Widerstandsofen
Ein Widerstandsofen ist ein Elektroofen, der die Joule-Wärme nutzt, die durch den durch einen Leiter fließenden Strom erzeugt wird, und zwar als Wärmequelle. Je nach Methode der elektrischen Beheizung werden Widerstandsöfen in zwei Typen unterteilt: direkt beheizte und indirekt beheizte. In einem direkt beheizten Widerstandsofen fließt der Strom direkt durch das Material. Da die elektrische Heizleistung auf das Material selbst konzentriert ist, wird das Material schnell erhitzt, was ihn für Prozesse geeignet macht, die eine schnelle Erwärmung erfordern, wie z. B. das Erhitzen von geschmiedeten Knüppeln. Diese Art von Widerstandsofen kann Materialien auf sehr hohe Temperaturen erhitzen, wie z. B. ein elektrischer Graphitierungsofen für Kohlenstoffmaterialien, der Materialien auf über 2500 Grad erhitzen kann. Direkt beheizte Widerstandsöfen können als Vakuum-Widerstandsheizöfen oder als Schutzgas-Widerstandsheizöfen verwendet werden. In der Pulvermetallurgie werden sie häufig zum Sintern von Wolfram, Tantal, Niob und anderen Produkten verwendet. Bei der Verwendung dieses Ofentyps zum Heizen ist Folgendes zu beachten:
① Um eine gleichmäßige Erwärmung des Materials zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass der leitende Querschnitt und die Leitfähigkeit jedes Materialteils konsistent sind.
Industrieller Widerstandsofen
Industrieller Widerstandsofen
② Aufgrund des relativ geringen Widerstands des Materials selbst ist der Arbeitsstrom recht hoch, um die erforderliche elektrische Heizleistung zu erreichen. Daher ist der Kontakt zwischen der Sendeelektrode und dem Material gut, um Lichtbögen und Verbrennungen des Materials zu vermeiden. Darüber hinaus sollte der Widerstand der Sendesammelschiene gering sein, um Schaltungsverluste zu verringern.
Bei den meisten Widerstandsöfen handelt es sich um indirekt beheizte Widerstandsöfen, die mit Widerstandskörpern ausgestattet sind, die speziell für die elektrische Wärmeumwandlung entwickelt wurden. Diese sogenannten elektrischen Heizkörper übertragen Wärmeenergie auf die Materialien im Ofen (Abbildung 1: Widerstandsöfen mit indirekter Heizung).
Elektroschlacke-Umschmelzen
Diese Art von Elektroofengehäuse besteht aus Stahlblech und der Ofen ist mit feuerfesten Materialien wie Keramikfasern ausgekleidet, wobei im Inneren Materialien platziert werden.
Die am häufigsten verwendeten Heizelemente sind Eisen-Chrom-Aluminium-Heizelemente, Nickel-Chrom-Heizelemente, Siliziumkarbidstäbe und Molybdändisilizidstäbe sowie Siliziumkohlenstoffstäbe und Zirkoniumdiborid-Keramikverbundheizelemente. Je nach Bedarf kann die Atmosphäre im Ofen eine normale Atmosphäre, eine Schutzatmosphäre oder ein Vakuum sein. Die allgemeine Versorgungsspannung beträgt 220 Volt oder 380 Volt, und bei Bedarf sollte ein Zwischentransformator mit einstellbarer Spannung konfiguriert werden. Kleiner Ofen (<10 kW) single-phase power supply, large furnace three-phase power supply. For materials with a single variety and large batch size, continuous furnace heating is recommended. Resistance furnaces with furnace temperatures below 700 □ are mostly equipped with blowers to enhance heat transfer inside the furnace and ensure uniform heating. A resistance furnace used for melting fusible metals (lead, lead bismuth alloys, aluminum, magnesium and their alloys, etc.), which can be made into a crucible furnace; Alternatively, it can be made into a reflective furnace with a molten pool, and an electric heating element can be installed on the top of the furnace. An electric slag furnace is a resistance furnace that converts slag into electric heating.
Einführung in den Induktionsofen
Ein Elektroofen, der die Induktionserwärmung von Materialien nutzt, um diese zu erhitzen oder zu schmelzen. Die Grundkomponente eines Induktionsofens ist eine mit Kupferrohren umwickelte Induktionsspule. An beiden Enden der Induktionsspule wird eine Wechselspannung angelegt, um ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Leitfähige Materialien werden in die Induktionsspule gelegt und aufgrund der elektromagnetischen Induktion werden in den Materialien Wirbelströme erzeugt. Unter Einwirkung des Widerstands wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt, um die Materialien zu erhitzen. Daher kann man auch davon ausgehen, dass ein Induktionsofen ein Widerstandsofen mit direkter Beheizung ist.
Die Eigenschaft eines Induktionsofens besteht darin, dass die im erhitzten Material umgesetzte elektrische Heizleistung (Stromverteilung) sehr ungleichmäßig ist, mit der größten Oberfläche und dem kleinsten Zentrum, was als Skin-Effekt bezeichnet wird. Um die elektrische Heizleistung der Induktionsheizung zu verbessern, sollte die Frequenz der Stromversorgung angemessen sein. Kleine Schmelzöfen oder Oberflächenheizungen von Materialien sollten Hochfrequenzstrom verwenden, während große Schmelzöfen oder Tiefenheizungen von Materialien Mittelfrequenz- oder Netzfrequenzstrom verwenden sollten. Induktionsspulen sind Lasten mit einer beträchtlichen Induktivität und ihr Leistungsfaktor ist im Allgemeinen sehr niedrig. Um den Leistungsfaktor zu verbessern, werden Induktionsspulen im Allgemeinen parallel mit Mittel- oder Hochfrequenzkondensatoren, den sogenannten Resonanzkondensatoren, geschaltet. Der Abstand zwischen der Induktionsspule und dem Material sollte klein sein. Die Induktionsspule sollte aus einem quadratischen Kupferrohr mit Wasserkühlung im Inneren des Rohrs bestehen. Der Abstand zwischen den Windungen der Induktionsspule sollte so klein wie möglich sein und die Isolierung sollte gut sein. Induktionsheizgeräte werden hauptsächlich zum Erhitzen und Gießen von Stahl, Kupfer, Aluminium, Zink usw. verwendet. Sie heizen schnell auf, weisen geringe Verbrennungsverluste auf und sind hochgradig mechanisiert und automatisiert und eignen sich für die Konfiguration auf automatischen Betriebslinien.
Kerninduktionsofen
Zu den in der Industrie verwendeten Induktionsschmelzöfen gehören Tiegelöfen (kernlose Induktionsöfen) und Rillenöfen (kernbestückte Induktionsöfen), wie in Abbildung 2 für die schematische Darstellung des Induktionsofenkörpers dargestellt. Der Tiegel besteht aus feuerfestem Material oder Stahl und hat eine Kapazität von einigen Kilogramm bis zu mehreren zehn Tonnen. Die Schmelzeigenschaft besteht darin, dass das geschmolzene Metall im Tiegel einer elektrischen Kraft ausgesetzt wird, wodurch der Flüssigkeitsspiegel des Schmelzbades nach oben gedrückt wird und das geschmolzene Metall von der Mitte des Flüssigkeitsspiegels in die umliegenden Bereiche fließt, was zu einem zyklischen Fluss führt. Dieses Phänomen wird als elektrischer Effekt bezeichnet, der die Zusammensetzung der Schmelze gleichmäßig machen kann. Der Nachteil besteht darin, dass die Schlacke zur Peripherie tendiert und eine schlechte Abdeckung aufweist. Im Vergleich zum Rillenofen hat der Tiegeofen einen flexiblen Betrieb, eine hohe Schmelztemperatur, aber einen niedrigen Leistungsfaktor und einen hohen Stromverbrauch. Der Sensor des Schmelzrillenofens besteht aus einem Eisenkern, einem Induktionsring und einer Auskleidung des Schmelzrillenofens. Die Schmelznut besteht aus einer oder zwei streifenförmigen ringförmigen Nuten, die mit geschmolzenem Material gefüllt sind und mit dem Schmelzbad verbunden sind. Im Prinzip kann der Grabenofen als Eisenkerntransformator mit nur einer Wicklung in der Sekundärwicklung und einem Kurzschluss betrachtet werden. Induktiver Strom fließt in der Schmelznut und bewirkt eine elektrische Wärmeumwandlung.
Bei der Produktion darf das Schmelzbad nach Abschluss jedes Metallschmelzofens nicht geleert werden, da es sonst leicht austrocknet. Es ist notwendig, einen Teil der Schmelze als Ausgangsschmelze für den nächsten Ofen aufzubewahren. Die Temperatur der Schmelzrinne ist höher als die des Schmelzbads und sie ist auch der Erosion des Schmelzflusses ausgesetzt, sodass die Auskleidung der Schmelzrinne des Ofens anfällig für Beschädigungen ist. Zur Vereinfachung der Wartung werden moderne Ofensensoren in leicht austauschbare Baugruppen eingebaut. Die Kapazität des Schmelzofens reicht von einigen hundert Kilogramm bis über hundert Tonnen. Der Schmelzofen liefert Strom mit der Netzfrequenz und aufgrund der Verwendung von Eisenkernen aus Siliziumstahlblechen als magnetische Pfade sind sowohl der elektrische Wirkungsgrad als auch der Leistungsfaktor hoch. Schmelzöfen werden hauptsächlich zum Schmelzen von Gusseisen, Kupfer, Zink, Messing usw. verwendet. Sie können auch als Mischofen zum Lagern und Erhitzen von geschmolzenen Materialien verwendet werden.
Lichtbogenofen
Ein Elektroofen, der den thermischen Lichtbogeneffekt zum Schmelzen von Metallen und anderen Materialien nutzt (Abbildung 3: Lichtbogenofentyp). Es gibt drei Arten von Heizmethoden: Indirekt beheizter Lichtbogenofen.
Lichtbogenofen
Zwischen zwei Elektroden wird ein Lichtbogen erzeugt, ohne das Material zu berühren, und das Material wird durch Wärmestrahlung erhitzt. Dieser Ofentyp ist laut, hat einen geringen Wirkungsgrad und wird nach und nach ausgemustert. Direkte Beheizung des Lichtbogenofens.
Zwischen der Elektrode und dem Material wird ein Lichtbogen erzeugt, der das Material direkt erhitzt.
Der dreiphasige Lichtbogenofen zur Stahlherstellung ist der am häufigsten verwendete direkt beheizte Lichtbogenofen. Der Unterpulverlichtbogenofen wird auch Reduktionsofen oder Unterpulverlichtbogenofen genannt. Ein Ende der Elektrode wird in die Materialschicht eingegraben, wodurch innerhalb der Materialschicht ein Lichtbogen entsteht und das Material durch den Widerstand der Materialschicht selbst erhitzt wird. Wird häufig zum Schmelzen von Ferrolegierungen verwendet.
Vakuumlichtbogenofen
Es handelt sich um einen Elektroofen, der einen Lichtbogen verwendet, um Metalle in einem Vakuumofenkörper direkt zu erhitzen und zu schmelzen. Das Gas im Ofen ist dünn und beruht hauptsächlich auf dem Dampf des geschmolzenen Metalls, um einen Lichtbogen zu erzeugen. Um den Lichtbogen zu stabilisieren, wird im Allgemeinen Gleichstrom zugeführt. Je nach Schmelzeigenschaften wird in Metallumschmelzöfen und Gießöfen unterteilt. Je nachdem, ob die Elektroden während des Schmelzprozesses verbraucht (geschmolzen) werden, werden sie in selbstverbrauchende Öfen und nicht selbstverbrauchende Öfen unterteilt. Die meisten industriellen Anwendungen sind selbstverbrauchende Öfen. Vakuumlichtbogenöfen werden zum Schmelzen von Spezialstahl, aktiven und hochschmelzenden Metallen wie Titan, Molybdän und Niob verwendet.
Lichtbogenheizung kann als Lichtbogenwiderstandsheizung betrachtet werden. Ein stabiler Lichtbogenwiderstand ist eine notwendige Voraussetzung für die normale Produktion des Ofens. Wechselstrom-Lichtbogenöfen verwenden normalerweise Strom mit Netzfrequenz. Um den Lichtbogen zu stabilisieren, sollte im Stromkreis des Ofens eine entsprechende Induktivität vorhanden sein. Das Vorhandensein einer Induktivität kann jedoch den Leistungsfaktor und den elektrischen Wirkungsgrad verringern. Die Reduzierung der Stromfrequenz ist eine Möglichkeit, Wechselstrom-Lichtbogenöfen zu entwickeln. Der Lichtbogenwiderstandswert ist recht gering, und um die erforderliche Wärme zu erzeugen, benötigt der Ofen einen beträchtlichen Arbeitsstrom. Daher sollte der Widerstand des Kurzschlussnetzes des Ofens so gering wie möglich sein, um übermäßige Stromkreisverluste zu vermeiden. Bei dreiphasigen Lichtbogenöfen muss sichergestellt werden, dass die Impedanz der drei Phasen nahezu gleich ist, um unsymmetrische dreiphasige Lasten zu vermeiden.
Plasmaofen
Ein Elektroofen, der das Plasma verwendet, das beim Ionisieren des Arbeitsgases zum Erhitzen oder Schmelzen entsteht. Das Gerät, das Plasma erzeugt, wird normalerweise als Plasmakanone bezeichnet und es gibt zwei Arten: Lichtbogenplasmakanonen und Hochfrequenz-Induktionsplasmakanonen. Das Arbeitsgas wird in eine Plasmakanone eingeführt, die mit einem Gerät ausgestattet ist, das einen Lichtbogen oder ein hochfrequentes (5-20 MHz) elektrisches Feld erzeugt. Das Arbeitsgas wird durch die Aktion ionisiert und erzeugt ein Plasma aus Elektronen, positiven Ionen und einer Mischung aus Gasatomen und -molekülen. Äquidistant
Elektronenstrahlofen
Nachdem der Tochterkörper aus der Düse der Plasmakanone ausgestoßen wurde, bildet er eine Hochgeschwindigkeits- und Hochtemperatur-Plasmalichtbogenflamme, die eine viel höhere Temperatur als ein typischer Lichtbogen hat. Das am häufigsten verwendete Arbeitsgas ist Argon, ein einatomiges Gas, das leicht ionisiert werden kann und ein Inertgas ist, das Materialien schützen kann. Die Arbeitstemperatur kann bis zu 20000 □ erreichen; Wird zum Schmelzen von Spezialstahl, Titan und Titanlegierungen, supraleitenden Materialien usw. verwendet. Zu den Ofentypen gehören wassergekühlte Kupferkristallisationsöfen, Hohlkathodenöfen, Plasmaöfen mit Induktionsheizung und Plasmaöfen mit feuerfester Auskleidung.