การออกแบบโครงสร้างของเตาเหนี่ยวนำเป็นกุญแจสำคัญในประสิทธิภาพและความปลอดภัย. เตาประเภทต่างๆ, การเลือกวัสดุและการใช้วัสดุทนไฟส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการหลอม, อายุการใช้งานและความปลอดภัยในการปฏิบัติงานของเตาเหนี่ยวนำ.
1. เตาเหนี่ยวนำแบบเอียง
เตาเหนี่ยวนำแบบเอียงเป็นเตาชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน. คุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดคือตัวเตาสามารถเอียงได้เพื่อความสะดวกในการกรีดน้ำเหล็กหรือการเทตะกรัน.
คุณสมบัติโครงสร้าง
กรอบเตา: มักสร้างด้วยโครงสร้างเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง (เช่น ส่วนเหล็ก, การเชื่อมแผ่นเหล็ก), มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะรองรับตัวเตาและทนต่อภาระระหว่างการพลิกคว่ำ. โดยปกติจะมีช่องระบายความร้อนภายในเฟรมเพื่อระบายความร้อนให้กับคอยล์และตัวเตา.
ขดลวดเหนี่ยวนำ: เป็นส่วนประกอบหลักของเตาเหนี่ยวนำ, โดยทั่วไปจะพันด้วยท่อทองแดงที่มีความนำไฟฟ้าสูง (หรือท่อทองแดงสี่เหลี่ยม). น้ำหล่อเย็นจะถูกส่งผ่านท่อทองแดงเพื่อระบายความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อขดลวดถูกจ่ายพลังงานออกไป. ชั้นนอกของคอยล์มักเคลือบด้วยวัสดุฉนวนเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและการรั่วไหล.
ซับเตา (วัสดุทนไฟ): เป็นส่วนที่สัมผัสโดยตรงกับโลหะหลอมเหลวที่มีอุณหภูมิสูงและเป็นส่วนของเตาหลอมที่สึกหรอเร็วที่สุด. วัสดุซับในจะถูกเลือกตามประเภทของโลหะถลุงและความจุของเตา. ซับมักจะประกอบด้วยก้นเตา, ผนังเตาและปากเตา, และอัดหรือเทลงในขดลวดเหนี่ยวนำด้านใน.
กลไกการให้ทิป: ประกอบด้วยกระบอกไฮดรอลิกเป็นหลัก, สถานีไฮดรอลิกและระบบควบคุมที่เกี่ยวข้อง. กระบอกไฮดรอลิกขับเคลื่อนตัวเตาให้เอียงรอบแกนเพื่อให้ระบายออก. เพื่อความปลอดภัย, โดยปกติจะมีฟังก์ชันจำกัดการเอียงและหยุดฉุกเฉิน.
ระบบทำความเย็น: การระบายความร้อนด้วยน้ำมักจะใช้เพื่อทำให้ขดลวดเหนี่ยวนำเย็นลง, เปลือกเตา (เตาบางประเภท) และส่วนอื่นๆที่ต้องระบายความร้อน. น้ำหล่อเย็นมักจะอ่อนตัวลงและติดตั้งหอทำความเย็นหรือเครื่องทำความเย็นเพื่อการไหลเวียน.
ตะกั่ว และหัวน้ำ: ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อคอยล์เหนี่ยวนำเข้ากับแหล่งจ่ายไฟและท่อส่งน้ำหล่อเย็นจำเป็นต้องมีคุณสมบัติเป็นฉนวนและการปิดผนึกที่ดี.
การเลือกวัสดุ
กรอบเตา: เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา, โลหะผสมเหล็ก, ฯลฯ.
ขดลวดเหนี่ยวนำ: ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูง (หรือท่อทองแดงสี่เหลี่ยม).
ซับเตา (วัสดุทนไฟ):
- เยื่อบุที่เป็นกรด: ส่วนประกอบหลักคือทรายควอทซ์ (SiO2), ซึ่งเหมาะสำหรับการถลุงเหล็กหล่อและเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา, และมีต้นทุนต่ำ.
- ซับในที่เป็นกลาง: ส่วนประกอบหลักคือคอรันดัม (Al2O3) หรือเพทาย (ZrSiO4), ซึ่งเหมาะสำหรับการถลุงเหล็กสแตนเลสและโลหะผสม, มีความทนทานต่อกรดและด่างได้ดีและมีอายุการใช้งานค่อนข้างยาวนาน.
- ซับอัลคาไลน์: ส่วนประกอบหลักคือแมกนีเซียมออกไซด์ (MGO) หรือสปิเนลอลูมิเนียมแมกนีเซียม, ซึ่งเหมาะสำหรับการถลุงเหล็กแมงกานีสสูง, เหล็กกล้าโลหะผสมสูงและโลหะอื่น ๆ ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงต่อเยื่อบุเตา. มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีที่สุด, แต่ต้นทุนสูง.
วัสดุฉนวน: เช่นกระดานแร่ใยหิน (ปัจจุบันเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเป็นส่วนใหญ่), เส้นใยอลูมิเนียมซิลิเกต, ฯลฯ, ใช้ระหว่างขดลวดเหนี่ยวนำและซับในเตาเผาเพื่อมีบทบาทเป็นฉนวนและการบัฟเฟอร์.
2. เตาเหนี่ยวนำคงที่
ตัวเตาของเตาเหนี่ยวนำคงที่ไม่สามารถพลิกคว่ำได้. โดยปกติจะใช้ในโอกาสที่มีปริมาณการถลุงมากและมีกาลักน้ำหรือทางออกด้านล่าง, หรือเป็นเตากลั่นหรือเตาฉนวน.
คุณสมบัติโครงสร้าง
กรอบเตา: คล้ายกับประเภทเอียง, แต่เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเอียง, การออกแบบฐานอาจเรียบง่ายกว่าหรือยึดกับพื้นโดยตรง.
ขดลวดเหนี่ยวนำ: โดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับเตาเอียง.
ซับเตา: เช่นเดียวกับเตาเอียง, แต่เนื่องจากไม่มีการกระทำเอียง, ข้อกำหนดด้านความมั่นคงโดยรวมของซับในเตาอาจสูงกว่า.
วิธีการคายประจุ:
- การระบายกาลักน้ำ: ผ่านแรงดันภายนอกหรือสุญญากาศภายใน, โลหะเหลวจะถูกดึงออกมาจากปากเตาหรือช่องระบายพิเศษโดยหลักการกาลักน้ำ.
- การคายประจุด้านล่าง: มีช่องระบายที่ด้านล่างของตัวเตา, และการคายประจุจะถูกควบคุมโดยแกนกั้นหรือกลไกการเลื่อน. วิธีนี้พบได้บ่อยในเตาหลอมและเตาถลุงขนาดใหญ่บางแห่ง.
ระบบทำความเย็น: เช่นเดียวกับเตาเอียง.
การเลือกวัสดุ
โดยพื้นฐานแล้วการเลือกใช้วัสดุจะเหมือนกับการเลือกใช้เตาแบบเอียง, แต่อยู่ในเตาหลอมคงที่ซึ่งมีการระบายด้านล่าง, วัสดุทนไฟด้านล่างและกลไกการปล่อยมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับการทนต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อน.
3. การใช้และการเลือกใช้วัสดุทนไฟ
วัสดุทนไฟเป็นส่วนประกอบหลักของตัวเตาเหนี่ยวนำ, ซึ่งส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของเตาเผาและต้นทุนการถลุง.
ส่วนการใช้งาน
ด้านล่างเตา: ทนต่อแรงกดดันและอุณหภูมิสูงของโลหะหลอมเหลว, และต้องการความแข็งแรงเพียงพอและต้านทานการคืบของแรงอัด.
ผนังเตา: สัมผัสโดยตรงกับโลหะหลอมเหลว, ทนอุณหภูมิสูงและการกัดเซาะของโลหะหลอมเหลว, และต้องการความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี, ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนและทนต่อการสึกหรอ.
ปากเตา: ทนอุณหภูมิสูงและช็อกความร้อน, เช่นเดียวกับการสึกหรอระหว่างการให้อาหารและการปล่อยตะกรัน, และต้องการความทนทานต่อการสึกหรอและทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี.
พื้นฐานการคัดเลือก
ประเภทการถลุงโลหะ:
- เหล็กหล่อ, สามัญ เหล็กกล้าคาร์บอน: เยื่อบุเตาที่เป็นกรดที่ใช้กันทั่วไป (ทรายควอทซ์), เศรษฐกิจดี.
- สแตนเลส, โลหะผสมเหล็ก: ซับในเตาที่เป็นกลางที่ใช้กันทั่วไป (คอรันดัม, เพทาย), ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี.
- เหล็กแมงกานีสสูง, เหล็กโลหะผสมสูง: ซับในเตาอัลคาไลน์ที่ใช้กันทั่วไป (แมกนีเซีย), ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีที่สุด.
อุณหภูมิหลอมละลาย: วัสดุทนไฟที่แตกต่างกันมีอุณหภูมิการใช้งานสูงสุด, ซึ่งต้องเลือกตามอุณหภูมิสูงสุดของโลหะถลุง.
ความจุเตาและระบบการทำงานของเตา: เตาเผาที่มีความจุขนาดใหญ่และเตาเผาที่ทำงานต่อเนื่องมีความต้องการวัสดุทนไฟที่สูงขึ้น.
ค่าใช้จ่าย: เลือกวัสดุที่ประหยัดและเหมาะสมโดยคำนึงถึงความต้องการในการใช้งาน.
กระบวนการก่อสร้าง: วัสดุทนไฟจะอยู่ในรูปของวัสดุกระแทกแบบแห้ง, หล่อได้, ชิ้นส่วนสำเร็จรูป, ฯลฯ, ซึ่งต้องเลือกตามโครงสร้างเตาเผาและสภาพการก่อสร้าง.
การก่อสร้างและการบำรุงรักษาซับเตา
การผูกปม (การชน): วัสดุกระแทกแห้งจะต้องผูกปมอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดของกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่ามีความหนาแน่นและความสม่ำเสมอ.
การเผา (เตาอบ): การบุเตาแบบใหม่จะต้องผ่านกระบวนการอบและการเผาอย่างเข้มงวดก่อนใช้งานเพื่อสร้างชั้นการเผาผนึกที่หนาแน่นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและอายุการใช้งาน.
การบำรุงรักษารายวัน: ตรวจสอบการสึกหรอของเยื่อบุเตาหลอมเป็นประจำและซ่อมแซมให้ทันเวลาเพื่อหลีกเลี่ยง “การเจาะเตา” อุบัติเหตุ.
ในระยะสั้น, การออกแบบโครงสร้างเตาหลอมของ เตาเหนี่ยวนำ เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน, ซึ่งต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการอย่างครอบคลุม เช่น ข้อกำหนดของกระบวนการถลุง, ค่าอุปกรณ์, การดำเนินงานและการบำรุงรักษา, และความปลอดภัย. ประเภทของเตาเผา, การเลือกวัสดุและการใช้วัสดุทนไฟอย่างเหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญในการรับประกันการทำงานที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยของเตาเหนี่ยวนำ.
