1.INDICATORI ENERGETICICaracterizarea din punct de vedere energetic a instalaţiilor electrotermice se face prin Caracterizarea din punct de vedere energetic a instalaţiilor electrotermice se face prin randament, factor de putere, puteri absorbite, consum specific de energie şi randament, factor de putere, puteri absorbite, consum specific de energie şi productivitate. productivitate.

Bilanţul energeticBilanţul energetic

Randamentul electricRandamentul electric - arată ce parte din puterea transmisă încărcăturii din cuptor de - arată ce parte din puterea transmisă încărcăturii din cuptor de către elementele încălzitoare contribuie la încălzirea acesteia şi poate fi exprimat prin către elementele încălzitoare contribuie la încălzirea acesteia şi poate fi exprimat prin relaţia:relaţia:

Randamentul termic - al cuptorului arată ce parte din puterea cuptorului se transmite încărcăturii şi poate fi exprimat cu relaţia:

Puterea activă P - absorbită de cuptor se calculează cu relaţia:

Puterea activă a instalaţiei electrotermice este dată de relaţia:

Puterea reactivăPuterea reactivă Q - Q - absorbită de cuptor se calculează cu relaţia:absorbită de cuptor se calculează cu relaţia:

100 % 100 %u utotal

total u s rs e t

P P

P P P P P P

total c s rs

( )f iu

i

m cP

t

100 % 100 %u u

u t e

P P

P P P P

t e

unde: X - reprezintă reactanţa totală formată din reactanţa elementelor încălzitoare şi a încărcăturii.X = Xe +Xî

Puterea reactivă a întregii instalaţii electrotermice este dată de relaţia:

Puterea aparentă a cuptorului S - se calculează cu relaţia:

Puterea aparentă a întregii instalaţii electrotermice, este dată de relaţia:

Factorul de putere - la nivelul cuptorului respectiv la nivelul întregii instalaţii electrotermice se determină cu relaţiile:

Consumul specific de energie electrică - rezultă din relaţia:

3.MATERIALE UTILIZATE IN CONSTRUCTIA ECHIPAMENTELOR ELECTROTERMICE.-materialele utilizate au o serie de proprietati:refracteritate,stabilitate termicamare,stabilitate structurala,tehnologitate.MATERIALE REFRACTAREMATERIALE REFRACTAREMaterialele refractare sunt utilizate pentru realizarea părţii interioare a cuptoarelorMaterialele refractare sunt utilizate pentru realizarea părţii interioare a cuptoarelor electrice, fiind capabile să suporte temperaturi înalte, fără a-şi pierde calităţile fizice,electrice, fiind capabile să suporte temperaturi înalte, fără a-şi pierde calităţile fizice, mecanice şi chimice. mecanice şi chimice. În compoziţia celor mai multe materiale refractare intră dioxidulÎn compoziţia celor mai multe materiale refractare intră dioxidul de siliciu (SiOde siliciu (SiO22), argila, oxidul de magneziu (MgO), dioxidul de zirconiu (ZrO), argila, oxidul de magneziu (MgO), dioxidul de zirconiu (ZrO22),),

oxidul de crom (Croxidul de crom (Cr22OO33).).

Aceste materiale trebuie să posede următoarele proprietăţi fizice, mecanice şiAceste materiale trebuie să posede următoarele proprietăţi fizice, mecanice şi electrice:electrice:- refractaritate, stabilitate termică- refractaritate, stabilitate termică, stabilitatea chimică sau rezistenţa la acţiunea stabilitatea chimică sau rezistenţa la acţiunea chimică chimică , conductivitatea termică la temperatura de lucru conductivitatea termică la temperatura de lucru a materialelor refractarea materialelor refractare, conductivitatea electrică conductivitatea electrică,, căldura masică a materialului refractarcăldura masică a materialului refractar,, rezistenţa stenţa mecanică la temperatura de lucru a materialului refractarmecanică la temperatura de lucru a materialului refractar, ,

MATERIALE TERMOIZOLANTEMATERIALE TERMOIZOLANTEMaterialele termoizolante au conductivitate termică şi căldură specifică mică, Materialele termoizolante au conductivitate termică şi căldură specifică mică, refracteritate şi rezistenţă mecanică satisfăcătoare, sunt materiale uşoare a căror refracteritate şi rezistenţă mecanică satisfăcătoare, sunt materiale uşoare a căror

densitate este cuprinsă între 0,15...0,7 kg/dmdensitate este cuprinsă între 0,15...0,7 kg/dm33. . Sunt folosite de cele mai multe ori ca Sunt folosite de cele mai multe ori ca

strat exterior la zidăria cuptoarelor electrice. Zidăria cuptorului se dimensionează strat exterior la zidăria cuptoarelor electrice. Zidăria cuptorului se dimensionează astfel încât temperatura suprafeţei exterioare să nu depăşească 350 K. astfel încât temperatura suprafeţei exterioare să nu depăşească 350 K. MATERIALE REZISTIVEMATERIALE REZISTIVESunt utilizate pentru realizarea elementelor încălzitoare. Sunt utilizate pentru realizarea elementelor încălzitoare. Aceste materiale se Aceste materiale se caracterizează prin rezistivitate ridicată, coeficient de temperatură redus al rezistenţei caracterizează prin rezistivitate ridicată, coeficient de temperatură redus al rezistenţei electrice valoarea acesteia în stare caldă diferă foarte puţin faţă de cea în stare rece, electrice valoarea acesteia în stare caldă diferă foarte puţin faţă de cea în stare rece, durată mare de viaţă (10 000...20 000 ore), stabilitate mecanică şi chimică mare la durată mare de viaţă (10 000...20 000 ore), stabilitate mecanică şi chimică mare la temperatura de lucru, coeficient redus de dilatare liniară.temperatura de lucru, coeficient redus de dilatare liniară.

5.INSTALAŢII DE ÎNCĂLZIRE CU REZISTENŢĂ ELECTRICĂ5.INSTALAŢII DE ÎNCĂLZIRE CU REZISTENŢĂ ELECTRICĂFuncţionarea acestor cuptoare se bazează pe încălzirea conductoarelor parcurse de Funcţionarea acestor cuptoare se bazează pe încălzirea conductoarelor parcurse de curent electric (efectul Joule-Lenz).curent electric (efectul Joule-Lenz).Cantitatea de căldură Cantitatea de căldură dQdQ, ce apare într-un interval de timp , ce apare într-un interval de timp dtdt în elementul rezistiv de în elementul rezistiv de rezistenţă rezistenţă RR, parcurs de curentul electric de intensitate , parcurs de curentul electric de intensitate I,I, este dată de relaţia: este dată de relaţia:

În funcţie de modul de transfer a căldurii către materialul ce urmează a fi încălzit, instalaţiile de încălzire cu rezistenţă electrică se clasifică astfel:Instalaţii cu încălzire directă:- Instalaţiile pentru încălzirea directă a semifabricatelor;- Instalaţii pentru producerea materialelor cu temperaturi înalte - Instalaţiile pentru încălzirea lichidelor (încălzirea sticlei lichide, a apei);- Instalaţii de sudare.Instalaţii cu încălzire indirectă, din această categorie fac parte:- Instalaţiile cu radiaţii;- Instalaţiile de încălzire prin convecţie.ELEMENTE CONSTRUCTIVE.-carcasa ext,catuseala,start termoizolant,vatra,peretii,bolta ,usile ,elemente incalzitoare.

6.6. Instalaţii pentru încălzire directă cu acţionare discontinuă Instalaţii pentru încălzire directă cu acţionare discontinuă

Cs,Ls- C si L de simetrizare. C- condensator pt compensare factorului de putere,1-transformatorul,2-contacte,3-semifabricat,4-reteaua scurta.-un mare rol in incalzirea piesei il are contactul electric cu materialul semifabricatului-fixarea se alimentarea pieselor se face prin contacte din Cu sau bronz,racite cu apa si actionate hidraulic sau pneumatic (pot fi tip rola,tip deget)

-alimenatrea instalatiei se face cu un transformator monofazat. Unde I contact cam 40kA.

7.Instalaţii pentru încălzire directă cu acţionare continuă7.Instalaţii pentru încălzire directă cu acţionare continuăAcţionarea continuă se utilizează la încălzirea sârmelor, benzilor sau tablelor din oţel Acţionarea continuă se utilizează la încălzirea sârmelor, benzilor sau tablelor din oţel sau cupru. Acestea se deplasează cu viteză constantă, astfel încât prin intermediul sau cupru. Acestea se deplasează cu viteză constantă, astfel încât prin intermediul unor contacte alunecătoare, porţiunea din semifabricat cuprinsă între cele două unor contacte alunecătoare, porţiunea din semifabricat cuprinsă între cele două sisteme de contacte este încălzită datorită trecerii curentului electric.sisteme de contacte este încălzită datorită trecerii curentului electric.

Cs,Ls – C si L de simetrizare, C – C pt compensarea factorului de putere, trasnformator, 2-contacte , 3-semifabricat, 4-reteaua scurta,-alimentarea rolelor se face cu unu sau mai multe transformatoare monofazate prevazute cu prize de reglaj a tensiuni-reglarea tensiuni se face prin modificarea tensiuni a vitezei de deplasare sau a distantei dintre role.

8.Cuptoare cu încălzire directă8.Cuptoare cu încălzire directăDin această grupă fac parte cuptoarele pentru grafitare, pentru producerea Din această grupă fac parte cuptoarele pentru grafitare, pentru producerea carborundului, pentru menţinerea în stare topită a sticlei, pentru realizarea de carborundului, pentru menţinerea în stare topită a sticlei, pentru realizarea de tratamente termice în băi de săruri şi cele pentru încălzirea apei.tratamente termice în băi de săruri şi cele pentru încălzirea apei.

Cuptoare pentru grafitare şi pentru producerea carborunduluiCuptoare pentru grafitare şi pentru producerea carborunduluiPRocesul de grafitarePRocesul de grafitare-dureaza intre 7-13 zile iar in aceasta perioada incalzirea -dureaza intre 7-13 zile iar in aceasta perioada incalzirea ajunge pana la t=2400-2700 grade ,a amestecului de grafit si cocs care este introdus inajunge pana la t=2400-2700 grade ,a amestecului de grafit si cocs care este introdus in cuva de grafitare cu lungimea 20 m si are capacitatea de 50 tone,cuva de grafitare cu lungimea 20 m si are capacitatea de 50 tone,-incalzirea are loc prin conductia electrica si termica.-incalzirea are loc prin conductia electrica si termica.-incalzirea este asigurata de un sistem de electrozi realizati din blocuri masive de -incalzirea este asigurata de un sistem de electrozi realizati din blocuri masive de grafit alimentati de la un transformator monofazat.grafit alimentati de la un transformator monofazat.

U=50-150,P=10MVA,cosfi=0,5, W=6500-7500[kwh/t]Componente :1-amestec de grafit si cocs,2-blocuri de grafit,3-electrod,4-perete frontal,5-vatra,6-transformator.PROCESUL DE PRODUCERE A CARBORUNDULUI-au o cuva dreptunghiulara cu lungime de pana la 17m si incalzeste amestecul de cocs si nisip silicios pana la 2700grade si este realizat de sist de electrozi ,realizati din bloc de grafit pusi intr-un miez conducotr de grafit si cocs.S=3MVA,U=200-350 V,P=6500-7600[kwh/t]-Componente :1-amestec de cocs si nisip silicios,,2-miez conductor de grafit si cocs,3-electrod,4-perete frontal,5-vatra,6-transf de alimentare.

-Puterea unitară a instalaţiei poate ajunge la 3 MVA, iar tensiunea în secundarul transformatorului de alimentare este de 200…350 V. Consumul specific de energie este de 6500…7500 kWh/t.

9.Cuptoare pentru extragerea şi rafinarea aluminiului9.Cuptoare pentru extragerea şi rafinarea aluminiului

--1 - cuvă din oţel căptuşită cu cărămizi refractare; 2 - bloc catodic (cărbune sau grafit); 3 - bară catodică din oţel; 4 - aluminiu topit; 5 - electrolit; 6 - anod precopt; 7-bară anodică din aluminiuExtragerea şi rafinarea aluminiului este posibilă datorită electrolizei termice, care Extragerea şi rafinarea aluminiului este posibilă datorită electrolizei termice, care constă în încălzirea directă (în c.c.) a unui electrolit format din alumina dizolvata intr-constă în încălzirea directă (în c.c.) a unui electrolit format din alumina dizolvata intr-o sare topita vascoasa sub numele de criolit urmat de un proces chimic de electroliză o sare topita vascoasa sub numele de criolit urmat de un proces chimic de electroliză sau rafinare.sau rafinare.

-La temperatura de 950 -La temperatura de 950 ooC, alumina se descompune şi formează o baie de aluminiu deC, alumina se descompune şi formează o baie de aluminiu de cca. 20 cm grosime. Tensiunea pe cuvă este de 5 V, iar curentul între 10…100 kA.cca. 20 cm grosime. Tensiunea pe cuvă este de 5 V, iar curentul între 10…100 kA.--Cuvele sunt legate în serie şi alimentate de la redresoare cu diode de siliciu, având Cuvele sunt legate în serie şi alimentate de la redresoare cu diode de siliciu, având tensiunea reglabilă (5…20 V pe cuvă), pentru a menţine constant curentul. Consumul tensiunea reglabilă (5…20 V pe cuvă), pentru a menţine constant curentul. Consumul specific de energie electrică este în limitele 16500…22000 kWh/t.specific de energie electrică este în limitele 16500…22000 kWh/t.--Electroliza aluminei este unul dintre cele mai energointensive procese tehnice.Electroliza aluminei este unul dintre cele mai energointensive procese tehnice.-Consumul 16500-2200 kWh/t.-Consumul 16500-2200 kWh/t.

10. Instalatii cu rezistenta electrica cu incalzire indirecta cuptoare pt. tratamente termiceÎn aceste instalaţii materialul ce urmează a fi încălzit nu este parcurs de curent electric, căldura necesară încălzirii fiind preluată de la elementele încălzitoare plasate în apropiere. Transmiterea căldurii are loc prin radiaţie, radiaţie şi convecţie liberă sau convecţie forţată.Clasificarea acestor instalaţii se face în funcţie de :- modul de lucru;- temperatura medie de funcţionare.a) În funcţie de modul de lucru, instalaţiile cu încălzire indirectă pot fi:- cu funcţionare discontinuă;- cu funcţionare continuă.În cuptoarele cu acţiune discontinuă, materialul care urmează a fi încălzit nu îşi modifică poziţia în timpul încălzirii. În cuptoarele cu funcţionare continuă, materialul care urmează a fi încălzit se deplasează în mod continuu în interiorul cuptorului.b) În funcţie de temperatura medie de funcţionare, cuptoarele cu încălzire indirectă sunt:- de temperatură joasă (sub 600 oC);- de temperatură medie (600…1200 oC);- de temperatură înaltă (peste 1200 oC).4.3.1. Cuptoare electrice industriale cu rezistoare cu încălzire indirectăAceste tipuri de cuptoare sunt utilizate pentru tratamente termice şi încălziri, pentru topirea metalelor şi aliajelor, cuptoare de laborator, aparate electrocasnice şi aparate pentru încălzirea electrică a spaţiilor de locuit.4.3.1.1. Cuptoare electrice cu rezistoare pentru tratamente termiceAcestea sunt utilizate pentru călirea şi revenirea, recoacerea, cementarea şi nitrocarburarea, precum şi îmbătrânirea metalelor.În funcţie de modul de desfăşurare al procesului tehnologic aceste cuptoare pot fi cu acţiune discontinuă sau cu acţiune continuă.În figura 4.11, sunt prezentate principalele tipuri de cuptoare cu rezistoare cu încălzire discontinuă.În cuptoarele tip cameră cu temperaturi de până la 700 oC, transferul termic se face prin radiaţie şi prin convecţie, datorită circulaţiei aerului în circuit închis. În cazul cuptoarelor cu temperaturi de peste 700 oC, transferul termic se face numai prin radiaţie.Cuptoarele de tip cameră sunt utilizate în special numai pentru încălzirea pieselor de dimensiuni mari. Aceste cuptoare au o construcţie simplă, pot fi utilizate în diverse procese tehnologice şi au posibilitatea realizării în cuptor a unor regimuri termice variate.Cuptoarele verticale, au formă cilindrică şi sunt utilizate pentru efectuarea de tratamente termice: călire, cementare, detensionare, etc.Cuptoarele cu elevator sunt utilizate pentru încălzirea pieselor din oţel sau fontă, în atmosferă controlată ca şi în procesul de cementare în cazul pieselor de dimensiuni mari

Fig. 4.11. Cuptoare cu rezistoare cu încălzire indirectă cu acţiune discontinuă: a) Cuptor tip cameră; b) Cuptor tip vertical; c) Cuptor cu elevator; d) Cuptor tip clopot; 1 – izolaţia termică; 2 – material refractar; 3 – elemente încălzitoare; 4 – uşă de acces; 5 – suport; 6 – semifabricat; 7 – dispozitiv pentru ridicarea semifabricatului

11. Echipamentul electric al cuptoarelor cu rezistoareCuptoarele electrice cu rezistoare sunt alimentate la o tensiune de 220…500 V, justificată de necesitatea protecţiei personalului împotriva electrocutării.Această tensiune se obţine prin:- alimentarea directă din reţeaua de joasă tensiune (la puteri sub 50 kW), modificarea puterii realizându-se cu autotransformatoare sau variatoare cu tiristoare;- alimentarea din reţeaua de medie tensiune (sub 20 kV, la puteri P>50 kW), prin intermediul transformatoarelor cu prize de reglaj a tensiunii sau autotransformatoarelor.Cuptoarele cu incalzire indirecta in marea majoritate a cazurilor sun echipate cu sisteme de reglaj automat a temperaturii , sisteme care intrebuinteaza fie regulatoare bipoziţionale sau cu semnal binar, de tipul milivoltmetrului sau logometrului care acţionează asupra contactorului principal din schema de alimentare, fie utilizeaza regulatoare continue, care acţionează asupra comenzii reactanţelor saturabile sau a tiristoarelor variatoarelor, permiţând un reglaj precis al temperaturii.

A, B, C - fazele reţelei de alimentare; N, Np - conductorul neutru de lucru, respectiv de protecţie împotriva electrocutării; m - autotransformator; A, V, W, Wh - aparate de măsură; C.R - cuptor cu rezistoare; T - termocuplu ;e1,e2,e3,e4- sigurente fuzibile ;c- contatctor principal;e5 – releu termicd- releee intrerupatoare

12.Cuptoare electrice cu rezistaoare pt topire.Aceste cuptoare sunt utilizate în special la topirea aluminiului, magneziului, zincului,Aceste cuptoare sunt utilizate în special la topirea aluminiului, magneziului, zincului, cositorului şi plumbului cositorului şi plumbului (figura 4.13.).(figura 4.13.). La topirea în aceste cuptoare lipsesc produsele La topirea în aceste cuptoare lipsesc produsele de ardere, iar piesele turnate sunt de calitate superioară.de ardere, iar piesele turnate sunt de calitate superioară.Dezavantajele principale ale acestor cuptoare sunt: randament termic scăzut, consumDezavantajele principale ale acestor cuptoare sunt: randament termic scăzut, consum specific de energie electrică ridicat specific de energie electrică ridicat (tabelul 4.1.),(tabelul 4.1.), durată de funcţionare redusă a durată de funcţionare redusă a elementelor încălzitoare.elementelor încălzitoare.

Cuptoarele cu creuzet funcţionează până la 1200 Cuptoarele cu creuzet funcţionează până la 1200 ooC, sunt utilizate pentru topirea,C, sunt utilizate pentru topirea, rafinarea sau menţinerea în stare caldă a cuprului şi a aliajelor sale. rafinarea sau menţinerea în stare caldă a cuprului şi a aliajelor sale. CapacitateaCapacitatea cuptoarelor de tip creuzet nu depăşeşte 500 kg. Consumul specific de energie electricăcuptoarelor de tip creuzet nu depăşeşte 500 kg. Consumul specific de energie electrică este de 420…470 kWh/t.este de 420…470 kWh/t.Cuptoarele de tip cuvă sunt destinate în principal menţinerii în stare topită aCuptoarele de tip cuvă sunt destinate în principal menţinerii în stare topită a materialelor uşor fuzibile, de exemplu a aluminiului, unde temperatura metalului topitmaterialelor uşor fuzibile, de exemplu a aluminiului, unde temperatura metalului topit

trebuie menţinută la 750…800 trebuie menţinută la 750…800 ooC.C.

Cuptor de tip creuzet; b) Cuptor de tip cuvă 1 – izolant termic; 2 – material refractar; 3 – elemente încălzitoare; 4 – creuzet; 5 – metal; 6 – capac

13.Instalatii pt incalzirea directa a apei.Cazan pt producerea aburului tehnologic.

Majoritatea instalaţiilor de încălzire electrică a apei utilizează rezistoare tubulare Majoritatea instalaţiilor de încălzire electrică a apei utilizează rezistoare tubulare pentru încălzire directă.pentru încălzire directă.Comportarea electrică a apei depinde de natura şi cantitatea sărurilor dizolvate în ea, Comportarea electrică a apei depinde de natura şi cantitatea sărurilor dizolvate în ea, de distanţa dintre electrozi, precum şi de temperatura acesteia.de distanţa dintre electrozi, precum şi de temperatura acesteia.

ComponenteComponente  :: 1 - manta metalică; 2 - cazan; 3 - ecran izolant; 4 - electrod; 5 - izolator; 6 - tuburi izolanteCazanele pot produce abur tehnologic la presiuni până la 40 atm şi se construiesc Cazanele pot produce abur tehnologic la presiuni până la 40 atm şi se construiesc pentru puteri până la 20 MW, tensiuni de 10 şi 30 kV. Reglajul puterii de încălzire se pentru puteri până la 20 MW, tensiuni de 10 şi 30 kV. Reglajul puterii de încălzire se realizează prin deplasarea unui ecran izolant (teflon) realizează prin deplasarea unui ecran izolant (teflon) (figura 4.10.).(figura 4.10.).Randamentul cazanului este de 99%.Randamentul cazanului este de 99%.Protecţia împotriva electrocutării în instalaţiile de înaltă tensiune se realizează fie prinProtecţia împotriva electrocutării în instalaţiile de înaltă tensiune se realizează fie prin intermediul unor tuburi izolante, fie prin utilizarea izolatoarelor ceramice între cazan intermediul unor tuburi izolante, fie prin utilizarea izolatoarelor ceramice între cazan şi mantaua exterioară sau prin legarea la pământ a mantalei exterioare.şi mantaua exterioară sau prin legarea la pământ a mantalei exterioare.-materialul ce se incalzeste nu este ;pardcurs de curent elefctric ,caldura necesara,icalziri fiind prelucrata de la elem . incalzitoare amplasate in apropiere.Transmiterea acalduri are loc prin radiatie si convectie libera sau radiatie si convectie fortata.-clasificarea se face in functie de modul de lucru si de temperatura medie de functionare.In functie de modul de lucru sunt instalatii cu funct.discontinua(intermitenta si cu functionare continua.In functie de temp medie de funct. Avem temp joase si medie sau inalta temp.

14.Incalzirea cu radiatii infrarosiiRadiaţiile infraroşii fac parte din spectrul undelor electromagnetice, având lungimea de undă cuprinsă între 0,76…100 mm. În aplicaţiile industriale,stiintific si medical se utilizează radiaţii având l=0,76…10 mm. Încălzirea se bazează pe proprietatea corpurilor de a prelua energia acestor radiaţii şi de a o transforma în energie de oscilaţie a moleculelor şi atomilor din corpurile respective. -variatia coeficientului de absorbtie al unui material in functie de lungimea de unda reprezinta spectrul de absoirbtie in infrarosu.Avantajele acestui procedeu sunt: - randament ridicat, determinat pe de o parte de randamentul surselor de radiaţie iar pe de altă parte de modalitatea transmiterii energiei între sursă şi corp;- posibilitatea obţinerii unor densităţi de putere ridicate;- reglarea precisă a temperaturii; - instalaţiile de încălzire sunt relativ simple şi ieftine;- siguranţă în exploatare;- permit încălzirea materialelor inflamabile.Surse de radiaţii infraroşii:Sursele de radiaţii infraroşii se clasifică după lungimea de undă si respectiv dupa temperatura pe care o transmite in 3 categorii.- surse de radiaţii infraroşii scurte: l =0,76… 2 mm, T > 1500 K;- surse de radiaţii infraroşii medii: l = 2…4 mm, T = 700…1500 K;- surse de radiaţii infraroşii lungi: l = 4…10 mm, T < 700 K.

Aceste surse sunt cunoscute sub numele de radiatoare ceramice.Sursele de radiaţii infraroşii scurte, numite şi radiatoare luminoase, derivă din lampa electrică cu incandescenţă, la care s-a realizat creşterea radiaţiei prin scăderea temperaturii filamentului.sunt utilizate pentru echiparea instalatiilor de tip tunel unde se impune ajungerea la o temperatura ridicata intr-un interval de timp foarte scurt.Aprinderea acestor surse se face instantaneu iar ajungerea la temp. de circa 1500 C,se face in cateva secunde.Sursele de radiaţii infraroşii medii, numite şi radiatoare incandescente, sunt lămpi tubulare cu cuarţ opac. Radiaţiile infraroşii sunt emise de un filament metalic încălzit la temperaturi cuprinse între 1000…1600 K. Sursele de radiaţii infraroşii lungi, numite şi radiatoare întunecate, sunt de două categorii:Radiatoare ceramice de forma circulara, dreptunghi se compun dintr-un element rezistiv din aliaj Ni-Cr înglobat într-un înveliş din material ceramic, având rol de radiator secundar.Puterea specifica a unui astfel de element incalzitor poate ajunge la 15…40 kW/m2.. Panouri radiante din sticlă electroconductivă, care au ca element încălzitor un strat metalic depus pe o parte a unei plăci din sticlă.Puteri specifice de 1…3 kW/cm2. Construcţia instalaţiilor de încălzire cu radiaţii infraroşiiCuptoarele cu radiaţii infraroşii sunt în general cu acţionare continuă, materialele ce urmează a fi încălzite fiind transportate cu benzi sau alte mecanisme.

-a) cu trei panouri radiante; b) cu un singur panou radiant ;1 – incinta; 2 – sursele de radiaţii; 3 – piesa; 4 – ventilator-reglarea procesului de incazlire se face prin modificarea puteri cuptorului ,a timpului de expunere sau modificarea distantei dintre sursa de infrarosi si produs.Aplicaţii ale încălzirii cu radiaţii infraroşiiÎncălzirea cu radiaţii infraroşii este deosebit de eficientă în procesarea materialelor de grosime mică, care pot fi iradiate simultan pe o mare suprafaţă.Principalele domenii de utilizare ale acestor instalaţii sunt:- uscarea suprafeţelor vopsite, putere specifică necesară 5…15 kW/m2;- uscarea hârtiei şi cartonului, putere specifică necesară 3…20 kW/m2; - uscarea materialelor textile, putere specifică necesară 1,4…1,8 kW/kg apă eliminată;- uscarea materialelor ceramice şi minerale, puterea specifică necesară 0,2…0,3 kW/kg;- uscarea miezurilor de turnătorie;- uscarea produselor agricole, putere specifică necesară 0,15…0,20 kW/kg;- uscarea legumelor şi fructelor, putere specifică necesară 0,7…2 kW/kg;- uscarea făinii şi a pastelor făinoase, putere specifică necesară 0,28…0,38 kW/kg.

15.CUPTOARE CU ARC ELECTRICFuncţionarea cuptoarelor cu arc electric se bazează pe cantitatea de căldură dezvoltată de arcul electric, care se transmite prin radiaţie materialului c urmeaza a fi topit. Arcul electric se stabileşte între electrozi solizi sau lichizi, separaţi de un mediu gazos ionizat (aer sau gaz), în prezenţa unei tensiuni corespunzătoare.CLASIFICARE ŞI DOMENII DE UTILIZAREClasificarea cuptoarelor cu arc electric se face în funcţie de modul de transfer a energiei termice spre materialul de încălzit şi în funcţie de domeniul de utilizare.a) În funcţie de modul de transfer al energiei electrice sunt întâlnite următoarele tipuri de cuptoare:- cu acţiune directă, la care arcul electric se dezvoltă între electrozi şi materialul ce urmează a fi încălzit;- cu acţiune indirectă, la care arcul electric se dezvoltă între doi electrozi, iar căldura se transmite spre materialul de încălzit prin radiaţie;- cu acţiune mixtă, arc electric şi rezistenţă, la care are loc disipare de căldură atât în arcul electric cât şi în rezistenţa electrică a materialului.b) În funcţie de domeniul de utilizare sunt întâlnite următoarele tipuri de cuptoare:- cuptoare pentru elaborarea oţelurilor;- cuptoare pentru reducere cu arc şi rezistenţă electrică, destinate obţinerii feroaliajelor - -- cuptoare cu arc electric sub vid;- cuptoare pentru topire sub strat de flux protector.5.2. ARCUL ELECTRICArcul electric reprezintă o descărcare electrică autonomă, caracterizată de densităţi mari ale curentului electric.Principalele procese care determină apariţia de sarcini electrice în spaţiul dintre electrozi sunt:- ionizarea continuă (termoelectrică) a acestora, produsă de electronii emişi de electrozii încălziţi prin trecerea curentului electric (emisia termoelectrică);- aplicarea unei tensiuni de aprindere Uap, dependentă de natura gazului sau a vaporilor metalici şi de distanţa dintre electrozi.

- zona catodică, căreia îi corespunde căderea de tensiune Uc, de aproximativ 10 V, care se întinde pe o distanţă de aproximativ 10-6 m, independentă de lungimea arcului şi care creează un câmp electric de 10 la puterea -6…10-7 V/m ;- zona care formează coloana arcului, zona caracterizate printr-o tempereatura medie care poate atinge valori Tm=6000grade K, in centrul coloanei, temperatura poate ajunge pana la 15000 grade K.Aceasta zona se intinde pe o distante mai mare pana la 20de ori fatza de zona catodica.- zona anodică, este de 2 - 3 ori mai mare decât zona catodică. Temperatura anodului poate ajunge până la 4000-5000 K, ceea ce provoacă o emisie secundară a anodului.5.2.1. Caracteristicile arcului electric alimentat cu tensiune continuă

Caracteristica statica a arcului el defineste variatia tensiunii la bornele arcului in fct de intensitatea curentului electric prin coloana arcului astfel la aceasi valoare a intensitatii valorii curentului electric, mariind distanta dintre electrozi se obtine o crestere a tensiunii anodice.Caracterisiticil ale arcului electric pot fi statice sau dinamice.Caracteristica statică a arcului electric poate fi impartita in 3 zone:

zona ab – zona care datorita proceselor de termoionizare intense se obtine o crestere a temperaturii prin coloana arcului . in aceasta zona rezistenta electrica este negativa

zona bc, - zona in care datorita cresterii intensitatii curentului electric , conductivitatea canalului creşte căderea de tensiune pe coloana arcului electric rămâne constantă.Aceasta zona de fapt corespunde unei functionari stabile a arcului electric.

zona cd – zona caracteristica printr-o crestere semnificativa a intensitatii curentului electric . In aceasta zona , procesele de ionizare ating nivelul de saturatie , conductivitatea ramane constatanta, temperatura arcului se aproprie de valoarea initiala.5.2.2. Caracteristicile arcului electric alimentat cu tensiune alternativăTensiunea de alimentare este de forma:

Curentul trece de două ori prin valoarea zero în timpul unei perioade de variaţie a tensiunii, fapt c determina aprinderea , respectiv stingerea arcului in timpul unei perioade in cazul arcului de curent alternativ fiecare electrod este alternativ , catod si anod.

16. CUPTOARE CU ARC ELECTRIC CU ACŢIUNE DIRECTĂ PENTRU TOPIREA OŢELULUI

Cuptoarele cu arc electric cu acţiune directă sunt utilizate pentru:-topire, elaborarea oţelurilor aliate şi înalt aliate;- topirea metalelor şi aliajelor greu fuzibile. Aceste cuptoare nu sunt recomandate la topirea materialelor neferoase având în vedere procentul ridicat de material ars pe durata procesului tehnologic.Are in componenta sa urmatoarele elemente.1 - cuva de topire, 2 - coloana de pivotare, care asigura sustinerea electrozilor si deplasarea acestora in timpul golirii cuvei si respectiv in timpul incarcarii acesteia.3 - transformatorul de alimentare, amplasat intr-o incapere separata de restul cuptoarului . Acesta asigura alimentarea electrozilor legatura intre transformator si sistemul de alimentare al electrozilor se realizeaza prin intermediul retelei scurte (4) realizata din bare sau cabluri racite cu apaConexiunile retelei scurte pot fi:- conexiuni simetrice- conexiune stea- conexiuni triunghi nesimetric- conexiune triunghi simetric

5- portelectrodul,are rolul de a asigura sutinerea electrozilor si deplasarea acestora in pozitie verticala6 - dispozitivul de comandă hidraulică a electrozilor,7 - electrozii, realizati din carbune sau grafit8 - jgheabul de golire.9- elemente de sustinere pentru reteaua scurta10 - incinta unde se afla transformatorul11- arcul electric12- metalul topit-Principala caracteristică, din punct de vedere energetic a procesului de topire estePrincipala caracteristică, din punct de vedere energetic a procesului de topire este funcţionarea instabilă a arcului electric. Lungimea arcului electric (2…3 cm) sefuncţionarea instabilă a arcului electric. Lungimea arcului electric (2…3 cm) se modifică în timpul surpării şi deplasmodifică în timpul surpării şi deplasării ării încărcăturii. Durata procesului de topire esteîncărcăturii. Durata procesului de topire este de obicei mai mult de jumătate din durata necesară preparării şarjei şi în acest intervalde obicei mai mult de jumătate din durata necesară preparării şarjei şi în acest interval de timp se consumă 60…80% din energia necesară întregului ciclu de preparare.de timp se consumă 60…80% din energia necesară întregului ciclu de preparare.-Electrozii cuptorului se confecţionează din cărbune sau grafit. La ora actuala pentru realizarea unei tone de hotel se consuma intre 1,5 ....6 kgde elctrozi.Electrozii sunt caracterizati prin :

- conductivitate electrică ridicată;- conductivitate termică redusă;- temperatura de înmuiere ridicată;- rezistenţă ridicată la acţiunea agenţilor chimici;- posibilitate de prelucrare mecanică;- preţ de cost redus;Echipamentul electric al cuptoarelor pentru topirea otelului trebuie să asigure desfăşurarea în condiţii optime a procesului tehnologic, cu influenţe importante asupra reţelei electrice de alimentare. Alimentarea cuptoarelor cu arc se poate face fie din statia U=6[kv] ;20 [kv]pt cuptoarele cu capacitati mai mici de 50 tone sau din statia 110 [kv] pentru cuptoarele cu capacitati mai mici de 50 tone sau din statia 110 [kv] si mai mari din statia 220[kv] cazult cuptoarelor cuprinse intre 50-100 tone.-Randamentul total al instalaţiei are valori cuprinse între 0,5Randamentul total al instalaţiei are valori cuprinse între 0,5…0,73. Elementele reţelei…0,73. Elementele reţelei scurte fiind parcurse de curenţi importanţi (mii sau zeci de mii de A), au secţiuni mari,scurte fiind parcurse de curenţi importanţi (mii sau zeci de mii de A), au secţiuni mari, stabilite pe baza densităţilor de curent admisibile:stabilite pe baza densităţilor de curent admisibile:

S1,S2,S3 – separatoare Q1,Q2,Q3,Q4- intrerupatoareTT, TC – transf. pentru masurarea tensiunii , respectiv a curentuluiB- bobina care asigura funct. stabila a arcului electric in faza de topire a incarcaturii din intensitatea cuptorului , in celelalte faze bobina este intrerupta.T1 – transformator pentru alimentare cuptoruluiRS – reteaua scurtaCA- cuptorul cu arcAI – agitatorul inductiv care asigura o omogenizare a temp. din interiorul cuvei de topire; este realizat dintr-o infasurare bifazata alimentat la o tensiuni alternativa de frecventa redusa 0,2-2HZSRA – sitemul de reglare automata a temperaturiiBC – bateria de condensatoareL1,C1,L2,C2 – filtrele de armoniciAgitatorul termic are dezavantajul ca prezinta o uzura rapida a vatra cuptoruluiRandamentul total al cuptoarelor cu arc este cuprins intre Elementele retelei scurte pot fi conectate in serie in cazul cuptoarelor cu capacitati mai mici de 10 tone in triunghi nesimetric pentru cuptoarele cu capacitati n=50-100 tone sau in triunghi simetric pentru cuptoarele mai mari de 100 de tone.Alegerea elementelor retelei scurte se face in functie de densitatea de curent care trece prin acesta , astfel :

- pentru cablurile de cupru : densitatea de curent admisibila este J<1[A/mm2]- pt. barele din cupru racite cu aer : j<1,5 [A/mm2]- pt. barele din cupru racite cu apa : j<=3,5 [A/mm2]

a)conexiune stea b) triunghi nesimetric

c) triunghi simetric1- transformator2- electrozi3 – legaturi electrice

17.CUPTOARE CU ARC ELECTRIC ALIMENTATE LA TENSIUNE CONTINUASunt folosite pt obtinerea otelurilor aliate si inalt aliate.Electroduleste amplasat in centrul cuvei de topire,alimentat de la o sursa de tensiune continua.Un astfel de cuptor are in componenta:-cuva de topire in centrul careia se afla electrodul central din grafit.In vatra cuptorului este plasat electrodul de intorcere a curentului.Cuptor elect.alimentat cu tens continua.

In faza de inceput a procesului tehnologic arcul electric se dezvolta in electrodul central si materialul din interiorul cuptorului rezultand un material solid o guma cu diametrul intre 1,5-2 fata de diametrul electrodului.

In faza urmatoare are loc topirea materiaului din din apropiere prin radiatie si conductie la materialul deja topit.In faza finala tot materialul din cuptor este topit.Durata intregului process fiind de 50 min.In cazul acestor cuptoare consumul de de electrozi este redus cu aproximativ 1-1,5kg pe tona de otel.Cuva de topire se realizeaza din material refractar.

18.CUPTOARE CU ARC ELECTRIC SI REZISTENTAIn cazul acestor cuptoare caldura necesara desfasurarii procesului tehnologic este obtinuta atat de la arcul electric cat si datorita treceri curentului electric prin rezistenta electrica a incarcaturii.In aceste cuptoare se obtin feroaliaje:ferosiliciu,fero-mangam,fero-crom.Din punct de vedere constructive aceste cuptoare pot fi cu actiune continua sau discontinua.Cuva de topire ae forma cilindrica sau paralelipipedica cu vatra realizata din grafit.Electrozi sunt realizati din teava de otel sau aluminiu umplut cu pasta de carbine care se intareste prin autocoacere in zona contactului portelectrodului datorita calduri transmisa prin conductie din cuptor.Pt alimentarea electrozilor se utilizeaza un transformator a carei putere aparenta se determina in functie de productivitatea cuptorului,de valoarea consumului specific impus utilizand relatia:

Randamentul total.

Cos=0,85-0,93Puterea aparenta a acestor cuptoare:S=3-100[MVA]Curentul electric I, prin electrod, rezultă în funcţie de puterea aparentă S şi tensiunea de la ieşirea transformatorului U2 (tensiune între faze).

-alimentarea cu energie electrica a cuptorului cu arc electric si rez se face printr-un transf monofaszat sau trifazat prin intermediul retelei scurte ,conectat de obicei in triungi nesimetric la electrozi sau in stea.Schema electr. Cu 3 transf monofazate.

Schema de alimentare a unui cuptor cu arc electric şi rezistenţă ;a – conectare în triunghi; b – conectare în stea, 1 – transformator monofazat; 2 – electrozi; 3 – încărcătura; 4 - cuptor

19.CUPTOARE CU ARC ELECTRIC CU TOPIRE IN VID.CUPTOARE PT TOPIRE CU STRAT DE FLUX.Cuptoare cu arc electric cu topire in vidCuptoarele cu arc electric în vid sunt destinate producerii de zirconiu, titan, molibden,Cuptoarele cu arc electric în vid sunt destinate producerii de zirconiu, titan, molibden, taliutaliu,, etc etc.., materiale greu fuzibile şi active din punct de vedere chimic., materiale greu fuzibile şi active din punct de vedere chimic.Aceste cuptoare permit obtinerea unor materiale de mare puritate,aliaje pe baza de nichel,cobalt si carburi metalice,pot fi prevazute cu electrozi comunicanti realizati din bare de forma cilindrica sau patrata sau din acelasi material cu incarcatura sau pot fi cu electrodul necomunicant realizat din grafit sau wolfram.

Cuptor cu arc electric în vid, cu electrod consumabil a) cu extragerea lingoului; b) cu lingou fix; 1 – cristalizor; 2 – lingou; 3 – fund mobil; 4- tijă; 5 – inel de etanşare; 6 – electrod consumabil; 7 – incintă vidată.Cuptoare pt topire sub strat de fluxBaia de flux-este un amastec de oxid de calciu,oxid de magneziu,florura de calciu si alumina in anumite proportii.Electrodul este realizat sub forma de bara din metalul ; ce urmeaza a fi topit. Acest strat de flux se introduce intre varfurile electrodului si incarcatura din cuptor,avand rolul de a asigura protectia metalului inpotriva actiuni atmosferice. Tensiunea alternativa de topire se aplica electrodulu si creuzetului.Prin trecerea curentului electric prin baia de flux aceasta se incalzeste puternic la temperaturi de 1600….2000grade. det topirea capatului inferiror al electrodului Aceste cuptoare sunt utilizate pt obtinerea materialelor pure,acelor greu fuzibile,electrodul acestor cuptoare se realizeaza din lingoul obtinut in faza unei topiri anterioare ,alimentarea electrodului se face prin intermediul unui transformator,procesul tehnologic se desfasoara in interiorul unui creuzet de forma cilindrica sau primatica prevazuti cu doi peretii realizatii din cupru sau otel prin care circula apa de racier.Partea interioara a creuzetului denumita si soclu este coborata in momentul in care lingoul atinge lungimea det astfel incat oglinda baii de flux sa fie mentionata la inaltime constanta.-Principalele elemente ale acestor cuptoare sunt: mecanismul de deplasare a Principalele elemente ale acestor cuptoare sunt: mecanismul de deplasare a electrodului, portelectrozii, creuzetul şi echipamentul electric.electrodului, portelectrozii, creuzetul şi echipamentul electric.Fig. 5.19. Principiul de funcţionare al cuptorului pentru topire sub strat de flux1 - electrod; 2 - mecanismul de susţinere şi deplasare a electrodului; 3 - baia de flux; 4 - baia metalică; 5 - creuzet; 6 - lingou; 7 - soclu; 8 - transformatorul cuptorului

20 INCALZIREA PRIN INDUCTIE ELECTROMAGNETICA.PRINCIPIUL INCALZIRI ELECTROMAGNETICE.Incalzirea prin inductie electromagnetica se bazeaza pe efectul de patrundere a campului electromagnetic in materialele conductoare aflate intrun camp magnetic variabil in timp.Curenti electrici turbionari det de tensiunile electromotoare indusa conduc la incalzirea materilaelor conductoare prin efectul Joule.AVANTAJE-caldura se dezvolta in corpul ce urmeaza a fi incalzit obtinanduse un transfer de energie>1000KW/m^2 si o viteza mare de incalzire.-inst. Sunt relative simple fiind posibil lucrul in vid sau atmosfera controlata.-posibilitate de automatizare si functionare in flux continuu.-conditii optime de lucru si adaptare usoara a acestor instalatii la procesul tehnologic.CAtegorii :echipamente pt topire ,echip. De incazlire in profunzime, echip pt tratamente termice si echup pt aplicatii specialePRINCIPIUL INCALZIRI PRIN INDUCTIE ELECTROMAGNETICA.-Conta in transformarea energiei electromagnetice absorbite de piesa de lucru in energie termica.-In cazul unei bobine parcursa de un current alternative acesta va crea atat in interiorul sau cat si in exterior un camp magnetic variabil.Daca in interiorul bobinei se introduce un material conductor,((corp conductor) ,fluxul magnetic variabil in timp care traverseaza materialul induce in acesta o tensiune electromotoare ce det aparitia curentilor turbionarii.(Focault).Daca fl ;uxul inductor altenativ este alternativ de pulsatie omega in piesa apar curenti indusi I2 si densiate J2 a caror sens se opune fluxului magnetic incductor Ф2. Tens electromotoare indusa .

Puterea transformata in caldura in corpul de incalzit este

Rezistenta in c.a. este mult mai mare dacat in c.c.

)

Curba de histerezis B=f(H)În cazul încălzirii prin inducţie întâlnim trei fenomene fizice succesive:- transferul de energie pe cale electromagnetică de la bobină la corpul de încălzit;- transferul de căldură în material pe baza energiei electrice, prin efect Joule;- transferul de căldură, prin conducţie termică în întreaga masă a corpului

21.PATRUNDEREA CAMPULUI ELECTROMAGNETIC SI PUTEREA TRANSMISA PISEI.Pentru dPentru determinarea densităţii curentului electric turbionar indus în conductoareeterminarea densităţii curentului electric turbionar indus în conductoare masive şi a puterilor dezvoltate de aceştia se utilizează ecuaţiile lui Maxwell pentrumasive şi a puterilor dezvoltate de aceştia se utilizează ecuaţiile lui Maxwell pentru regimregimulul cvasistaţionar cvasistaţionar::

22.ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL INSTALATIEI DE INCALZIRE PRIN INDUCTIE ELECTROMAGNETICA.Echipamentul electric al instalaţiilor de încălzire prin inducţie cuprinde sursa deEchipamentul electric al instalaţiilor de încălzire prin inducţie cuprinde sursa de alimentare şi inductorul.alimentare şi inductorul.Alegerea sursei - Alegerea sursei - Alegerea sursei se face în funcţie de următorii parametri:Alegerea sursei se face în funcţie de următorii parametri:-frecvenţa tensiunii de alimentare a inductorului -frecvenţa tensiunii de alimentare a inductorului – este stabilită de forma– este stabilită de forma produsului,natura procesului dorit şi natura materialelor.Frecvenţa este parametrulprodusului,natura procesului dorit şi natura materialelor.Frecvenţa este parametrul care impune alegerea sursei;care impune alegerea sursei;-regimul de alimentare-regimul de alimentare-puterea de ieşire,-puterea de ieşire, aceasta trebuie să asigure puterea necesară încălzirii sarcinii, aceasta trebuie să asigure puterea necesară încălzirii sarcinii, inclusiv pierderile termice, pierderile Joule în inductor şi în înfăşurărileinclusiv pierderile termice, pierderile Joule în inductor şi în înfăşurările transformatorului, pierderile în circuitul magnetic;transformatorului, pierderile în circuitul magnetic;-gabaritul,-gabaritul, acesta depinde de spaţiul disponibil din apropierea inductorului; acesta depinde de spaţiul disponibil din apropierea inductorului;- modul de răcire,- modul de răcire, răcirea se face cu apă; răcirea se face cu apă;

- mediul ambiant, - mediul ambiant, dacă acesta conţine praf sau pulberi echipamentul se amplasează îndacă acesta conţine praf sau pulberi echipamentul se amplasează în incinte închise, cu schimbătoare interne de răcire spre mediul ambiant.incinte închise, cu schimbătoare interne de răcire spre mediul ambiant.Alegerea inductoruluiAlegerea inductoruluiInductorul este dispozitivul care asigură transmiterea pe cale electromagnetică aInductorul este dispozitivul care asigură transmiterea pe cale electromagnetică a puterii de la circuitul electric la sarcină. Acesta este constituit dintr-o înfăşurareputerii de la circuitul electric la sarcină. Acesta este constituit dintr-o înfăşurare parcursă de curent electric care determină câmpul magnetic ce va induce curenţiparcursă de curent electric care determină câmpul magnetic ce va induce curenţi Foucault în sarcină. Efectul termic al acestor curenţi conduce la încălzirea sarcinii.Foucault în sarcină. Efectul termic al acestor curenţi conduce la încălzirea sarcinii. Înfăşurarea are una sau mai multe spire, a căror formă şi dimensiuni asigură efectulÎnfăşurarea are una sau mai multe spire, a căror formă şi dimensiuni asigură efectul termic dorit.termic dorit.Randamente ridicate de transfer se obţin prin reducerea fluxului de scăpări şiRandamente ridicate de transfer se obţin prin reducerea fluxului de scăpări şi reducerea reluctanţei circuitului magnetic.reducerea reluctanţei circuitului magnetic.La frecvenţe de până la 600 Hz, fluxul magnetic se închide într-un circuit constituitLa frecvenţe de până la 600 Hz, fluxul magnetic se închide într-un circuit constituit din tole cu reluctanţă redusă ca şi la un transformator obişnuit.din tole cu reluctanţă redusă ca şi la un transformator obişnuit.La frecvenţă medie 10 kHz, fluxul magnetic nu este canalizat în întregime spre piesă.La frecvenţă medie 10 kHz, fluxul magnetic nu este canalizat în întregime spre piesă. Când circuitul magnetic este realizat din tole, acestea sunt dispuse în planul liniilor deCând circuitul magnetic este realizat din tole, acestea sunt dispuse în planul liniilor de câmp magnetic, perpendicular pe fazorul curentului electric din inductor.câmp magnetic, perpendicular pe fazorul curentului electric din inductor.La frecvenţă înaltă sunt utilizate concentratoare de câmp, realizate din piese de ferită,La frecvenţă înaltă sunt utilizate concentratoare de câmp, realizate din piese de ferită, problema importantă a acestora fiind asigurarea răciriiproblema importantă a acestora fiind asigurarea răcirii

23.CUPTORUL DE INDUCTIE CU CREUZET PT TOPIREA23.CUPTORUL DE INDUCTIE CU CREUZET PT TOPIREA METALULUI.ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL CUPTOARELOR DEMETALULUI.ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL CUPTOARELOR DE INDUCTIE CU CREUZET.INDUCTIE CU CREUZET.Pentru cuptoarele de topire prin inducţie este caracteristică agitaţia electrodinamică şiPentru cuptoarele de topire prin inducţie este caracteristică agitaţia electrodinamică şi termică a metalului topit în baie, care dă posibilitatea obţinerii unei compoziţiitermică a metalului topit în baie, care dă posibilitatea obţinerii unei compoziţii chimice omogene a metalului, a unei temperaturi uniforme în tot volumul băii şichimice omogene a metalului, a unei temperaturi uniforme în tot volumul băii şi reducerea pierderilor de metal (sub 0,5 %).reducerea pierderilor de metal (sub 0,5 %).Cuptoarele de inducţie cu creuzet sunt utilizate pentru elaborarea oţelurilor de calitateCuptoarele de inducţie cu creuzet sunt utilizate pentru elaborarea oţelurilor de calitate superioară, a fontei, a metalelor şi aliajelor neferoase: aluminiu, cupru, nichel, etc.superioară, a fontei, a metalelor şi aliajelor neferoase: aluminiu, cupru, nichel, etc.Din punct de vedere al frecvenţei tensiunii de alimentare, cuptoarele cu creuzet potDin punct de vedere al frecvenţei tensiunii de alimentare, cuptoarele cu creuzet pot funcţiona la frecvenţă industrială (50 Hz), (puterea specifică este de 200…400 kW/t,funcţiona la frecvenţă industrială (50 Hz), (puterea specifică este de 200…400 kW/t, iar consumul specific de energie electrică variază între 550…750 kW/t) sau medieiar consumul specific de energie electrică variază între 550…750 kW/t) sau medie (100... 10 000 Hz). La frecvenţă medie, consumul mediu de energie electrică este de(100... 10 000 Hz). La frecvenţă medie, consumul mediu de energie electrică este de circa 600 kWh/t şi suntcirca 600 kWh/t şi sunt utilizate în special la obţinerea oţelurilor speciale utilizate în special la obţinerea oţelurilor speciale Randamentul electric al cuptorului de inducţie electromagnetică cu creuzet este Randamentul electric al cuptorului de inducţie electromagnetică cu creuzet este ee=0,5...0,8=0,5...0,8.Astfel, randamentul total al cuptorului cu creuzet este .Astfel, randamentul total al cuptorului cu creuzet este

=0,4...0,68 =0,4...0,68..Principale elementele constructive ale cuptoarelor cu creuzet sunt: creuzetul,Principale elementele constructive ale cuptoarelor cu creuzet sunt: creuzetul, inductorul, ecranul magnetic, reţeaua scurtă compusă din cabluri flexibile, bareleinductorul, ecranul magnetic, reţeaua scurtă compusă din cabluri flexibile, barele sursei de alimentare şi mecanismul de golire.sursei de alimentare şi mecanismul de golire.

Cuptoarele cu creuzet prezintă următoarele avantaje:Cuptoarele cu creuzet prezintă următoarele avantaje:- permit obţinerea de temperaturi foarte ridicate în toată masa metalului, ca urmare a- permit obţinerea de temperaturi foarte ridicate în toată masa metalului, ca urmare a unei concentrări mari de putere direct în aceasta (200...300 kW/t pentru fontă la 50unei concentrări mari de putere direct în aceasta (200...300 kW/t pentru fontă la 50 Hz);Hz);- ca urmare a agitaţiei intense a băii metalice topite sub acţiunea forţelor- ca urmare a agitaţiei intense a băii metalice topite sub acţiunea forţelor electrodinamice, se produce uniformizarea temperaturilor, se elimină supraîncălzirileelectrodinamice, se produce uniformizarea temperaturilor, se elimină supraîncălzirile locale şi se reduc în consecinţă pierderile de metal (0,5...0,8 %);locale şi se reduc în consecinţă pierderile de metal (0,5...0,8 %);-se obţin metale sau aliaje foarte pure; - puteri specifice mari; - poluarea mediului-se obţin metale sau aliaje foarte pure; - puteri specifice mari; - poluarea mediului ambiant este foarte redusă;ambiant este foarte redusă;- randament electric ridicat (0,5…0,8);- randament electric ridicat (0,5…0,8);- zgomot redus în funcţionare 70...80 dB;- zgomot redus în funcţionare 70...80 dB;- posibilitatea automatizării proceselor;- posibilitatea automatizării proceselor;Dezavantajele cuptoarelor cu creuzet suntDezavantajele cuptoarelor cu creuzet sunt: : - - solicitarea mecanică puternică a căptuşelii creuzetului datorită agitaţiei intense a băiisolicitarea mecanică puternică a căptuşelii creuzetului datorită agitaţiei intense a băii topite;topite;- costul ridicat datorat surselor de alimentare şi bateriilor de condensatoare necesare- costul ridicat datorat surselor de alimentare şi bateriilor de condensatoare necesare compensării factorului de putere.compensării factorului de putere.Echipamentul electric al cuptoarelor de inducţie cu creuzetEchipamentul electric al cuptoarelor de inducţie cu creuzetÎn timpul procesului de topire parametrii cuptorului se modifică, ceea ce duce laÎn timpul procesului de topire parametrii cuptorului se modifică, ceea ce duce la variaţia intensităţii curentului electric absorbit şi a factorului de putere a instalaţiei.variaţia intensităţii curentului electric absorbit şi a factorului de putere a instalaţiei.Pentru menţinerea unui regim optim de funcţionare al cuptorului cu creuzet se impunePentru menţinerea unui regim optim de funcţionare al cuptorului cu creuzet se impune menţinerea curentului electric şi a factorului de putere la valori optime.menţinerea curentului electric şi a factorului de putere la valori optime.În faza de început a procesului de topire, valoarea curentului electric În faza de început a procesului de topire, valoarea curentului electric II este ridicată, este ridicată, acesta putând fi redusă prin reducerea tensiunii de alimentare acesta putând fi redusă prin reducerea tensiunii de alimentare

Schemade alimentare a cuptoarelor de inductie cu creuzet la f=50Hz este cea de mai jos.

Fig.6.24. Schema de alimentare a cuptoarelor de inducţie cu creuzet la f = 50Hz

24)Cuptorul de inducţie cu canal pentru topirea metalelor Cuptoarele cu canal sunt utilizate la menţinerea şi supraâncălzirea metalului topit în vederea turnării. Conversia energiei electrice în energie termică are loc în canalul situat în jurul inductorului, motiv pentru care căptuşeala refractară a acestora este mai intens solicitată termic decât aceea a cuvei. Încălzirea are loc datorită efectului Joule determinat de curenţii electrici induşi, în canal fiind transferată o densitate de putere ridicată. Cuptoarele de inducţie cu canal constau din două părţi: cuva sau creuzetul şi unităţile de topire (canal, circuit feromagnetic şi inductor) Interacţiunea curenţilor dintre metalul conţinut în canal şi câmpul magnetic intens creat de inductor determină apariţia unor forţe electromagnetice orientate de la suprafaţa inductorului spre suprafaţa exterioară a canalului, forţe care determină o agitaţie a metalului în canal. Canalul cuptorului este zona cea mai solicitată din punct de vedere termic. Grosimea izolaţiei termice trebuie să fie cât mai redusă pentru a limita fluxul de scăpări, dar trebuie să reziste fluxului de scăpări, în mod uzual aceasta este de 50…70 mm. Atât canalul cât şi cuva cuptorului sunt realizate din material refractar.Din punct de vedere constructiv, cuptoarele de inducţie pot fi:-cu canal vertical, utilizat în special pentru topirea cuprului sau aluminiului;-cu canal oblic, utilizat în special pentru topirea fontei.Avantaje: - o bună omogenizare a aliajelor elaborate, datorită repartiţiei uniforme a temperaturii ca rezultat a agitaţiei băii cu metal topit; - ajustarea cu precizie mare a compoziţiei metalului; - respectarea strictă a regimului de temperatură impus; - pondere redusă a materialului ars (0,5…0,8%) datorită lipsei supraîncălzirilor locale; - conţinut redus de gaze în metal (cuptorul putând funcţiona în lipsa contactului cu atmosfera şi chiar în vid); - randament energetic superior (60…95%, în funcţie de tipul materialului şi procesul tehnologic);

- factor de putere superior faţă de cuptorul cu creuzet;- lipsa proceselor de oxidare în zona de disipare a căldurii;- productivitate ridicată;- spaţiul ocupat este relativ redus;- investiţii relativ reduse şi echipamente electrice simple. Dezavantaje ale cuptoarelor cu canal sunt: - necesitatea menţinerii unei cantităţi de metal în canal (circa 15…20% din capacitatea totală a cuptorului) după turnarea şarjei, metal care trebuie menţinut în stare topită până la următoarea încărcare a cuptorului, în acest fel apare o diferenţă între capacitatea totală a cuptorului şi capacitatea utilă; - în timpul pauzelor de funcţionare masa topită din canal trebuie complet evacuată sau menţinută în stare topită (cu consum de energie) pentru a evita solidificarea metalului şi deci blocarea canalului; - pornirea de la rece a cuptorului nu este posibilă fiind necesară aducerea din exterior de metal lichid pentru umplerea canalului; - puteri unitare relativ reduse (până la 10 MW) având în vedere că energia se disipă numai în canal;Durata procesului de topire relativ mare datorită puterii specifice limitate; - încărcătura cuptorului nu poate fi constituită din şpan sau alte impurităţi metalice pentru a nu conduce la înfundarea canalului, în mod obişnuit încărcătura este sub formă de calupuri de materiale;- dificultatea utilizării aceluiaşi cuptor pentru metale diferite; schimbarea aliajului de preparat impune golirea completă a cuptorului şi reîncărcarea acestuia cu noile materiale; - necesitatea utilizării unor materiale refractare de calitate superioară. Echipamentul electric al cuptoarelor de inducţie cu canal Alimentarea cu energie electrică a cuptorului de inducţie electromagnetică cu canal se face în general de la reţeaua uzinală de frecvenţă industrială.Pentru cuptoarele cu puteri de 30...300 kW, alimentarea se face de obicei de la barele de 0,4 kV ale întreprinderii. Pentru puteri mai mari de (300...10000 kW), conectarea cuptorului se face la barele de medie tensiune ale întreprinderii.Echipamentul electric al cuptoarelor de inducţie electromagnetică cu canal cuprinde: transformatoare sau autotransformatoare de alimentare şi reglare a puterii, aparate de conectare, măsurare, protecţie, condensatoare pentru compensarea factorului de putere, reţeaua scurtă (figura 6.28).Condensatoarele de compensare au o treaptă fixă şi mai multe trepte comutabile, factorul de putere al cuptorului este de 0,2...0,7.

Fig. 6.28. Schema electrică de alimentare a cuptorului de inducţie cu canal cu o unitate de topire: a) conectare monofazată la reţeaua de înaltă tensiune; b) conectare la reţeaua trifazată de înaltă tensiune; c) conectare la reţeaua de trifazată de joasă tensiune; 1-întreruptor cu protecţie la suprasarcină; 2-transformatorul sau autotransformatorul cuptorului; 3-contactor cu relee termice; 4,5-elemente de simetrizare; 6- condensatoare de compensare cu reglare automată a factorului de putere; 7-cuptorul de inducţie

25) Încălzirea în profunzime prin inducţie electromagnetică Încălzirea în profunzime, prin inducţie, a semifabricatelor din oţel, cupru, aluminiu şi aliaje ale acestora, ce urmează a fi prelucrate la cald prin forjare, matriţare, presare, laminare etc., s-a dezvoltat datorită avantajelor pe care acest procedeu le are faţă de încălzirea indirectă cu rezistoare sau cu flacără. Avantajele încălzirii în profunzime:- crusta de oxid (ţunder) formată la suprafaţă are o grosime foarte redusă, ceea ce micşorează pierderile de metal, reduce uzura matriţelor precum şi adaosurile de prelucrare; - viteză mare de încălzire având influenţe favorabile asupra productivităţii; - suprafaţa ocupată de instalaţia de încălzire este redusă; - posibilitatea încălzirii locale a semifabricatelor; - utilizarea încălzirii numai în perioadele necesare, fără menţinerea caldă a cuptorului; - reglajul simplu şi precis al temperaturii, precum şi automatizarea completă a procesului de încălzire;-condiţii optime de exploatare. Din punct de vedere al frecvenţei tensiunii de alimentare, instalaţiile de încălzire în profunzime pot fi de frecvenţă industrială sau medie, inductoarele având forme diferite depinzând de formele, dimensiunile semifabricatelor şi de suprafaţa necesară a fi încălzită.Încălzirea la frecvenţă industrială se utilizează pentru piese având secţiuni mari (în cazul oţelului pentru diametre ce depăşesc 150 mm), o caracteristică a inductoarelor o constituie prezenţa circuitului ferromagnetic (figura 6.29).Inductoarele întrebuinţate la frecvenţe medii au în general formă solenoidală, fără circuit feromagnetic de cele mai multe ori.Din punct de vedere al deplasării semifabricatelor, instalaţiile de încălzire în profunzime sunt cu:- acţionare discontinuă, utilizate pentru semifabricate având lungimi mici, ce urmează a fi încălzite pe toată lungimea, într-un singur inductor;- acţionare continuă, pentru semifabricate de lungimi mari încălzite local sau pe toată lungimea, într-unul sau mai multe inductoare.

Fig. 6.29. Inductoare pentru încălzirea în profunzime la frecvenţă industrială: a) ţeavă; b), c) semifabricate scurte; d) semifabricate lungi 1 - inductor; 2 - circuit feromagnetic; 3 - semifabricat.Încălzirea în flux transversalAcest tip de încălzire se aplică produselor plate utilizând un inductor obişnuit de tip solenoidal, este definită ca fiind o încălzire în flux longitudinal, datorită orientării liniilor câmpului magnetic pe direcţie perpendiculară pe planul spirelor şi deci tangenţial suprafeţei materialului de încălzit. Încălzirea este eficientă când raportul a /d >3. Pentru a respecta această condiţie, cu cât grosimea a, a benzii este mai mică cu atât adâncimea de pătrundere d trebuie să fie mai redusă Încălzirea în flux transversal poate fi utilizată şi pentru piese de dimensiuni reduse (figura 6.30). Este posibilă creşterea eficienţei sistemului adăugând elemente magnetice cu ajutorul cărora pentru un curent inductor dat, intensitatea câmpului magnetic în vecinătatea piesei creşte.-unde: I - este solenaţia unei crestături a inductorului; l - pasul polar, r - rezistivitatea electrică a materialului benzii; d - adâncimea de pătrundere în bandă; F – factorul de transfer al puterii active;Avanateje:pot fi incalzite benzi cu dimensiuni variabile,pot fi adaptate procesului tenhnologic,control permanent al temp,conditi optime de lucru,fara zgomot.Dezavantaje:costul ridicat al bobinelor.

Călirea la suprafaţă Călirea la suprafaţă are scopul de a mări duritatea unui strat superficial al pieselor din oţel, păstrând proprietăţile maleabile ale miezului. Grosimea stratului călit este cu atât mai mică cu cât frecvenţa are valori mai ridicate. Pentru cea mai mare parte a aplicaţiilor domeniul de frecvenţe este cuprins între 300…400 kHz, puterea variază între 10…50 kW.În cazul pieselor de dimensiuni mici, frecvenţa utilizată este de 300…500 kHz, la o putere de 25…50 kW.Procedeele de călire se clasifică astfel: - călire simultană, care constă în încălzirea simultană a suprafeţei piesei la temperatura de călire, urmată de răcire; la acest procedeu piesa este fixă (procedeul se aplică lagărelor, capetelor sau a anumitor porţiuni ale bolţurilor, pieselor mici etc.), sau are o mişcare de rotaţie în jurul axei de simetrie (călirea arborilor cotiţi, arborilor cu came, orificiilor etc.). Puterea specifică are valori cuprinse între 0,2…2 kW/cm2;- călire succesivă, care constă în încălzirea succesivă pe porţiuni a suprafeţei piesei, între aceasta şi inductor existând o deplasare relativ longitudinală; la acest procedeu există fie numai o mişcare de translaţie a piesei sau inductorului (călirea axelor sau ţevilor lungi), fie o combinaţie a acesteia cu o rotaţie a piesei (călirea axelor lungi, cilindrilor de laminor, bielelor, pieselor de motoare, roţilor dinţate etc.) (figura 6. 32). Puterea specifică are în acest caz valori superioare cuprinse între 2…4 kW/cm2.

Fig. 6.32. Călire succesivă: a) inductor cu mai multe spire; b) inductor cu o singură spiră Echipamentul electric al instalaţiei de călire superficială constă din sursa de medie sau înaltă frecvenţă, care alimentează inductorul prin intermediul unui transformator de adaptare; acesta are rolul de a transmite puterea de la sursă la sistemul inductor-piesă, cu un randament cât mai bun, transformând impedanţa sarcinii într-o impedanţă corespunzătoare sursei.Tensiunea surselor de medie frecvenţă (750…500 V) sau înaltă frecvenţă (10…15 kV) este redusă la tensiunea joasă de 20…50 V, necesară călirii, transformatorul de adaptare având raportul de transformare variabil va permite şi utilizarea diferitelor tipuri de inductoare.Avantajele călirii la suprafaţă prin inducţie sunt următoarele: - grosimea stratului călit este controlabilă; - timpul de călire este redus şi stratul de ţunder este foarte mic; - regimul termic poate fi controlat în cazul formelor variate ale pieselor; - procesul poate fi automatizat total sau parţial.

26)Aplicaţii speciale ale încălzirii prin inducţie Principalele aplicaţii speciale ale încălzirii prin inducţie sunt: topirea metalelor fără creuzet, agitarea inductivă a metalelor topite, transportul electromagnetic al metalelor topite, încălzirea recipienţilor şi conductelor, lipirea şi sudarea prin inducţie.Topirea metalelor fără creuzet, are drept scop obţinerea metalelor şi aliajelor de foarte mare puritate. Procedeele de topire fără creuzet utilizează fie starea de levitaţie electromagnetică a şarjei, fie un electrod metalic introdus în inductor. Topirea în stare de levitaţie electromagnetică, utilizează un inductor de formă specială, compus dintr-o bobină de levitaţie şi o bobină de stabilizare a oscilaţiilor şarjei. Starea de levitaţie este obţinută prin interacţiunea forţelor electrodinamice produse de bobina parcursă de un curent de înaltă frecvenţă şi forţele apărute în şarjă (sub formă de sferă), ca urmare a curenţilor turbionari induşi, care produc şi topirea acesteia. Avantajele acestui procedeu de topire sunt: - puritatea ridicată a metalului, obţinută în atmosfera dorită; - amestecarea rapidă a metalului (de ordinul secundelor); - timpul redus de topire (sub o oră pentru o şarjă); - posibilitatea turnării direct în forme. Dezavantajele constau în: - evaporarea relativ importantă a metalului; - mărimea şarjei este limitată la circa 10…15 g (pentru a nu se depăşi tensiunea superficială a şarjei);

- randamentul extrem de scăzut (circa 1%).Agitarea inductivă a metalelor topite, este utilizată în cazul cuptoarelor cu arc electric. Aici efectul de antrenare a băii este cel principal, efectul electrotermic fiind asigurat prin arcul electric. Baia metalică este antrenată în sensul câmpului progresiv în zona inductorului, rezultând o circulaţie intensă, favorabilă atât din punctul de vedere al vitezei de topire cât şi în desfăşurarea fazelor ulterioare ale elaborării. Deoarece grosimea căptuşelii are valori de 0,4…0,8 m, inductoarele au pasul polar cuprins între 1…2 m, astfel încât câmpul magnetic inductor să fie suficient de intens în baia metalică lichidă. Pentru ca pătrunderea câmpului electromagnetic să fie suficient de profundă, frecvenţa tensiunii de alimentare este de 1…5 Hz. Transportoarele electromagnetice, permit golirea şi dozarea automată a metalului topit din creuzetul sau cuva oricărui cuptor de topire. Transportorul constă dintr-un jgheab construit din material refractar, având lungimea de 1…4 m, prevăzut la partea inferioară cu un inductor constând dintr-o înfăşurare trifazată plană, amplasată în crestăturile unui circuit feromagnetic (statorul unui motor liniar), alimentată la 50 Hz. Încălzirea recipienţilor şi conductelor, este utilizată în industria chimică. Prin acest procedeu se realizează un reglaj precis al temperaturilor ridicate necesare reacţiilor chimice ale substanţelor fluide. Lipirea prin inducţie, utilizează un inductor în scopul încălzirii pieselor la temperatura necesară lipirii (sub 450 oC la lipirea moale şi peste 450 oC lipirea tare) şi a materialului de topire. Formele inductoarelor sunt asemănătoare celor de la călirea la suprafaţă, alimentate la frecvenţă medie sau înaltă. Puterea necesară este de 1…50 kW.Sudarea prin inducţie, este utilizată la fabricarea ţevilor prin cusătură longitudinală, utilizând un inductor liniar sau solenoidal şi la îmbinarea cap la cap a ţevilor, cu inductoare circulare sau plane.

27)ÎNCĂLZIREA CAPACITIVĂ În instalaţiile de încălzire capacitivă, materialul ce urmează a fi încălzit (dielectricul) se introduce între armăturile unui condensator de lucru, alimentat de către un generator de înaltă frecvenţă în limitele 0,3...100 MHz. Avantajele încălzirii capacitive sunt următoarele:- căldura se dezvoltă în întreaga masă a dielectricului, rezultând o distribuţie uniformă a temperaturii;- căldura dezvoltată în alte elemente ale instalaţiei de încălzire este neglijabilă faţă de energia transferată materialului de încălzit;- densitatea de putere în material este ridicată 300…5000 kW/m3;- randament total al procesului de circa 50…60%- timpul necesar încălzirii este redus, rezultând o productivitate ridicată a procedeului;- instalaţiile de încălzire sunt simple şi au un gabarit redus.Dezavantajele sunt de ordin economic, costul iniţial al unei instalaţii de încălzire capacitivă este de 4…6 ori mai mare decât al unui cuptor cu rezistoare de aceeaşi putere.

28)Puterea necesară încălzirii unui material dielectric omogen

Fig. 7.6. a) Schema electrică echivalentă, b) diagrama fazorială Această putere se consumă pentru: Această putere se consumă pentru: - încălzirea unui material într-un timp determinat, până la o anumită temperatură;- încălzirea unui material într-un timp determinat, până la o anumită temperatură;- transformări de fază, schimbarea stării polimorfice sau pentru efectuarea unor reacţii- transformări de fază, schimbarea stării polimorfice sau pentru efectuarea unor reacţii chimice;chimice;- acoperirea pierderilor termice în mediul ambiant.- acoperirea pierderilor termice în mediul ambiant.

30)Aplicaţii ale încălzirii capacitive Utilizarea încălzirii capacitive în procese de uscare reprezintă un procedeu cu multiple avantaje, dintre care se menţionează în primul rând uniformizarea gradului de umiditate. - industria alimentară (uscarea laptelui praf, deshidratarea fructelor, coacerea biscuiţilor, sterilizarea produselor, dezgheţarea produselor congelate);- industria chimică (uscarea produselor sub formă de granule, pudră sau tablete);- industria lemnului (lipirea semifabricatelor, uscarea produselor);- industria construcţiilor de maşini (uscarea miezurilor de turnătorie, confecţionarea tuburilor din oţel acoperite cu fibre de sticlă);- industria electrotehnică (confecţionarea pieselor din materiale termoplastice, fabricarea plăcilor şi cilindrilor din pertinax, stratitex sau sticlostratitex).