  деталью

11. Потери тепла излучением

Здесь принято:

  ; ;

Потери тепла теплопроводности определяем:

При средней температуре  воздуха

коэффициент теплопроводности воздуха равен  . Тогда

Суммарная мощность

кВт.

12. Сила тока одновитковом  индукторе 

13. Напряжение в одновитковом индукторе

14. Принимая ориентировочно  к.п.д. установки равным  , находим забираемую индуктором мощность

По справочнику [8] выбираем преобразователь средней частоты ВПЧ-100-8000, который при отдаваемой мощности 100 кВт имеет частоту 2500-8000Гц и напряжения 400/150 В.

Необходимое число витков индуктора в этом случае равно

.

15. При выбранном напряжении  на индукторе величина зазора  между витками  .

Ранее мы нашли толщину  стенки медной трубки, и  используемой для изготовления индуктора  . Шаг индукторов равен .

Принимая изоляционный зазор между витками минимально допустимым , находим высоту витка . Индуктор проектируем из профилированной трубки. Внешний периметр трубки равен

Такой периметр имеет  трубка круглого сечения диаметром

Коэффициент заполнения трубки равен

что находится в допустимых пределах.

16. Так как сопротивление  реального многовиткового индуктора  отличается от сопротивления  одновиткового индуктора, необходимо  внести поправку в расчет сопротивления индуктора. С учетом коэффициента заполнения

  Ом

Ом

Реактивное сопротивление

Сопротивление многовиткового индуктора:

активное

    Ом

реактивное

полное

Сила тока многовиткового индуктора

17. Активная мощность  установки с многовитковым индуктором

 

складывается из активной мощности, выделяемой в детали (с учетом потерь)

и потерь в многовитковом  индукторе

18. Реактивная мощность  установки с многовитковым индуктором 

19. К.п.д. установки:

Тепловой 

Электрический

Полный 

20. Емкость конденсаторной  батарей, необходимо для компенсации реактивной мощности.

Выбираем конденсатор типа ЭВМ-375-2,5, имеющий суммарную емкость 56,7 мкФ.

 

4.1.3 Расчет охлаждения индуктора

 

Полная мощность, отводимая  охлаждающей водой, равна:

Требуемое количество воды 

Скорость движения воды в индукторе 

4,9 м/c

Ориентировочно находим  число секций

Скорость воды в каждой секции

 Проверяем условия  отвода тепла водой. Учитывая, что при средней температуры  воды  кинематический коэффициент вязкости воды  равен , а эквивалентный диаметр принятой нами для изготовления индуктора трубки

вычисляем число Рейнольдса

Находим

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией в трубке индуктора равен

Количество тепла фактически отводимого водой

Здесь

Поскольку фактически отводимое  количество тепла значительно больше полной  мощности, которую нужно  отвести, т.е. .

Таким образом, принимаем, что охлаждение индуктора осуществляется водой из магистрали и находим перепад давления на выходе индуктора

Полученное значение  несколько превышает критическое значение 202,6 кПа, необходимо уточнить число секций

Таким образом, поскольку  принято число секций равное 2, то пересчет производить не надо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Контроль качества конструкционной стали в состоянии поковки

 

        Ввиду высокого содержания углерода и легирующих элементов в этих сталях в большей степени возможны различные дефекты, связанные с карбидной неоднородностью, обезуглероживанием  и т.д. Отдельные дефекты, которые не могут быть устранены в процессе изготовления приводят к непригодности стали для определенных деталей. Учитывая высокую стоимость и дефицитность стали, а также сложность ее металлургического изготовления, требования к сталям должны предъявляться обоснованно, дифференцированно с учетом конкретных типов, размеров и назначении изготавливаемой   детали.

     Наряду с контролем качества стали по большому числу параметров, определяемых соответствующими ГОСТами или ТУ на металлургических заводах в производстве существует обоснованная практика входного  контроля конструкционной стали. Объем и виды контроля устанавливают так, чтобы определить пригодность стали для деталей  конкретного вида и назначения. Как правило, контролируются следующие основные параметры: а) химический состав стали (по содержанию углерода и основных легирующих элементов); б) твердость и структура, определяющее обрабатываемость стали; в) наличие и глубина обезуглероженного слоя; г) карбидная неоднородность (остатки карбидной сетки способствуют появлению трещин при закалке); д) центральная пористость цементита (макроструктура).

      Окисление и обезуглероживание поверхности происходит при нагреве в пламенных или электрических печах без контролируемых атмосфер. Поэтому увеличивают припуск на шлифование, что удорожает и усложняет технологию изготовления деталей. Для устранения окисления или обезуглероживания необходимо применять защитные контролируемые атмосферы.

Нагрев в соляных  ваннах или расплавленном металле (свинце) предохраняет поверхность деталей от окисления и обезуглероживания.

Передержка и перегрев проявляются в укрупнении зерна аустенита, а следовательно, после закалки в укрупнении игл мартенсита и получении крупнозернистого излома. Это способствует охрупчиванию закаленных деталей и в них при закалке могут образоваться трещины. При обработке мелких деталей нужно обращать особое внимание на предотвращение перегрева и передержки. В этих случаях особенно опасна загрузка большой печи большим количеством мелких закаливаемых деталей, так как при этом неизбежны неодинаковые условия нагрева. Передержка и перегрев устраняются повторной закалкой.

Недостаточная твердость  закаленной стали может быть вызвана  недогревом (низкая температура закалки, слишком короткая выдержка при  правильной температуре печи) или при недостаточно интенсивном охлаждении, т. е. охлаждение со скоростью меньше критической.

При недогреве мартенсит  не обладает достаточной твердостью, так как не насыщен углеродом, а при низкой скорости охлаждения структура состоит из продуктов перлитного типа (сорбит, троостит).

Для устранения дефекта  необходимо повысить температуру печи или увеличить время выдержки, а также применять более интенсивное охлаждение, т. е. энергично перемещать деталь в закалочной жидкости или заменить закалочную жидкость.

Образование мягких пятен  вызвано неравномерным охлаждением детали из-за образования в отдельных местах пузырьков пара (паровой рубашки), сохранения приставшей окалины, захвата закалочными клещами и т. д. Для предотвращения этого дефекта необходимо, чтобы закалочная жидкость подводилась к деталям под давлением, или необходимо энергично перемещать деталь в закалочной жидкости; следует удалять окалину перед охлаждением; закалочные клещи должны иметь острые губки, чтобы не препятствовать охлаждению в месте захвата изделия.