Принцип работы индукционной печи: Принцип работы индукционных печей. Принцип индукционного нагрева

Содержание

Индукционные печи. Виды и работа. Применение и особенности

В металлургической промышленности широко применяются индукционные печи. Такие печи нередко изготавливают самостоятельно. Для этого необходимо знать их принцип работы и конструктивные особенности. Принцип работы таких печей был известен еще два столетия назад.

Принцип действия и применение

Индукционные печи способны решать следующие задачи:

  • Плавка металла.
  • Термообработка металлических деталей.
  • Очистка драгоценных металлов.

Такие функции имеются в промышленных печах. Для бытовых условий и обогрева помещения существуют печи специальной конструкции.

Работа индукционной печи заключается в нагревании материалов путем использования свойств вихревых токов. Чтобы создать такие токи применяется специальный индуктор, который состоит из катушки индуктивности с несколькими витками провода большого поперечного сечения.

К индуктору подводится сеть питания переменного тока. В индукторе переменный ток создает магнитное поле, которое меняется с частотой сети, и пронизывает внутреннее пространство индуктора. При помещении какого-либо материала в это пространство, в нем возникают вихревые токи, осуществляющие его нагревание.

Вода в работающем индукторе нагревается и кипит, а металл начинает плавиться при достижении соответствующей температуры.

Условно можно разделить индукционные печи на типы:
  • Печи с магнитопроводом.
  • Без магнитопровода.

Первый тип печей содержит индуктор, заключенный в металл, что создает особый эффект, повышающий плотность магнитного поля, поэтому нагревание осуществляется качественно и быстро. В печах без магнитопровода индуктор находится снаружи.

Виды и особенности печей

Индукционные печи можно разделить на виды, которые обладают своими особенностями работы и отличительными признаками. Одни служат для работ в промышленности, другие применяются в быту, для приготовления пищи.

Вакуумные индукционные печи

Такая печь предназначена для плавки и литья сплавов индукционным методом. Она состоит из герметичной камеры, в которой расположена тигельная индукционная печь с литейной формой.

В вакууме можно обеспечить совершенные металлургические процессы, получать качественные отливки. В настоящее время вакуумное производство перешло на новые технологические процессы из непрерывных цепочек в вакуумной среде, которая дает возможность создавать новые изделия, и уменьшать издержки производства.

Достоинства вакуумной плавки:
  • Жидкий металл можно выдерживать в вакууме длительное время.
  • Повышенная дегазация металлов.
  • В процессе плавки можно производить дозагрузку печи и воздействовать на процесс рафинирования и раскисления в любое время.
  • Возможность постоянного контроля и регулировки температуры сплава и его химического состава во время работы.
  • Высокая чистота отливок.
  • Быстрый нагрев и скорость плавки.
  • Повышенная гомогенность сплава из-за качественного перемешивания.
  • Любая форма сырья.
  • Экологическая чистота и экономичность.

Принцип действия вакуумной печи состоит в том, что в тигле, находящемся в вакууме с помощью индуктора высокой частоты плавят твердую шихту и очищают жидкий металл. Вакуум создается путем откачки воздуха насосами. При вакуумной плавке достигается большое снижение водорода и азота.

Канальные индукционные печи

Печи с электромагнитным сердечником (канальные) широко применяются в литейном производстве для цветных и черных металлов в качестве раздаточных печей, миксеров.

1 — Ванна
2 — Канал
3 — Магнитопровод
4 — Первичная катушка

Переменный магнитный поток проходит по магнитопроводу, контуру канала в виде кольца из жидкого металла. В кольце возбуждается электрический ток, который разогревает жидкий металл. Магнитный поток образуется первичной обмоткой, работающей от переменного тока.

Чтобы усилить магнитный поток, используется замкнутый магнитопровод, который выполнен из трансформаторной стали. Пространство печи соединяется двумя отверстиями с каналом, поэтому при наполнении печи жидким металлом создается замкнутый контур. Печь не сможет работать без замкнутого контура. В таких случаях сопротивление контура большое, и в нем течет малый ток, который назвали током холостого хода.

Вследствие перегрева металла и действия магнитного поля, которое стремится вытолкнуть металл из канала, жидкий металл в канале постоянно движется. Так как металл в канале нагрет выше, чем в ванне печи, то металл постоянно поднимается в ванну, из которой поступает металл с меньшей температурой.

Если металл слить ниже допустимой нормы, то жидкий металл будет выбрасываться из канала электродинамической силой. В итоге произойдет самопроизвольное выключение печи и разрыв электрического контура. Чтобы избежать таких случаев печи оставляют некоторое количество металла в жидком виде. Его называют болотом.

Канальные печи разделяют на:
  • Плавильные печи.
  • Миксеры.
  • Раздаточные печи.

Чтобы накопить некоторое количество жидкого металла, усреднения химического состава его и выдержки, используют миксеры. Объем миксера рассчитывают равным не ниже двукратной часовой выработки печи.

Канальные печи разделяют на классы по расположению каналов:
  • Вертикальные.
  • Горизонтальные.
По форме рабочей камеры:
  • Барабанные индукционные печи.
  • Цилиндрические индукционные печи.

Барабанная печь выполнена в виде стального сварного цилиндра с двумя стенками на торцах. Для поворота печи применяются приводные ролики. Чтобы повернуть печь, необходимо включить привод электродвигателя с двумя скоростями и цепной передачей. Двигатель имеет пластинчатые тормоза.

На торцевых стенках есть сифон для заливки металла. Для загрузки присадок и снятия шлаков имеются отверстия. Также для выдачи металла имеется канал. Канальный блок состоит из индуктора печи с V-образными каналами, сделанными в футеровке при помощи шаблонов. При первой же плавки эти шаблоны расплавляются. Обмотка и сердечник охлаждаются воздухом, корпус блока охлаждается водой.

Если канальная печь имеет другую форму, то выдача металла осуществляется с помощью наклона ванны гидроцилиндрами. Иногда металл выдавливают избыточным давлением газа.

Достоинства канальных печей:
  • Малый расход электроэнергии вследствие малых потерь тепла ванны.
  • Повышенный электрический КПД индуктора.
  • Малая стоимость.
Недостатки канальных печей:
  • Сложность регулировки химического состава металла, так как наличие оставленного жидкого металла в печи создает трудности при переходе от одного состава к другому.
  • Малая скорость движения металла в печи уменьшает возможности технологии плавки.
Конструктивные особенности

Каркас печи изготавливается из листовой стали с низким содержанием углерода толщиной от 30 до 70 мм. Внизу каркаса есть окна с присоединенными индукторами. Индуктор выполнен в виде стального корпуса, первичной катушки, магнитопровода и футеровки. Его корпус сделан разъемным, а части изолированы между собой прокладками для того, чтобы части корпуса не создавали замкнутый контур. В противном случае будет создаваться вихревой ток.

Магнитопровод выполнен из пластин специальной электротехнической стали 0,5 мм. Пластины изолированы между собой для снижения потерь от вихревых токов.

Катушка изготавливается из медного проводника сечением, зависящим от тока нагрузки и метода охлаждения. При воздушном охлаждении допустимый ток 4 ампера на мм2, при охлаждении водой допустимый ток 20 ампер на мм2. Между футеровкой и катушкой монтируют экран, который охлаждается водой. Экран изготовлен из магнитной стали или меди. Для отведения тепла от катушки монтируют вентилятор. Чтобы получить точные размеры канала, применяют шаблон. Он выполнен в виде полой стальной отливки. Шаблон ставится в индуктор до того момента, пока не будет заполнения огнеупорной массой. Он находится в индукторе при разогреве и сушке футеровки.

Для футеровки применяют огнеупорные массы влажного и сухого вида. Влажные массы используют в виде набивных или заливных материалов. Заливные бетоны используют при сложной форме индуктора, если нельзя уплотнить массу по всему объему индуктора.

Такой массой наполняют индуктор и уплотняют вибраторами. Сухие массы уплотняют вибраторами высокой частоты, набивные массы уплотняют пневматическими трамбовками. Если в печи будет выплавляться чугун, то футеровку выполняют из оксида магния. Качество футеровки определяется по температуре охлаждающей воды. Наиболее эффективным методом проверки футеровки является проверка по значению индуктивного и активного сопротивления. Эти измерения проводятся с помощью контрольных приборов.

В электрооборудование печи входит:
  • Трансформатор.
  • Батарея конденсаторов для компенсации потерь электрической энергии.
  • Дроссель для подсоединения 1-фазного индуктора к 3-фазной сети.
  • Щиты управления.
  • Кабели питания.

Чтобы печь нормально функционировала, к питанию подключают трансформатор на 10 киловольт, который имеет на вторичной обмотке 10 ступеней напряжения для регулировки мощности печи.

Набивочные материалы футеровки содержат:
  • 48% сухого кварца.
  • 1,8% кислоты борной, просеянной через мелкое сито с ячейками 0,5 мм.

Массу для футеровки готовят в сухом виде с помощью смесителя, и последующей просевкой через сито. Приготовленная смесь не должна храниться более 15 часов после подготовки.

Футеровку тигля производят с помощью уплотнения вибраторами. Электрические вибраторы используются для футеровки больших печей. Вибраторы погружают в пространство шаблона и производят уплотнение массы через стенки. При уплотнении вибратор передвигают краном и вертикально вращают.

Тигельные индукционные печи

Основными компонентами тигельной печи являются индуктор и генератор. Для изготовления индуктора используется медная трубка в виде намотанных 8-10 витков. Формы индукторов могут выполняться различных видов.

Этот вид печи наиболее распространенный. В конструкции печи нет сердечника. Распространенная форма печи представляет собой цилиндр из огнестойкого материала. Тигель находится в полости индуктора. К нему подводится питание переменного тока.

Преимущества тигельных печей:
  • Энергия выделяется при загрузке материала в печь, поэтому вспомогательные нагревательные элементы не нужны.
  • Достигается высокая однородность многокомпонентных сплавов.
  • В печи можно создать реакцию восстановления, окисления, независимо от величины давления.
  • Высокая производительность печей из-за повышенной удельной мощности на любых частотах.
  • Перерывы в плавке металла не влияют на эффективность работы, так как для разогрева не требуется много электроэнергии.
  • Возможность любых настроек и простая эксплуатация с возможностью автоматизации.
  • Нет местных перегревов, температура выравнивается по всему объему ванны.
  • Быстрое плавление, позволяющее создать качественные сплавы с хорошей однородностью.
  • Экологическая безопасность. Внешняя среда не подвергается никакому вредному воздействию печи. Плавка также не оказывает вреда природе.
Недостатки тигельных печей:
  • Малая температура шлаков, применяющихся для обработки зеркала расплава.
  • Малая стойкость футеровки при резких температурных перепадах.

Несмотря на имеющиеся недостатки, тигельные индукционные печи получили большую популярность на производстве и в других областях.

Индукционные печи для отопления помещения

Чаще всего такая печь устанавливается в помещении кухни. В ее конструкции основной частью является сварочный инвертор. Конструкция печи обычно совмещается с водонагревательным котлом, который дает возможность для отопления всех помещений в здании. Также есть возможность подключения подачи горячей воды в здание.

Эффективность работы такого устройства небольшая, однако, нередко такое оборудование все-таки применяется для отопления дома.

Конструкция нагревающей части индукционного котла подобна трансформатору. Наружный контур – это обмотки своеобразного трансформатора, которые подключаются к сети. Второй контур внутренний – это устройство обмена теплом. В нем происходит циркуляция теплоносителя. При подключении питания катушка создает переменное магнитное поле. В итоге внутри теплообменника индуцируются токи, которые осуществляют его нагревание. Металл нагревает теплоноситель, который обычно состоит из воды.

На таком же принципе основана работа бытовых индукционных плит, в которых в качестве вторичного контура выступает посуда из специального материала. Такая плита намного экономичнее обычных плит из-за отсутствия тепловых потерь.

Водонагреватель котла оснащен устройствами управления, которые дают возможность поддержания температуры теплоносителя на определенном уровне.

Отопление электроэнергией является дорогим удовольствием. Оно не может создать конкуренцию с твердым топливом и газом, дизельным топливом и сжиженным газом. Одним из методов снижения расходов является установка теплоаккумулятора, а также подключение котла в ночное время, так как ночью чаще всего действует льготное начисление за электричество.

Для того, чтобы принять решение об установке индукционного котла для дома, необходимо получить консультацию у профессиональных специалистов по теплотехнике. У индукционного котла практически нет преимуществ перед обычным котлом. Недостатком является высокая стоимость оборудования. Обычные котел с ТЭНами продается уже готовым к установке, а индукционный нагреватель требует дополнительного оборудования и настройки. Поэтому, прежде чем приобрести такой индукционный котел, необходимо произвести тщательный экономический расчет и планировку.

Футеровка индукционных печей

Процесс футеровки необходим для обеспечения защиты корпуса печи от воздействия повышенных температур. Она дает возможность значительно сократить потери тепла, увеличить эффективность плавки металла или нагрева материала.

Для футеровки применяют кварцит, являющийся модификацией кремнезема. К материалам для футеровки предъявляются некоторые требования.

Такой материал должен обеспечить 3 зоны состояний материала:
  • Монолитная.
  • Буферная.
  • Промежуточная.

Только наличие трех слоев в покрытии способно защитить кожух печи. На футеровку отрицательно влияет неправильная укладка материала, плохое качество материала и тяжелые условия работы печи.

Похожие темы:

принцип работы, устройство, изготовление своими руками

Вначале на него будет действовать электромагнитное поле, потом электрический ток, а затем уже он пройдет тепловую стадию. Простую конструкцию такого печного устройства можно собрать самостоятельно из различных подручных средств.

Принцип работы

Такое печное устройство является электрическим трансформатором со вторичной короткозамкнутой обмоткой. Принцип действия индукционной печи состоит в следующем:

  • при помощи генератора в индукторе создается переменный ток;
  • индуктор с конденсатором создает колебательный контур, он настроен на рабочую частоту;
  • в случае использования автоколебательного генератора, конденсатор исключается из схемы устройства и в этом случае используется собственный запас емкости индуктора;
  • создаваемое индуктором магнитное поле может существовать в свободном пространстве или же замыкаться с использованием индивидуального ферромагнитного сердечника;
  • магнитное поле воздействует на находящуюся в индукторе металлическую заготовку или шихту и образует магнитный поток;
  • по уравнениям Максвелла он индуцирует в заготовке вторичный ток;
  • при цельном и массивном магнитном потоке создаваемый ток замыкается в заготовке и происходит создание тока Фуко или вихревого тока;
  • после образования такого тока вступает в действие закон Джоуля-Ленца, и полученная с помощью индуктора и магнитного поля энергия нагревает заготовку металла или шихту.

Несмотря на многоступенчатую работу, устройство индукционной печи может давать в вакууме или воздухе до 100% КПД. Если среда с магнитной проницаемостью, то этот показатель будет расти, в случае со средой из неидеального диэлектрика, он будет падать.

к содержанию ↑

Устройство

Рассматриваемая печь – своеобразный трансформатор, но только в нем нет вторичной обмотки, ее заменяет помещенный в индуктор металлический образец. Он будет проводить ток, а вот диэлектрики в этом процессе не нагреваются, они остаются холодными.

Конструкция индукционных тигельных печей включает в себя индуктор, который состоит из нескольких витков медной трубки, свернутой в виде катушки, внутри нее постоянно передвигается охлаждающая жидкость. Также индуктор вмещает в себе тигель, который может быть из графита, стали и других материалов.

Кроме индуктора в печи установлен магнитный сердечник и подовый камень, все это заключено в корпус печи. В него входят:

  • кожух индукционной единицы;
  • кожух ванной;
  • каркас.

В моделях печей большой мощности кожух ванны обычно выполняется достаточно жестким, поэтому каркас в таком устройстве отсутствует. Крепление корпуса должно выдерживать сильные нагрузки при наклоне всей печи. Каркас чаще всего изготавливается из фасонных балок, выполненных из стали.

Тигельная индукционная печь для плавки металла устанавливается на фундамент, в который вмонтированы опоры, на их подшипники опираются цапфы механизма наклона устройства.

Кожух ванны выполняется из металлических листов, на которые для прочности наваривают ребра жесткости.

Кожух для индукционной единицы используется в качестве соединительного звена между печным трансформатором и подовым камнем. Его для уменьшения потерь тока делают из двух половинок, между которыми предусмотрена изолирующая прокладка.

Стяжка половинок происходит за счет болтов, шайб и втулок. Такой кожух делается литым или сварным, при выборе материала для него отдают предпочтение немагнитным сплавам. Двухкамерная индукционная сталеплавильная печь идет с общим кожухом для ванны и для индукционной единицы.

В небольших печах, в которых не предусмотрено водяного охлаждения имеется вентиляционная установка, она помогает отводить из агрегата излишки тепла. Даже вы случае установки водоохлаждаемого индуктора необходимо вентилировать проем, возле подового камня, чтобы он не перегревался.

В современных печных установках имеется не только водоохлаждаемый индуктор, но и предусмотрено водяное охлаждение кожухов. На каркасе печи могут быть установлены вентиляторы, работающие от приводного двигателя. При значительной массе такого устройства, вентиляционный прибор устанавливают возле печи. Если индукционная печь для производства стали идет со съемным вариантом индукционных единиц, то для каждой из них предусматривается свой вентилятор.

Отдельно стоит отметить механизм наклона, который для малых печей идет с ручным приводом, а для крупных он оснащен гидравлическим приводом, расположенным у сливного носика. Какой бы ни был установлен механизм наклона, он обязан обеспечивать слив полностью всего содержимого ванной.

к содержанию ↑

Расчет мощности

Так как индукционный способ плавки стали менее затратный, чем аналогичных методик, основанных на использовании мазута, угля и других энергоносителей, то расчет индукционной печи начинается с вычисления мощности агрегата.

Мощность индукционной печи подразделяется на активную и полезную, для каждой из них есть своя формула.

В качестве исходных данных нужно знать:

  • емкость печи, в рассматриваемом для примера случае она равна 8 тоннам;
  • мощность агрегата (берется максимальное ее значение) – 1300 кВт;
  • частота тока – 50 Гц;
  • производительность печной установки – 6 тонн в час.

Требуется также учитывать расплавляемый металл или сплав: по условию он цинковый. Это важный момент, тепловой баланс плавки чугуна в индукционной печи, также как и других сплавов свой.

Полезная мощность, которая передается жидкому металлу:

  • Рпол = Wтеор×t×П,
  • Wтеор – удельный расход энергии, он теоретический, и показывает перегрев металла на 10С;
  • П – производительность печной установки, т/ч;
  • t – температура перегрева сплава или металлической заготовки в ванной печи, 0С
  • Рпол = 0,298×800×5,5 = 1430,4 кВт.

Активная мощность:

  • Р = Рпол/Ютерм,
  • Рпол – берется с предыдущей формулы, кВт;
  • Ютерм – КПД литейной печи, его пределы от 0,7 до 0,85, в среднем принимают 0,76.
  • Р =1311,2/0,76=1892,1кВт, проводится округление значения до 1900 кВт.

На заключительном этапе рассчитывается мощность индуктора:

  • Ринд = Р/N,
  • Р – активная мощность печной установки, кВт;
  • N – количество индукторов, предусмотренных на печи.
  • Ринд =1900/2= 950 кВт.

Потребление мощности индукционной печью при плавке стали зависит от ее производительности и вида индуктора.

к содержанию ↑

Виды и подвиды

Индукционные печи делятся на два основных вида:

  1. Канальный. В нем вторичным витком служит кольцевой короткозамкнутый канал, в который помещается металл. В качестве источника энергии для процесса плавки используется генератор либо переменный ток промышленной частоты. Высокое КПД таких печей обусловлено передачей высокочастотного поля через ферритовый или стальной сердечник. Плавка стали в индукционных печах такого типа отличается непрерывной подачей металлических заготовок и получением расплавленного металла. Единственным недостатком канального агрегата является сложность запуска его работы, так как предварительно необходимо заполнить канал расплавом.
  2. Тигельный. В таких печах источником энергии является генератор, который может работать в диапазоне от нескольких десятков до сотен кГц. Металлические заготовки в этом виде печи помещаются в ее термостойкий тигель, который располагается в обмотке индуктора. Как только расплав достигнет нужной температуры, тигель освобождают и заправляют следующей партией сырья. Такое печное устройство отличается высокой скоростью нагрева металла, так как в тигле очень малы потери тепла.

Кроме такого разделения, индукционные печи бывают компрессорными, вакуумными, открытыми и газонаполненными.

к содержанию ↑

Индукционные печи своими руками

Среди имеющихся распространенных методик создания таких агрегатов можно найти пошаговое руководство, как сделать индукционную печь из сварочного инвертора, с нихромовой спиралью или графитовыми щетками, приведем их особенности.

к содержанию ↑

Агрегат из высокочастотного генератора

Она выполняется с учетом расчетной мощности агрегата, вихревых потерь и утечек на гистерезисе. Питание конструкции будет идти от обычной сети в 220 В, но с использованием выпрямителя. Такой вид печи может идти с графитовыми щетками или нихромовой спиралью.

Для создания печи потребуется:

  • два диода UF4007;
  • пленочные конденсаторы;
  • полевые транзисторы в количестве двух штук;
  • резистор в 470 Ом;
  • два дроссельных кольца, их можно снять со старого компьютерного системщика;
  • медный провод Ø сечения 2 мм.

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

  1. Транзисторы располагаются на радиаторах. Из-за того, что в процессе плавки металла схема устройства быстро греется, радиатор для нее нужно подбирать с большими параметрами. Допустимо устанавливать несколько транзисторов на один генератор, но в этом случае их нужно изолировать от металла при помощи прокладок, сделанных из пластика и резины.
  2. Изготавливаются два дросселя. Для них берутся два заранее снятые с компьютера кольца, вокруг них обматывают медную проволоку, количество витков ограничено от 7 до 15.
  3. Конденсаторы объединяются между собой в батарею, чтобы на выходе получилась емкость в 4,7 мкФ, их соединение проводится параллельно.
  4. Вокруг индуктора обвивается медная проволока, ее диаметр должен быть 2 мм. Внутренний диаметр обмотки должен совпадать с размером используемого для печи тигля. Всего делают 7-8 витков и оставляют длинные концы, чтобы их можно было подключить к схеме.
  5. В качестве источника к собранной схеме подсоединяется аккумулятор мощностью 12 В, его хватает примерно на 40 минут работы печи.

Если необходимо, то делается корпус из материала с высокой термоустойчивостью . Если же выполняется индукционная плавильная печь из сварочного инвертора, то защитный корпус должен быть обязательно, но его нужно заземлить.

к содержанию ↑

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

  • графитовые щетки;
  • порошковый гранит;
  • трансформатор;
  • шамотный кирпич;
  • стальная проволока;
  • тонкий алюминий.

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

  1. Выполняется основа – в виде бокса, который изготавливается из шамотного кирпича, его кладут на огнеупорную плитку.
  2. Сверху бокса укладывается лист асбестокартона, если ему нужно придать определенную форму, его поверхность нужно смочить водой. Чтобы конструкцию сделать жесткой, нужно обмотать ее проволокой. Размеры бокса зависят от мощности трансформатора. Лучше всего использовать его из сварочного аппарата. Если он большой мощности, то его следует перемотать.
  3. Во избежание перегрева трансформатора его обматывают тонким алюминием.
  4. На дне кирпичного бокса располагается глиняная подложка, чтобы расплавленный металл не растекался.
  5. Устанавливаются графитовые щетки.
к содержанию ↑

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

  • нихром;
  • асбестовая нить;
  • кусок керамической трубы.

После подключения всех составляющих печи по схеме, ее работа состоит в следующем: после подачи электрического тока на нихромовую спираль, она передает тепло металлу и плавит его.

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

  1. Навивание спирали, для нее используется проволока диаметром 0,3 мм, длина заготовки должна быть около 11 метров.
  2. Проволока наматывается вокруг длинной трубки, ее диаметр – 5 мм.
  3. Кусок трубы из керамики выступает в качестве тигля, его подрезают до нужного размера, примерно на 15 см. В один его конец вставляется асбестовая нить, чтобы расплавленный металл не растекался.
  4. Укладка спирали вокруг трубы. Между ее витками укладывается асбестовая нить, она ограничит доступ кислорода и тем самым не допустит замыкания в печи.
  5. В таком виде катушка помещается в лампу высокой мощности, в ней имеется патрон нужного диаметра, который чаще всего изготовлен из керамики.

Такая конструкция отличается высокой производительностью, она долго остывает и быстро нагревается. Но необходимо учесть, что если спираль будет плохо изолирована, то она быстро перегорит.

к содержанию ↑

Цены на готовые индукционные печи

Самодельные конструкции печей будут стоить гораздо дешевле покупных, но их нельзя создать большими объемами, поэтому без готовых вариантов для массового производства расплава не обойтись.

Цены на индукционные печи для плавки металла зависят от их вместимости и комплектации.

МодельХарактеристики и особенностиЦена, рубли
INDUTHERM MU-200Печь поддерживает 16 температурных программ, максимальная температура нагрева – 1400 0С, контроль за режимом осуществляется с термопарой типа S. Агрегат производит мощность 3,5 кВт.820 тыс.
INDUTHERM MU-900Печь работает от электропитания в 380 В, температурный контроль происходит с помощью термопары типа S и может доходить до 1500 0С. Мощность – 15 кВт.1,7 млн.
УПИ-60-2

Эта индукционная плавильная мини-печь может использоваться для плавки цветных и драгоценных металлов. Заготовки загружаются в графитовый тигель, их нагрев ведется по принципу трансформатора.125 тыс.
ИСТ-1/0,8 М5Индуктор печи представляет собой корзину, в которую встроен магнитопровод совместно с катушкой. Агрегат 1 тонну.1,7 млн.
УИ-25ППечное устройство рассчитано на загрузку в 20 кг, он оснащен редукторным наклоном плавильного узла. В комплекте к печи идет блок конденсаторных батарей. Мощность установки – 25 кВт. Максимальная t нагрева – 1600 0С.470 тыс.
УИ-0,50Т-400Агрегат рассчитан на загрузку в 500 кг, самая большая мощность установки – 525 кВт, напряжение для него должно быть не ниже 380В, максимальная рабочая t – 1850 0С.900 тыс.
ST 10Печь итальянской компании оснащена цифровым термостатом, в панель управления встроена технология SMD, которая отличается быстродействием. Универсальный агрегат может работать с разной вместительностью от 1 до 3 кг, для этого ее не нужно переналаживать. Она предназначена для драгоценных металлов, ее max температура – 1250 0С.1 млн.
ST 12Статическая индукционная печь с цифровым термостатом. Она может быть дополнена вакуумной литьевой камерой, что дает возможность производить литье прямо рядом с установкой. Управление происходит с помощью сенсорной панели. Максимальная температура – 1250 0С.1050 тыс.
ИЧТ-10ТНПечь рассчитана на загрузку в 10 тонн, довольно объемный агрегат, для его установки нужно выделить закрытое цеховое помещение.8,9 млн.
к содержанию ↑

Вывод

Самостоятельно сделать индукционную печь увлекательно, но это сопряжено с некоторыми ограничениями и неизвестными последствиями, так как нужно опираться на законы физики и химии, а кто в этом не силен, тот не сможет провести процесс безопасно. Для частого использования такой установки лучше подобрать подходящий вариант из представленных выше.

Конструкция индукционной печи


Основными элементами индукционной печи являются: индуктор, каркас печи, механизм наклона, и футеровка. Кроме основных элементов конструкция может быть снабжена дополнительными (крышка, имеющая подъемный механизм, магнитный экран, рабочая площадка и т.п.). В данной статье мы более подробно рассмотрим основные элементы, из которых состоит индукционная печь.

Индукционная печь — индуктор

Индуктор несет немаловажную ответственность за работу индукционной печи, создавая переменное магнитное поле, преобразующееся впоследствии в тепловую энергию. Кроме генерации вихревых токов индуктор отвечает также и за крепление тигля, удерживая его от смещений в случае наклона печи.

Плотность тока, проходящего через индуктор, в среднем равняется 20 А/мм2, однако электрические потери при этом равняются 20-30%, даже если индуктор будет изготовлен из отменного проводника – меди. Дополнительный нагрев индуктор получает от тепла, исходящего от тигля, в котором и происходит плавка. Чтобы избежать перегрева индуктора, очень важно охлаждать его во время работы.

Как правило, индуктор изготавливается из медной трубки, имеющей круглое сечение, но в некоторых случаях применяются неравно-стенные и профилированные трубки. Профилированные трубки применять целесообразнее, так как они позволяют уменьшить магнитный поток рассеивания, уменьшая размер зазора, образовывающегося между витками индуктора и тиглем.

В некоторых случаях необходимого числа витков не хватает, что не дает заполнить индуктор плотно по всей высоте, в этом случае лучше всего изготовить индуктор, удвоив количество витков, параллельно соединяя секции. Обратите внимание, что в этом случае секции будут наматываться в противоположном друг другу направлении. При создании индуктора необходимо изолировать витки друг от друга при помощи стеклоткани, обработанной кремниеорганическим лаком.


Индукционная печь – Футеровка

Индуктор, вместе с помещенным на него тиглем, устанавливаются на подину, которая, как правило, изготавливается из жаропрочного бетона, шамотных кирпичей или шамотных блоков. В промышленных печах тигель изготавливают непосредственно в самой установке. В этих целях индуктор закрепляют в установке, а внутри изолируют асбестом. После создания изоляционного слоя подину посыпают огнеупорными порошкообразными материалами, а затем пневматическими трамбовками уплотняют слоями по 5-7 см. На подготовленное днище устанавливается шаблон из углеродистой стали, имеющей толщину 2-3 мм, сделанный в форме будущего тигля. Кольцевой зазор, образовавшийся между индуктором и шаблоном, заполняют огнеупорным порошком и уплотняют точно такими же слоями, как и днище. Футеровка над верхним витком индуктора выполняется из уже обожженного кирпича, так как прогреть и произвести обжиг этого участка в печи будет проблемно. Сливной желоб и «воротник» проходят футеровку кирпичом, а затем их тщательно смазывают специальным огнеупорным составом.

Тигли небольшой емкости могут изготавливаться не в печи, а в специальных формах, а затем устанавливаться в печь уже готовыми. Образовавшийся между тиглем и индуктором зазор в таких случаях просто заполняется огнеупорными материалами. Такой способ значительно быстрее футеровки, однако он практически невыполним, если необходимо создать тигель большой емкости.

В некоторых случаях для предотвращения появления перебоев при работе крупных установок из-за набивки тигля, их могут снабдить двумя печами, чтобы в случае выхода тигля из строя переключить питание на вторую печь. Футеровка индукционных печей может эксплуатироваться в суровых условиях. Чтобы обеспечить минимальное рассеивание магнитных волн толщина футеровки должна быть минимальной, при этом прочность должна оставаться на высоком уровне, чтобы избежать растрескивания при резкой смене температур. Индукционная печь должна иметь огнеупорную и шлакоустойчивую футеровку.

К огнеупорным материалам, используемым при создании футеровки плавильной печи, предъявляются особенно жестокие требования. В огнеупорном порошке обязательно не должно быть магнитных или проводящих ток примесей, так как они не будут пропускать вихревые токи, забирая всю электрическую энергию, нагреваясь и расплавляя футеровку.

Футеровка индукционной печи может быть двух типов:
Кислая футеровка – применяется чаще всего в литейных цехах на заводах машиностроения. Изготавливается кислая футеровка из кварцита и кварцевого песка. Кислая футеровка дешевле основной, а также обладает отличной термостойкостью. Данный вид футеровки имеет более длительный срок эксплуатации за счет того, что может восстанавливаться под воздействием некоторых элементов, которые могут входить в состав легированной стали.
Основная футеровка применяется чаще, потому что производители считают, что она лучше всего подходит для взаимодействия с большинством металлов. Изготавливается она из магнезитового порошка, либо из порошка хромомагнезитовых кирпичей. В редких случаях может быть изготовлена из технического глинозема и цирконового песка.

Как правило, футеровка изготавливается из сухих материалов, но могут применяться и слегка увлажненные. Изготовленный тигель необходимо как следует просушить, а затем обжечь (для этого проводится специальный технологичный процесс, называемый обжиговой плавкой). В тигель с шаблоном загружается чугун, а затем нагрузка медленно поднимается до появления слабо-красного каления. Если футеровка была изготовлена из влажных материалов, то печь должна просушиться в течение 20 часов, а затем нагрузку можно будет увеличить, чтобы расплавить чугун.

Индукционная печь – Каркас


Каркас печи – это основа, применяемая для крепления всех остальных элементов. Печи, имеющие высокую емкость, заполняются сплошным кожухом. Элементы каркаса в свою очередь должны иметь высокую прочность, чтобы выдерживать серьезные нагрузки. Каркас индукционной печи будет находиться в зоне воздействия мощного электромагнитного поля, а потому он может нагреваться до высоких температур. Чтобы свести потери на нагрев каркаса к минимуму, необходимо ослабить поток токов. Проще всего сделать это, разбив каркас на отдельные элементы, имеющие хорошую электроизоляцию друг от друга. Изготавливать каркас лучше всего из немагнитных и неэлектропроводных материалов. Несмотря на необходимость использования неэлектропроводных материалов, чаще всего применяют для создания каркаса наиболее доступный металл – сталь. Стальные части каркаса изолируют друг от друга, а в некоторых случаях целесообразным будет понизить уровень напряженности магнитного поля. Снизить уровень напряженности металла можно, если установить между каркасом и индуктором магнитные экраны или магнитопроводы.

Индукционная печь – Механизм наклона

Принцип действия механизма наклона в индукционной печи такой же, как и в дуговой: он призван обеспечивать наклон установки, чтобы дать возможность полностью сливать металл. На сегодняшний день существует множество механизмов, применяемых в индукционных печах. В большинстве случаев наклонный механизм состоит из лебедки с электромеханическим или ручным приводом, а также из троса, перекидываемого через блок.
Печи, имеющие большие габариты, наклоняют, используя тельфер. Крюк тельфера сцепляется с серьгой, которая укреплена на каркасе. На габаритную индукционную печь устанавливают гидравлический привод наклона.
Выше мы рассмотрели основные элементы конструкции индукционной плавильной печи, несущие ответственную задачу и отвечающие за ее работоспособность


принцип работы, схема самодельного устройства, правила безопасности

Разработанные более века назад, индукционные печи прочно входят в наш быт. Это стало возможно благодаря развитию электроники. Взрывной рост мощности контроллеров, выполненных на основе кремниевых полупроводников и появление в широкой продаже транзисторов, способных обеспечивать большие мощности (в несколько киловатт) в последние годы приобрёл характер лавины. Всё это подарило человечеству невероятно большие перспективы в развитии миниатюрных установок, сопоставимых по мощности с промышленными устройствами ближайшего прошлого.

Использование и строение устройства

Применение индукционных печей в домашнем хозяйстве позволяет избежать появления в помещении очагов открытого пламени и является довольно эффективным способом плавления и контролированного нагрева металлов и сплавов. Это происходит благодаря тому, что металл нагревается, раскаляется и расплавляется не под воздействием высокотемпературных горелок, а с помощью пропускания через себя токов большой частоты, стимулирующих активное движение частиц в структуре материала.

Стало возможным появление в быту:

  • Компактных канальных индуктивных печей, в которых можно плавить металл и создавать литьём различные изделия и конструкции, очищать от примесей различные драгоценные сплавы и закалять изделия, придавая им дополнительную прочность.
  • Водогрейных котлов, чья эффективность лежит уже сейчас далеко за пределами обычных бойлеров.
  • Плит для приготовления пищи, которые не только безопаснее газовых по эксплуатационным характеристикам, но и эффективнее некоторых микроволновых печей в области разогрева еды и поддержания её температуры.
  • Тигельных плавилен, которые приобрели больше всего поклонников среди людей, занимающихся самостоятельным изготовлением и ремонтом электрических устройств.

Кроме того, всё большее распространение получают электроиндукционные печки, которые работают не только с токопроводящим материалом. Их устройство немного отличается от обычных индукционных печей, так как в его основе лежит нагрев электрической индукцией материала, который не проводит ток (их ещё называют диэлектриками) между обкладками конденсатора, то есть, его выводами разной полярности. Достигаемые температуры при этом не очень большие (порядка 80−150 градусов Цельсия), поэтому такие установки применяются для плавления пластика или его термической обработки.

Особенности конструкции и принцип работы

Индукционная печь работает на основе образования в ней вихревых электрических токов. Для этого используют состоящую из витков толстого провода катушку индуктивности, к которой подводится источник переменного тока. Именно переменный ток образует постоянно меняющееся в зависимости от текущей частоты магнитное поле. Оно и провоцирует передачу этих токов помещаемому внутрь катушки веществу вместе с большим количеством тепла. Генератором при этом может выступать даже самый обычный сварочный инвертор.

Разделяют два вида индукционных печей:

  1. С магнитопроводом, особенностью которой является расположение индуктора внутри объёма металла, поддающегося плавке.
  2. Без магнитопровода — когда индуктор находится снаружи.

Конструкция с наличием магнитопровода используется, например, в канальных печах. В них используется неразомкнутый металлический (чаще всего — стальной) магнитопровод, внутри которого находятся тигель для плавки и индуктор, образовывающие первичную цепь обмотки. В качестве материала для тигля можно использовать графит, жаропрочную глину или любой другой непроводящий ток материал, обладающий подходящей термостойкостью. В нём размещают металл, который требуется расплавить. Это, как правило, всяческие сплавы цветных металлов, дюралюминий и чугун.

Генератор такой печи должен обеспечивать частоту переменного тока в пределах 400 герц. Возможны и варианты использования вместо генератора обычную электрическую сеть и питать печь с помощью тока с частотой в 50 герц, но в этом случае температура разогрева будет ниже и для более тугоплавких сплавов такая установка не подойдёт.

Тигельные же печи, не имеющие в своей конструкции магнитопровода, получили значительно большее распространение среди энтузиастов. Они используют токи значительно большей частоты для достижения большей плотности поля. Это связано как раз с отсутствием магнитопровода — слишком большой процент энергии поля рассеивается в пространстве. Для противодействия этому необходимо очень тонко настроить печь:

  • Обеспечить равную частоту контура индукционной установки и напряжения от генератора (при использовании инвертора это сделать легче всего).
  • Подобрать диаметр плавильного тигля таким образом, чтобы он был близок с длиной волны полученного излучения магнитного поля.

Таким образом можно минимизировать потери вплоть до 25% от всей мощности. Для достижения же наилучшего результата рекомендуется выставлять дважды, а то и трижды большую частоту источника переменного тока, чем резонансную. В этом случае диффузия металлов, входящих в состав сплава будет максимальной, а его качество — значительно лучше. Если повышать частоту и дальше, можно добиться эффекта выталкивания высокочастотного поля к поверхности изделия и так провести его закалку.

Вакуумные плавильные печи

Такой вид установок сложно назвать бытовыми, но рассмотреть их стоит из-за того, что вакуумная плавка имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с другими видами. По своей конструкции она напоминает тигельную, с тем отличием, что сама печь находится в вакуумной камере. Это позволяет добиваться большей чистоты процесса расплавления металла, понизить его окисляемость в процессе обработки и ускорить процесс, добиваясь значительной экономии электроэнергии.

Кроме того, ограниченность и замкнутость пространства способствует избежать выделения в окружающее пространство вредных испарений плавящихся металлов и сохранять чистоту процесса их обработки. Возможность контролировать состав и процесс обработки также является одним из преимуществ печей этого вида.

Канальные индукционные установки

Ещё один вид промышленных печей, имеющих более широкое применение, чем другие. Их можно использовать не только в качестве плавилен, но и как раздатчики подготовленного материала и смесители нескольких видов сырья. Типовые конструкции таких устройств включают:

  • Наличие ванны, в которой находится сырьё, достигшее или достигающее заданной температуры.
  • Канала, по которому расплавленная масса проходит через магнитное поле.
  • Магнитопровода, обеспечивающего постоянную циркуляцию жидкого металла.
  • Катушки первичной обмотки, которая приводит в действие магнитное поле.

Малейшее размыкание контура, который образуется жидким металлом, магнитопроводом и катушкой приводит к повышению его собственного сопротивления и мгновенному выбросу всей массы сырья из канала. Для противодействия такому явлению внутри канала оставляют «болото» — небольшую массу металла, которая поддерживается в жидком виде.

Преимущества индуктивных печей канального типа:

  • Невысокая цена установок.
  • Экономичность — для поддержания температуры внутри ванны, которая плохо рассеивает тепло, нужно малое количество электроэнергии.
  • Коэффициент полезного действия индуктора при работе очень высок.

Недостатки:

  • Медленное продвижение по каналу расплавленного металла усложняет контроль за его качеством и окислением.
  • Необходимость оставлять некоторое количество сырья внутри понижает качество химического состава следующей загрузки и возможности более тонкого его контроля.
  • Необходимость поддерживания герметичности установки из-за угрозы разрыва магнитного поля и образования вихревого излучения. Сложность поддерживания изолированности при футеровке внутренних стен установки некоторыми составами.

Основные элементы схемы печи

Для того чтобы собрать установку и выполнять работы на ней, необходимо найти подходящую схему индукционной печи и детали для неё. Для поиска последних очень пригодится наличие одного или нескольких ненужных блоков питания от компьютера, так как большинство деталей можно найти в них. Типовая схема простейшей печи с самодельным инвертором будет включать такие элементы, как:

  • Транзисторы-полевики, можно использовать IRFZ46N или аналоги (IRFZ44V, имеющий силу тока на ножке стока в 55 ампер подойдёт даже лучше). Желательно подбирать полевики с максимально возможным значением напряжения пробоя, так они прослужат гораздо дольше.
  • Дроссели, резисторы с сопротивлением 470 Ом (можно использовать один ваттник или два полуваттника, соединённых в схеме последовательно) и девять конденсаторов малой ёмкости (до 1 микрофарада) которые можно выпаять из блока питания.
  • Радиаторы для охлаждения транзисторов — полевики в корпусах типа ТО-220АВ при работе очень горячие и могут взорваться от недостатка отвода тепла от них.
  • Проволока из меди диаметром около миллиметра для создания ферритовых колец и диаметром в 2 миллиметра для создания индуктора.
  • Диоды марок UF4007, 2 штуки, но лучше иметь парочку запасных на случай, если в первый раз соберёте что-то неправильно — они вылетят первыми.
  • Батарею ёмкостью около 8−10 ампер-часов. Такие, как правило, извлекаются из старых источников бесперебойного питания и имеют выходное напряжение в 12 вольт.
  • В качестве тигля можно слепить и обжечь на костре или с помощью горелки глиняный горшочек нужного вам диаметра.

Инвертор для установки собирается по схеме, предложенной С. В. Кухтецким для лабораторных испытаний. Её легко можно найти в интернете. Мощность инвертора, который питается от напряжения в диапазоне 12−35 вольт будет составлять 6 киловатт, а его рабочая частота — 40−80 килогерц, этого будет более чем достаточно для домашних проектов.

Техника безопасности при работе

Так как работа с индукционной печью подразумевает тесный контакт с расплавленным металлом и токами высокой частоты и силы, стоит озаботиться о качественном заземлении установки и надёжных средствах защиты. При этом одежда должна строго соответствовать всем требованиям:

  • Быть изготовленной из плотного неплавящегося и не горящего материала.
  • Базовый защитный костюм должен включать в себя фартук и рукавицы. На ногах по возможности следует носить при работе обувь с прорезиненой подошвой, ступни же и носки должны быть сухими.
  • Для защиты глаз стоит приобрести специальные очки, это убережёт вас от случайного попадания раскалённого куска металла в глаза.

Не стоит забывать и о хорошей вентилируемости помещения, в котором будут работать. Расплавленный металл выбрасывает в воздух химические соединения, которые совсем неполезны для ваших лёгких.

Индукционные нагреватели и печи своими руками: от теории к реализации

Индукционная печь изобретена давно, еще в 1887 г, С. Фарранти. Первая промышленная установка заработала в 1890 г. на фирме Benedicks Bultfabrik. Долгое время индукционные печи и в индустрии были экзотикой, но не вследствие дороговизны электричества, тогда оно было не дороже теперешнего. В процессах, происходящих в индукционных печах, было еще много непонятного, а элементная база электроники не позволяла создавать эффективные схемы управления ими.

В индукционно-печной сфере переворот произошел буквально на глазах в наши дни, благодаря появлению, во-первых, микроконтроллеров, вычислительная мощность которых превышает таковую персональных компьютеров десятилетней давности. Во-вторых, благодаря… мобильной связи. Ее развитие потребовало появления в продаже недорогих транзисторов, способных отдавать мощность в несколько кВт на высоких частотах. Они, в свою очередь, были созданы на основе полупроводниковых гетероструктур, за исследования которых российский физик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию.

В конечном итоге, индукционные печки не только совершенно преобразились в промышленности, но и широко вошли в быт. Интерес к предмету породил массу самоделок, которые, в принципе, могли бы быть полезными. Но большинство авторов конструкций и идей (описаний которых в источниках много больше, чем работоспособных изделий) плоховато представляют себе как основы физики индукционного нагрева, так и потенциальную опасность неграмотно выполненных конструкций. Настоящая статья призвана прояснить некоторые наиболее смутные моменты. Материал построен на рассмотрении конкретных конструкций:

  1. Промышленной канальной печи для плавки металла, и возможности ее создания самостоятельно.
  2. Тигельных печей индукционного типа, самых простых в исполнении и наиболее популярных среди самодельщиков.
  3. Индукционных водогрейных котлов, стремительно вытесняющих бойлеры с ТЭНами.
  4. Бытовых варочных индукционных приборов, конкурирующих с газовыми плитами и по ряду параметров превосходящих микроволновки.

Примечание: все рассматриваемые устройства основаны на магнитной индукции, создаваемой катушкой индуктивности (индуктором), поэтому и называются индукционными. В них можно плавить/нагревать только электропроводящие материалы, металлы и т.п. Есть еще электроиндукционные емкостные печи, основанные на электрической индукции в диэлектрике между обкладками конденсатора, они применяются для «нежного» плавления и электротермообработки пластиков. Но распространены они гораздо меньше индукторных, рассмотрение их требует отдельного разговора, поэтому пока оставим.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

Принцип действия индукционной печи

  • Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
  • Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
  • Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
  • Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
  • Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
  • Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
  • Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
  • Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Канальная печь

Канальная индукционная плавильная печь – первая из примененных в промышленности. Она и конструктивно похожа на трансформатор, см. рис. справа:

Канальная индукционная печь

  1. Первичная обмотка, питаемая током промышленной (50/60 Гц) или повышенной (400 Гц) частоты, выполнена из медной, охлаждаемой изнутри жидким теплоносителем, трубки;
  2. Вторичная короткозамкнутая обмотка – расплав;
  3. Кольцеобразный тигель из жаростойкого диэлектрика, в котором помещается расплав;
  4. Наборный из пластин трансформаторной стали магнитопровод.

Канальные печи используются для переплавки дюраля, цветных спецсплавов, получения высококачественного чугуна. Промышленные канальные печи требуют затравки расплавом, иначе «вторичка» не замкнется накоротко и нагрева не будет. Или между крошками шихты возникнут дуговые разряды, и вся плавка просто взорвется. Поэтому перед пуском печи в тигель наливают немного расплава, а переплавленную порцию выливают не до конца. Металлурги говорят, что канальная печь имеет остаточную емкость.

Канальную печь на мощность до 2-3 кВт можно сделать и самому из сварочного трансформатора промышленной частоты. В такой печи можно расплавить до 300-400 г цинка, бронзы, латуни или меди. Можно переплавлять дюраль, только отливке нужно по остывании дать состариться, от нескольких часов до 2-х недель, в зависимости от состава сплава, чтобы набрала прочность, вязкость и упругость.

Примечание: дюраль вообще был изобретен случайно. Разработчики, обозлившись, что легировать алюминий никак не удается, бросили в лаборатории очередной «никакой» образец и ушли в загул с горя. Протрезвились, вернулись – а никакой изменил цвет. Проверили – а он набрал прочность едва ли не стали, оставшись легким, как алюминий.

«Первичку» трансформатора оставляют штатной, она уже рассчитана на работу в режиме КЗ вторички сварочной дугой. «Вторичку» снимают (ее потом можно поставить обратно и использовать трансформатор по прямому назначению), а вместо нее надевают кольцевой тигель. Но пытаться переделать в канальную печь сварочный ВЧ-инвертор опасно! Его ферритовый сердечник перегреется и разлетится в куски из-за того, что диэлектрическая проницаемость феррита >>1, см. выше.

Проблема остаточной емкости в маломощной печке отпадает: в шихту для затравки кладут проволочку из того же металла, согнутую в кольцо и со скрученными концами. Диаметр проволоки – от 1 мм/кВт мощности печи.

Но появляется проблема кольцевого тигля: единственный подходящий для малого тигля материал – электрофарфор. В домашних условиях обработать его самому невозможно, а где взять покупной подходящий? Прочие огнеупоры не годятся вследствие высоких диэлектрических потерь в них или пористости и малой механической прочности. Поэтому, хотя канальная печь дает плавку высочайшего качества, не требует электроники, а ее КПД уже при мощности 1 кВт превышает 90%, у самодельщиков они не в ходу.

Под обычный тигель

Устройство тигельной индукционной печи

Остаточная емкость раздражала металлургов – сплавы-то плавились дорогие. Поэтому, как только в 20-х годах прошлого века появились достаточно мощные радиолампы, тут же родилась идея: выкинуть на (не будем повторять профессиональные идиомы суровых мужиков) магнитопровод, а обычный тигель засунуть прямо в индуктор, см. рис.

На промышленной частоте так не сделаешь, магнитное поле низкой частоты без концентрирующего его магнитопровода расползется (это т. наз. поле рассеяния) и отдаст свою энергию куда угодно, только не в расплав. Компенсировать поле рассеяния можно повышением частоты до высокой: если диаметр индуктора соизмерим с длиной волны рабочей частоты, а вся система – в электромагнитном резонансе, то до 75% и более энергии ее электромагнитного поля будет сосредоточено внутри «бессердечной» катушки. КПД выйдет соответственный.

Однако уже в лабораториях выяснилось, что авторы идеи проглядели очевидное обстоятельство: расплав в индукторе, хотя бы и диамагнитный, но электропроводящий, за счет собственного магнитного поля от вихревых токов изменяет индуктивность нагревательной катушки. Начальную частоту понадобилось устанавливать под холодную шихту и менять по мере ее плавления. Причем в пределах тем больших, чем больше заготовка: если для 200 г стали можно обойтись диапазоном в 2-30 МГц, то для болванки с железнодорожную цистерну начальная частота будет около 30-40 Гц, а рабочая – до нескольких кГц.

Подходящую автоматику на лампах сделать сложно, «тянуть» частоту за болванкой – нужен высококвалифицированный оператор. Кроме того, на низких частотах сильнейшим образом проявляет себя поле рассеяния. Расплав, который в такой печи еще и сердечник катушки, до некоторой степени собирает магнитное поле возле нее, но все равно, для получения приемлемого КПД понадобилось окружать всю печь мощным ферромагнитным экраном.

Тем не менее, благодаря своим выдающимся достоинствам и уникальным качествам (см. далее) тигельные индукционные печи широко применяются и в промышленности, и самодельщиками. Поэтому остановимся подробнее на том, как правильно сделать такую своими руками.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

Режимы работы тигельной индукционной печи

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Зачем индуктор дома?

Как видим, даже маломощная индукционная печка для квартирной проводки и лимитов потребления мощновата. Для чего же стоит ее делать?

Индукционный нагрев для закалки

Во-первых, для очистки и разделения драгоценных, цветных и редких металлов. Берем, к примеру, старый советский радиоразъем с позолоченными контактами; золота/серебра на плакировку тогда не жалели. Кладем контакты в узкий высокий тигелек, суем в индуктор, плавим на основном резонансе (выражаясь профессионально, на нулевой моде). По расплавлении постепенно снижаем частоту и мощность, давая застыть болванке в течение 15 мин – получаса.

По остывании разбиваем тигелек, и что видим? Латунный столбик с ясно различимым золотым кончиком, который остается только отрезать. Без ртути, цианидов и прочих убийственных реагентов. Нагревом расплава извне любым способом этого не добиться, конвекция в нем не даст.

Индуктор для отпусковой индукционной печи

Ну, золото-золотом, а сейчас и черный металлолом на дороге не валяется. Но вот необходимость равномерного, или точно дозированного по поверхности/объему/температуре нагрева металлических деталей для качественной закалки у самодельщика или ИП-индивидуала всегда найдется. И тут опять выручит печка-индуктор, причем расход электричества будет посильным для семейного бюджета: ведь основная доля энергии нагрева приходится на скрытую теплоту плавления металла. А меняя мощность, частоту и расположение детали в индукторе, можно нагреть именно нужное место именно как надо, см. рис. выше.

Наконец, сделав индуктор специальной формы (см. рис. слева), можно отпустить закаленную деталь в нужном месте, на нарушая цементации с закалкой на конце/концах. Затем, где надо – гнем, плющим, а остальное остается твердым, вязким, упругим. В конце можно снова разогреть, где отпускали, и опять закалить.

Приступаем к печке: что нужно знать обязательно

Электромагнитное поле (ЭМП) воздействует на человеческий организм, хотя бы прогревая его во всем объеме, как мясо в микроволновке. Поэтому, работая с индукционной печью в качестве конструктора, мастера или эксплуатанта, нужно четко уяснить себе суть следующих понятий:

ППЭ – плотность потока энергии электромагнитного поля. Определяет общее физиологическое воздействие ЭМП на организм независимо от частоты излучения, т.к. ППЭ ЭМП одной и той же напряженности растет с ростом частоты излучения. По санитарным нормам разных стран допустимое значение ППЭ от 1 до 30 мВт на 1 кв. м. поверхности тела при постоянном (свыше 1 часа в сутки) воздействии и втрое-впятеро больше при однократном кратковременном, до 20 мин.

Примечание: особняком стоят США, у них допустимая ППЭ – 1000 мВт (!) на кв. м. тела. Фактически, американцы считают началом физиологического воздействия внешние его проявления, когда человеку уже становится плохо, а долговременные последствия облучения ЭМП полностью игнорируют.

ППЭ при удалении от точечного источника излучения падает по квадрату расстояния. Однослойная экранировка оцинковкой или мелкоячеистой оцинкованной сеткой снижает ППЭ в 30-50 раз. Вблизи катушки по ее оси ППЭ будет в 2-3 раза выше, чем сбоку.

Поясним на примере. Есть индуктор на 2 кВт и 30 МГц с КПД в 75%. Следовательно, наружу из него уйдет 0,5 кВт или 500 Вт. На расстоянии в 1 м от него (площадь сферы радиусом 1 м – 12,57 кв. м.) на 1 кв. м. придется 500/12,57=39,77 Вт, а на человека – около 15 Вт, это очень много. Индуктор нужно располагать вертикально, перед включением печи надевать на него заземленный экранирующий колпак, следить за процессом издали, а по его окончании немедленно выключать печь. На частоте в 1 МГц ППЭ упадет в 900 раз, и с экранированным индуктором можно работать без особых предосторожностей.

СВЧ – сверхвысокие частоты. В радиэлектронике СВЧ считают с т.наз. Q-диапазона, но по физиологии СВЧ начинается примерно со 120 МГц. Причина – электроиндукционный нагрев плазмы клеток и резонансные явления в органических молекулах. СВЧ обладает специфически направленным биологическим действием с долговременными последствиями. Достаточно получить 10-30 мВт в течение получаса, чтобы подорвать здоровье и/или репродуктивную способность. Индивидуальная восприимчивость к СВЧ крайне изменчива; работая с ним, нужно регулярно проходить специальную медкомиссию.

Пресечь СВЧ-излучение очень трудно, оно, как говорят профи, «сифонит» сквозь малейшую щелочку в экране или при малейшем нарушении качества заземления. Эффективная борьба с СВЧ-излучением аппаратуры возможна только на уровне его конструирования высококлассными специалистами.

К счастью, диапазон частот, в котором работают индукционные печи, до СВЧ не простирается. Но при неумелом конструировании или пользовании печь может войти в режим, при котором появляется паразитное СВЧ. Разумеется, этого следует всячески избегать.

Компоненты печи

Индуктор

Важнейшая часть индукционной печи – ее нагревательная катушка, индуктор. Для самодельных печей на мощность до 3 кВт пойдет индуктор из голой медной трубки диаметром 10 мм или медной же голой шины сечением не менее 10 кв. мм. Внутренний диаметр индуктора – 80-150 мм, количество витков – 8-10. Витки не должны соприкасаться, расстояние между ними – 5-7 мм. Также никакая часть индуктора не должна касаться его экрана; минимальный зазор – 50 мм. Поэтому для прохождения выводов катушки к генератору нужно предусмотреть окно в экране, не мешающее его снимать/ставить.

Индукторы промышленных печей охлаждают водой или антифризом, но на мощности до 3 кВт описанный выше индуктор при работе его в продолжении до 20-30 мин принудительного охлаждения не требует. Однако он сам при этом сильно нагревается, а окалина на меди резко снижает КПД печи вплоть до потери ею работоспособности. Сделать самому индуктор с жидкостным охлаждением невозможно, поэтому его придется время от времени менять. Применять принудительное воздушное охлаждение нельзя: пластиковый или металлический корпус вентилятора вблизи катушки «притянут» к себе ЭМП, перегреются, а КПД печи упадет.

Примечание: для сравнения – индуктор для плавильной печи на 150 кг стали согнут из медной трубы 40 мм наружным диаметром и 30 внутренним. Число витков – 7, диаметр катушки по внутри 400 мм, высота тоже 400 мм. Для его раскачки на нулевой моде нужно 15-20 кВт при наличии замкнутого контура охлаждения дистиллированной водой.

Генератор

Вторая главная часть печи – генератор переменного тока. Сделать индукционную печь, не владея основами радиоэлектроники хотя бы на уровне радиолюбителя средней квалификации, не стоит и пытаться. Эксплуатировать – тоже, ведь, если печка не под компьютерным управлением, настроить ее в режим можно, только чувствуя схему.

Схема генератора для индукционной печи, дающая паразитное СВЧ

При выборе схемы генератора следует всячески избегать решений, дающих жесткий спектр тока. В качестве антипримера приводим довольно распространенную схему на тиристорном ключе, см. рис. выше. Доступный специалисту расчет по прилагаемой к ней автором осциллограмме показывает, что ППЭ на частотах свыше 120 МГц от индуктора, запитанного таким образом, превышает 1 Вт/кв. м. на расстоянии 2,5 м от установки. Убийственная простота, ничего не скажешь.

Схема лампового генератора для индукционной печи

В качестве ностальгического курьеза приводим еще схему древнего лампового генератора, см. рис. справа. Такие делали советские радиолюбители еще в 50-х годах, рис. справа. Настройка в режим – воздушным конденсатором переменной емкости С, с зазором между пластинами не менее 3 мм. Работает только на нулевой моде. Индикатор настройки – неоновая лампочка Л. Особенность схемы – очень мягкий, «ламповый» спектр излучения, так что пользоваться этим генератором можно без особых мер предосторожности. Но – увы! – ламп для него сейчас не найдешь, а при мощности в индукторе около 500 Вт энергопотребление от сети – более 2 кВт.

Примечание: указанная на схеме частота 27,12 МГц не оптимальна, она выбрана из соображений электромагнитной совместимости. В СССР она была свободной («мусорной») частотой, для работы на которой разрешения не требовалось, лишь бы устройство помех никому не давало. А вообще-то С можно перестраивать генератор в довольно широком диапазоне.

Самодельная тигельная индукционная печь 50-х годов.

На следующем рис. слева – простейший генератор с самовозбуждением. L2 – индуктор; L1 – катушка обратной связи, 2 витка эмалированного провода диаметром 1,2-1,5 мм; L3 – болванка или шихта. В качестве контурной емкости используется собственная емкость индуктора, поэтому эта схема не требует настройки, она автоматически входит в режим нулевой моды. Спектр мягкий, но при неправильной фазировке L1 мгновенно сгорает транзистор, т.к. он оказывается в активном режиме с КЗ по постоянному току в цепи коллектора.

Схема простейшего генератора для индукционной печи

Также транзистор может сгореть просто от изменения наружной температуры или саморазогрева кристалла – каких-либо мер по стабилизации его режима не предусмотрено. В общем, если у вас завалялись где-то старые КТ825 или им подобные, то начинать эксперименты по индукционному нагреву можно с этой схемки. Транзистор должен быть установлен на радиатор площадью не менее 400 кв. см. с обдувом от компьютерного или ему подобного вентилятора. Регулировка можности в индукторе, до 0,3 кВт – изменением напряжения питания в пределах 6-24 В. Его источник должен обеспечивать ток не менее 25 А. Мощность рассеивания резисторов базового делителя напряжения не менее 5 Вт.

Генератор-мультивибратор для индукционной печи

Схема на след. рис. справа – мультивибратор с индуктивной нагрузкой на мощных полевых тразисторах (450 B Uk, не менее 25 A Ik). Благодаря применению емкости в цепи колебательного контура дает довольно мягкий спектр, но внемодовый, поэтому пригоден для разогрева деталей до 1 кг для закалки/отпуска. Главный недостаток схемы – дороговизна компонент, мощных полевиков и быстродействующих (граничная частота не менее 200 кГц) высоковольтных диодов в их базовых цепях. Биполярные мощные транзисторы в этой схеме не работают, перегреваются и сгорают. Радиатор здесь такой же, как и в предыдущем случае, но обдува уже не нужно.

Следующая схема уже претендует на звание универсальной, мощностью до 1 кВт. Это – двухтактный генератор с независимым возбуждением и мостовым включением индуктора. Позволяет работать на 2-3 моде или в режиме поверхностного нагрева; частота регулируется переменным резистором R2, а диапазоны частот переключаются конденсаторами С1 и С2, от 10 кГц до 10 МГц. Для первого диапазона (10-30 кГц) емкость конденсаторов С4-С7 должна быть увеличена до 6,8 мкФ.

Схема универсального генератора для индукционной печи

Трансформатор между каскадами – на ферритовом кольце с площадью сечения магнитопровода от 2 кв. см. Обмотки – из эмалированного провода 0,8-1,2 мм. Радиатор транзисторов – 400 кв. см. на четверых с обдувом. Ток в индукторе практически синусоидальный, поэтому спектр излучения мягкий и на всех рабочих частотах дополнительных мер защиты не требуется, при условии работы до 30 мин в день через 2 дня на 3-й.

Видео: самодельный индукционный нагреватель в работе

Индукционные котлы

Индукционные водогрейные котлы, без сомнения, вытеснят бойлеры с ТЭНами везде, где электричество обходится дешевле других видов топлива. Но их неоспоримые достоинства породили и массу самоделок, от которых у специалиста иной раз буквально волосы дыбом встают.

Скажем, такая конструкция: пропиленовую трубу с проточной водой окружает индуктор, а он запитан от сварочного ВЧ-инвертора на 15-25 А. Вариант – из термостойкого пластика делают пустотелый бублик (тор), по патрубкам пропускают через него воду, а для нагрева обматывают шиной, образующий свернутый в кольцо индуктор.

ЭМП передаст свою энергию воде хорошо; та обладает неплохой электропроводностью и аномально высокой (80) диэлектрической проницаемостью. Вспомните, как стреляют в микроволновке оставшиеся на посуде капельки влаги.

Но, во-первых, для полноценного обогрева квартиры или частного дома зимой нужно не менее 20 кВт тепла, при тщательном утеплении снаружи. 25 А при 220 В дают всего 5,5 кВт (а сколько это электричество стоит по нашим тарифам?) при 100% КПД. Ладно, пусть мы в Финляндии, где электричество дешевле газа. Но лимит потребления на жилье – все равно 10 кВт, а за перебор нужно платить по увеличенному тарифу. И квартирная проводка 20 кВт не выдержит, нужно тянуть отдельный фидер от подстанции. Во что такая работа обойдется? Если еще электрикам далеко до перебора мощности по району и они ее разрешат.

Затем, сам теплообменник. Он должен быть или металлическим массивным, тогда будет действовать только индукционный нагрев металла, или из пластика с низкими диэлектрическими потерями (пропилен, между прочим, к таким не относится, годится только дорогой фторопласт), тогда вода непосредственно поглотит энергию ЭМП. Но в любом случае выходит, что индуктор греет весь объем теплообменника, а воде тепло отдает только внутренняя его поверхность.

В итоге, ценой больших трудов с риском для здоровья, получаем бойлер с КПД пещерного костра.

Индукционный котел отопления промышленного изготовления устроен совсем по-иному: просто, но в домашних условиях невыполнимо, см. рис. справа:

Схема индукционного водогрейного котла

  • Массивный медный индуктор подключается непосредственно к сети.
  • Его ЭМП греет также массивный металлический лабиринт-теплообменник из ферромагнитного металла.
  • Лабиринт одновременно изолирует индуктор от воды.

Стоит такой бойлер в несколько раз дороже обычного с ТЭНом, и пригоден для установки только на пластиковые трубы, но взамен дает массу выгод:

  1. Никогда не сгорает – в нем нет раскаленной электроспирали.
  2. Массивный лабиринт надежно экранирует индуктор: ППЭ в непосредственной близости от 30 кВт индукционного бойлера – ноль.
  3. КПД – более чем 99,5%
  4. Абсолютно безопасен: собственная постоянная времени обладающей большой индуктивностью катушки – более 0,5 с, что в 10-30 раз больше времени срабатывания УЗО или автомата. Его еще ускоряет «отдача» от переходного процесса при пробое индуктивности на корпус.
  5. Сам же пробой вследствие «дубовости» конструкции исключительно маловероятен.
  6. Не требует отдельного заземления.
  7. Безразличен к удару молнии; сжечь массивную катушку ей не под силу.
  8. Большая поверхность лабиринта обеспечивает эффективный теплообмен при минимальном температурном градиенте, что почти исключает образование накипи.
  9. Огромная долговечность и простота пользования: индукционный бойлер совместно с гидромагнитной системой (ГМС) и фильтром-отстойником работает без обслуживания не менее 30 лет.

О самодельных котлах для ГВС

Схема индукционного водонагревателя для ГВС

Здесь на рис. приведена схема маломощного индукционного нагревателя для систем ГВС с накопительным баком. В ее основе – любой силовой трансформатор на 0,5-1,5 кВт с первичной обмоткой на 220 В. Очень хорошо подходят сдвоенные трансформаторы от старых ламповых цветных телевизоров – «гробов» на двухстержневом магнитопроводе типа ПЛ.

Вторичную обмотку с таких снимают, первичку перематывают на один стержень, увеличив количество ее витков для работы в режиме, близком к КЗ (короткому замыканию) по вторичке. Сама же вторичная обмотка – вода в U-образном колене из трубы, охватывающем другой стержень. Пластиковая труба или металлическая – на промчастоте все равно, но металлическая должна быть изолирована от остальной системы диэлектрическими вставками, как показано на рис, чтобы вторичный ток замыкался только через воду.

В любом случае такая водогрейка опасна: возможная протечка соседствует с обмоткой под сетевым напряжением. Если уж идти на такой риск, то в магнитопроводе нужно насверлить отверстие под болт-заземлитель, и прежде всего наглухо, в грунт, заземлить трансформатор и бак стальной шиной не менее 1,5 кв. см. (не кв. мм!).

Далее трансформатор (он должен располагаться непосредственно под баком), с подключенным к нему сетевым проводом в двойной изоляции, заземлителем и водогрейным витком заливают в одну «куклу» силиконовым герметиком, как моторчик помпы аквариумного фильтра. Наконец, крайне желательно весь агрегат подключить к сети через быстродействующее электронное УЗО.

Видео: “индукционный” котел на основе бытовой плитки

Индуктор на кухне

Варочная индукционная плита

Индукционные варочные поверхности для кухни стали уже привычными, см. рис. По принципу действия это та же индукционная печка, только в роли короткозамкнутой вторичной обмотки выступает днище любой металлической варочной посудины, см. рис. справа, а не только из ферромагнитного материала, как часто не знаючи пишут. Просто алюминиевая посуда выходит из употребления; медики доказали, что свободный алюминий – канцероген, а медная и оловянная давно уже не в ходу по причине токсичности.

Бытовая индукционная плитка – порождение века высоких технологий, хотя идея ее зародилась одновременно с индукционными плавильными печами. Во-первых, для изоляции индуктора от стряпни понадобился прочный, стойкий, гигиеничный и свободно пропускающий ЭМП диэлектрик. Подходящие стеклокерамические композиты появились в производстве сравнительно недавно, и на долю верхней пластины плиты приходится немалая доля ее стоимости.

Схема кухонной индукционной плиты

Затем, все варочные посудины разные, а их содержимое изменяет их электрические параметры, и режимы приготовления блюд тоже разные. Осторожным подкручиванием ручек до нужной моды тут и специалист не обойдется, нужен высокопроизводительный микроконтроллер. Наконец, ток в индукторе должен быть по санитарным требованиям чистой синусоидой, а его величина и частота должны сложным образом меняться сообразно степени готовности блюда. То есть, генератор должен быть с цифровым формированием выходного тока, управляемым тем самым микроконтроллером.

Делать кухонную индукционную плиту самому нет смысла: на одни только электронные компоненты по розничным ценам денег уйдет больше, чем на готовую хорошую плитку. И управлять этими приборами пока еще сложновато: у кого есть, тот знает, сколько там кнопочек или сенсоров с надписями: «Рагу», «Жаркое» и т.п. Автор этой статьи видал плитку, где значилось отдельно «Борщ флотский» и «Суп претаньер».

Тем не менее, индукционные плиты имеют массу преимуществ перед прочими:

  • Почти нулевая, в отличие от микроволновок, ППЭ, хоть сам на эту плитку садись.
  • Возможность программирования для приготовления самых сложных блюд.
  • Растопка шоколада, вытапливание рыбьего и птичьего жира, приготовление карамели без малейших признаков пригорания.
  • Высокая экономичность как следствие быстрого нагрева и почти полного сосредоточения тепла в варочной посуде.

Разогрев варочной посуды на индукционной плите и газовой конфорке

К последнему пункту: взгляните на рис. справа, там графики разогрева стряпни на индукционной плите и газовой конфорке. Кто знаком с интегрированием, тот сразу поймет, что индуктор на 15-20% экономичнее, а с чугунным «блином» его можно и не сравнивать. Затраты денег на энергоноситель при приготовлении большинства блюд для индукционной плиты сравнимы с газовой, а на тушение и варку густых супов даже меньше. Индуктор пока уступает газу только при выпечке, когда необходим равномерный прогрев со всех сторон.

Видео: неудавшийся индукционный нагреватель из кухонной плиты

В заключение

Итак, индукционные электроприборы для подогрева воды и приготовления пищи лучше покупать готовые, дешевле и проще выйдет. А вот завести самодельную индукционную тигельную печку в домашней мастерской не помешает: станут доступными тонкие способы плавки и термообработки металлов. Нужно только помнить о ППЭ с СВЧ и строго соблюдать правила конструирования, изготовления и эксплуатации.

Загрузка…

Обсуждение темы «Индукционная печь»

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.

Принцип работы индукционной печи для плавки металла: описание, характеристики

Автор Почемучка На чтение 15 мин. Просмотров 311

  1. просроченная закладка/избранное
  2. поисковый механизм, у которого просрочен список для этого сайта
  3. пропущен адрес
  4. у вас нет права доступа на эту страницу
  5. Запрашиваемый ресурс не найден.
  6. В процессе обработки вашего запроса произошла ошибка.

Вы не можете посетить текущую страницу по причине:

  1. просроченная закладка/избранное
  2. поисковый механизм, у которого просрочен список для этого сайта
  3. пропущен адрес
  4. у вас нет права доступа на эту страницу
  5. Запрашиваемый ресурс не найден.
  6. В процессе обработки вашего запроса произошла ошибка.

Пожалуйста, перейдите на одну из следующих страниц:

Если проблемы продолжатся, пожалуйста, обратитесь к системному администратору сайта и сообщите об ошибке, описание которой приведено ниже.

Лабораторные индукторные печи, как и промышленные, требуют эффективного охлаждения обмотки. В некоторых моделях достаточно воздушного охлаждения, в работающих с высокими температурами индукторах применяется водяное.

Промышленная печь индукционная

От того, какие температурные режимы требуются, какие виды металлов или сплавов планируется выплавлять, применяют различные виды футеровки. Футеровка индукционных печей может выполняться из огнеупорного материала, содержащего свыше 90% окиси кремния с небольшим количеством других окислов. Такая футеровка получила название кислой и может выдержать до 100 плавок.

Основная или щелочная футеровка изготавливается из магнезита с добавлением других окислов и жидкого стекла. Такая футеровка может выдержать до 50 плавок, в печах большого объема износ происходит намного быстрее.

Нейтральная футеровка применяется чаще других видов и может выдерживать свыше 100 плавок. Наиболее часто она применяется в тигельных печах. Следует учесть, что в результате проведения плавок происходит неравномерный износ футеровки. Таким образом изменяется рабочий объем и толщина стенки футеровки. Больший износ происходит в местах с большей температурой, обычно в нижней части печи.

Так как промышленные индукционные печи работают с большими нагрузками, обмотка индуктора в процессе работы может значительно нагреваться. Для предотвращения негативных последствий перегрева, обычно предусматривается водяная система охлаждения, отводящая излишки тепла от витков индуктора. При проектировании вопрос охлаждения индуктора является одним из важнейших, поскольку от эффективности системы зависит надежность и срок службы всей печи.

Максимально возможная автоматизация процессов термообработки является необходимым условием для нормальной работы промышленных индукционных печей. Правильно подобранная автоматика обеспечит различные режимы, позволяющие наиболее точно выполнить требования технологических процессов.

Производство промышленных печей осуществляется в строгом соответствии с требованиями заказчика и регулирующей НТД. Промышленные печи могут изготавливаться по типовым проектам или индивидуальным заказам. Обязательным условием является аттестация оборудования, которая должна выполняться не реже 1 раза в год.

Плавильная индукционная печь:

В плавильной печи (рис. 2) расплавляемый металл находится в керамическом тигле, помещенном внутрь цилиндрического многовиткового индуктора. Индуктор изготовляют из медной профилированной трубки, через которую пропускают охлаждающую воду. Узнать подробнее о конструкции индуктора можно здесь.

Принцип индукционного нагрева заключается в преобразовании энергии электромагнитного поля, поглощаемой электропроводным нагреваемым объектом, в тепловую энергию.

В установках индукционного нагрева электромагнитное поле создают индуктором, представляющим собой многовитковую цилиндрическую катушку (соленоид). Через индуктор пропускают переменный электрический ток, в результате чего вокруг индуктора возникает изменяющееся во времени переменное магнитное поле. Это — первое превращение энергии электромагнитного поля, описываемое первым уравнением Максвелла.

В нагреваемом объекте энергия индуктированного переменного электрического поля необратимо переходит в тепловую. Такое тепловое рассеивание энергии, следствием чего является нагрев объекта, определяется существованием токов проводимости (вихревых токов). Это — третье превращение энергии электромагнитного поля, причем энергетическое соотношение этого превращения описывается законом Ленца—Джоуля.

На величину напряженности электрического поля в нагреваемом объекте оказывают влияние два фактора: величина магнитного потока, т. е. число магнитных силовых линий, пронизывающих объект (или сцепленных с нагреваемым объектом), и частота питающего тока, т. е. частота изменений (во времени) магнитного потока, сцепленного с нагреваемым объектом.

Это дает возможность выполнить два типа установок индукционного нагрева, которые различаются и по конструкции и по эксплуатационным свойствам: индукционные установки с сердечником и без сердечника.

По технологическому назначению установки индукционного нагрева подразделяют на плавильные печи для плавки металлов и нагревательные установки для термической обработки (закалки, отпуска), для сквозного нагрева заготовок перед пластической деформацией (ковкой, штамповкой), для сварки, пайки и наплавки, для химико-термической обработки изделий и т. д.

По частоте изменения тока, питающего установку индукционного нагрева, различают:
1) установки промышленной частоты (50 Гц), питающиеся от сети непосредственно или через понижающие трансформаторы;
2) установки повышенной частоты (500-10000 Гц), получающие питание от электромашинных или полупроводниковых преобразователей частоты;
3) высокочастотные установки (66 000-440 000 Гц и выше), питающиеся от ламповых электронных генераторов.

Установки индукционного нагрева с сердечником


Рис.1. Схема устройства индукционной канальной печи: 1 — индикатор; 2 — металл; 3 — канал; 4 — магнитопровод; Ф — основной магнитный поток; Ф и Ф — магнитные потоки рассеяния; U1 и I1 — напряжение и ток в цепи индуктора; I2 — ток проводимости в металле

В стальном магнитопроводе индукционной канальной печи замыкается большой рабочий магнитный поток и лишь небольшая часть полного магнитного потока, создаваемого индуктором, замыкается через воздух в виде потока рассеяния. Поэтому такие печи успешно работают на промышленной частоте (50 Гц).

Установки индукционного нагрева без сердечника

В плавильной печи (рис. 2) расплавляемый металл находится в керамическом тигле, помещенном внутрь цилиндрического многовиткового индуктора. Индуктор изготовляют из медной профилированной трубки, через которую пропускают охлаждающую воду. Узнать подробнее о конструкции индуктора можно здесь.

В настоящее время имеется несколько типов индукционных тигельных печей, разработанных во ВНИИЭТО в виде соответствующих размерных рядов (по емкости) высокой, повышенной и промышленной частоты, для плавки стали (тип ИСТ).


Рис. 2. Схема устройства индукционной тигельной печи: 1 — индуктор; 2 — металл; 3 — тигель (стрелками показана траектория циркуляции жидкого металла в результате электродинамических явлений)

Использованная литература:
1. Егоров А.В., Моржин А.Ф. Электрические печи (для производства сталей). М.: «Металлургия», 1975, 352 с.

Эффективность работы данного теплогенератора определяется мощностью и частотой генератора, количеством потерь в вихревых токах, скоростью и количеством потерь тепла в окружающее пространство.

Преимущества и недостатки индукционных теплогенераторов

Установки данного типа обладают определёнными преимуществами:

  • Благодаря активному перемещению металла расплав обладает однородностью.
  • При нагреве сплавов в индукционной печи легирующие элементы не выгорают.
  • В таком теплогенераторе возможно фокусирование энергии.
  • При изготовлении такой печи можно самостоятельно выбрать способ футеровки, рабочую частоту, ёмкость установки, при работе – точно выбрать температуру расплава.
  • Печь очень быстро готовится к работе, а расплавление металла происходит с достаточно высокой скоростью.

Внимание! Важным плюсом индукционных печей является экологичность происходящего в них процесса расплавления металла.

К минусам этого оборудования можно отнести следующие факторы:

  • Нагрев шлака в индукционных теплогенераторах происходит за счёт тепла металла. Поэтому шлакам присуща более низкая температура, по сравнению с расплавляемым металлом.
  • Из-за вязкости холодных шлаков из металлов затруднено удаление фосфора и серы.
  • В пространстве между индуктором и металлом происходит рассеивание магнитного потока, что делает необходимым снижение толщины футеровки тигля. Это приводит к уменьшению эксплуатационного периода футеровочного слоя.

Индукционные плавильные приспособления в основном применяют на литейных производствах больших и средних мощностей. С помощью таких устройств в цехах, где выполняется точное литье, получают стальные отливы максимального качества. Все машино- судостроительные предприятия оснащают свои производственно-ремонтные цеха индукционно плавильным оборудованием для переработки металлов.

Принцип действия индукционной плавильной печи

Стандартная индукционная плавильная печь работает по методу трансформаторного устройства. В роли первоначальной обмотки выступает специальный индуктор, что охлаждается в процессе работы печи холодной водой. Металл, который находится в тигле, является нагрузкой и, параллельно с этим, второй трансформаторной обмоткой.

Индуктор печи создает электромагнитную зону, что своим действием образует протекающий в тигле ток. Электричество, вырабатываемое индукторным магнитным полем протекает через обрабатываемые изделия из металла, вызывая их нагрев до максимально высоких температур. Нагреваясь, металл плавится. Для каждого вида металла задается своя, определенная мощность подаваемого напряжения.

Индукционная печь питается от полупроводникового преобразователя частоты ПЕТРА-0132. Управление режимом плавки осуществляется с пульта управления полупроводникового преобразователя частоты или пульта дистанционного управления. Температура расплава контролируется средствами КИП и А и поддерживается системой управления преобразователя частоты ПЕТРА – автоматически. Установка индукционной печи выполняется по проекту, разрабатываемому для конкретных условий цеха.

Скачать

Индукционная печь работает по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемая катушка – индуктор. Вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой является графитовый тигель и находящийся в нём металл. Нагрев и расплавление металла происходит за счёт протекающих в нём вихревых токов, которые возникают под воздействием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. В состав индукционной печи ИЦРТ входит следующее оборудование.

Плавильный узел.

Преобразователь частоты.

Индукционная печь питается от полупроводникового преобразователя частоты ПЕТРА-0132. Управление режимом плавки осуществляется с пульта управления полупроводникового преобразователя частоты или пульта дистанционного управления. Температура расплава контролируется средствами КИП и А и поддерживается системой управления преобразователя частоты ПЕТРА – автоматически. Установка индукционной печи выполняется по проекту, разрабатываемому для конкретных условий цеха.

В этом случае придётся поработать не только руками, но и головой. И побегать по магазинам в поисках нужных запчастей. Ведь понадобятся транзисторы разной ёмкости, парочка диодов, резисторы, плёночные конденсаторы, два разных по толщине медных провода и парочка колец от дросселей.

Охлаждение

Этот вопрос, наверное, самый сложный из всех тех, которые ставятся перед человеком, решившим самостоятельно собрать плавильный аппарат на основе индукционного принципа. Дело в том, что ставить вентилятор непосредственно вблизи печи не рекомендуется. Металлические и электрические части охлаждающего устройства могут негативно сказаться на работе печки. Стоящий же в отдалении вентилятор может не обеспечить нужное охлаждение, что приведёт к перегреву.

Второй вариант – это провести водяное охлаждение. Однако качественно и правильно выполнить его в домашних условиях не только сложно, но и финансово не выгодно. В этом случае стоит задуматься: не экономнее ли будет приобрести промышленный вариант индукционной печи, выпущенный на заводе, с соблюдением всех необходимых технологий?

  1. В качестве основного материала применяется тонкостенная медная трубка. Рекомендуемый диаметр составляет 8—10 см.
  2. Трубка изгибается по нужному шаблону, который зависит от особенностей применяемого корпуса.
  3. Между витками должно быть расстояние не более 8 мм.
  4. Индуктор располагают в текстолитовом или графитовом корпусе.

Разновидности оборудования

Широкое применение получили только два типа печи: тигельные и канальные. Они обладают сходными преимуществами и недостатками, отличия заключаются лишь в применяемом методе работы:

Большей популярностью пользуется тигельная разновидность индукционных печей. Это связано с их высокой производительностью и простотой в эксплуатации. Кроме этого, подобную конструкцию при необходимости можно изготовить самостоятельно.

Самодельные варианты исполнения встречаются довольно часто. Для их создания требуются:

  1. Генератор.
  2. Тигель.
  3. Индуктор.

Опытный электрик при необходимости может сделать индуктор своими руками. Этот элемент конструкции представлен обмоткой из медной проволоки. Тигель можно приобрести в магазине, а вот в качестве генератора используется ламповая схема, собранная своими руками батарея их транзисторов или сварочный инвертор.

Использование сварочного инвертора

Печь индукционная для плавки металла своими руками может быть создана при применении сварочного инвертора в качестве генератора. Этот вариант получил самое широкое распространение, так как прилагаемые усилия касаются лишь изготовления индуктора:

  1. В качестве основного материала применяется тонкостенная медная трубка. Рекомендуемый диаметр составляет 8—10 см.
  2. Трубка изгибается по нужному шаблону, который зависит от особенностей применяемого корпуса.
  3. Между витками должно быть расстояние не более 8 мм.
  4. Индуктор располагают в текстолитовом или графитовом корпусе.

После создания индуктора и его размещения в корпусе остается только установить на свое место приобретенный тигель.

Применение транзисторов

Подобная схема довольно сложна в исполнении, предусматривает применение резисторов, нескольких диодов, транзисторов различной емкости, пленочного конденсатора, медного провода с двумя различными диаметрами и колец от дросселей. Рекомендации по сборке следующие:

Созданная схема помещается в текстолитовый или графитовый корпус, которые являются диэлектриками. Схема, предусматривающая применение транзисторов, довольно сложна в исполнении. Поэтому браться за изготовление подобной печи следует исключительно при наличии определенных навыков работы.

Печь на лампах

В последнее время печь на лампах создают все реже, так как она требует осторожности при обращении. Применяемая схема проще в сравнении со случаем применения транзисторов. Сборку можно провести в несколько этапов:

Применяемые ламы должны быть защищены от механического воздействия.

Используйте лампы высокой мощности, но не более 4 штук. Питание печи будет происходить от сети 220В с выпрямителем. Если вы будете использовать печь для плавки металла, используйте графитовые щётки, если для обогрева — нихромовую спираль.

Индукционная печь — это словосочетание хорошо знакомо тем, чья профессия косвенно или напрямую связана с металлургией. Ведь именно в таких печах осуществляется процесс плавки металла.

Принцип работы индукционной печи — это процесс получения тепла от электричества, вырабатываемого переменным магнитным полем. В печах индукционного типа происходит преобразование энергии по схеме электромагнитная-электрическая-тепловая.

Индукционные печи подразделяются по видам:

Для канального типа печей характерно расположение индуктора с сердечником внутри металла.
В тигельной — индуктор располагается вокруг металла.

У индукционных печей имеется целый ряд преимуществ по сравнению с другими печками или котлами:

— моментальный разогрев;
— фокусировка энергии;
— безопасность и экологическая чистота устройства;
— отсутствие угара;
— большие возможности в выборе емкости, рабочей частоты.

В промышленности такие печи используют для плавки чугуна и стали, меди и алюминия, а также драгоценных металлов. Эти печи имеют различную емкость и частоту.
Именно принцип работы индукционной печи привел к созданию известной всем нам в быту микроволновой печи.

При наличии специальной электрической схемы для этого устройства, вполне реально сделать ее своими руками. Вам необходим высокочастотный генератор с частотой колебаний 27,12 МГц.

Схема собирается на 4-х электронных лампах(тетрадах), нужна также нелегкая лампа для сигнализации о готовности к началу работы.

Особенностью такой индукционной печи, собранной своими руками по такой схеме, будет то, что ручка конденсатора находится снаружи. А, самое главное, что часть металла, расположенная в катушке, расплавится очень быстро даже в устройстве с малой мощностью.

Индукционная печь своими руками — схема

— от скорости теплопередачи;

— от мощности генератора;

— от вихревых потерь и потерь на гистерезисе;

Используйте лампы высокой мощности, но не более 4 штук. Питание печи будет происходить от сети 220В с выпрямителем. Если вы будете использовать печь для плавки металла, используйте графитовые щётки, если для обогрева — нихромовую спираль.

Собрать индукционную печь своими руками несложно и экономически выгодно. Ее можно применять для обогрева гаража, дачи или как дополнительный источник обогрева своего жилища.

Принцип действия устройства имеет следующие особенности:

Принцип индукционного нагрева

Для того чтобы металл перешел из одного агрегатного состояния в другое требуется нагреть его до достаточно высокой температуры. При этом у каждого металла и сплава своя температура плавления, которая зависит от химического состава и других моментов. Индукционная плавильная печь проводит нагрев материала изнутри при создании вихревых токов, которые проходят через кристаллическую решетку. Рассматриваемый процесс связан с явлением резонанса, который становится причиной увеличения силы вихревых токов.

Принцип действия устройства имеет следующие особенности:

  1. Пространство, которое образуется внутри катушки, служит для размещения заготовки. Использовать этот метод нагрева в промышленных условиях можно только при условии создания большого устройства, в которое можно будет поместить шихту различных размеров.
  2. Устанавливаемая катушка может иметь различную форму, к примеру, восьмерки, но наибольшее распространение получила спираль. Стоит учитывать, что форма катушки выбирается в зависимости от особенностей заготовки, подвергаемой нагреву.

Для того чтобы создать переменное магнитное поле устройство подключается к бытовой сети электроснабжения. Для повышения качества получаемого сплава с высокой текучестью применяются высокочастотные генераторы.

Конструкция индуктора довольно проста. Его центром является графитовая или металлическая электропроводящая заготовка, вокруг которой следует намотать провод. При помощи мощности генератора в индуктор начинают запускать токи разной частоты, создавая вокруг индуктора мощное электромагнитное поле. Благодаря воздействию такого поля на заготовку и создания в ней вихревых токов, графит или металл начинает очень сильно разогреваться и отдавать тепло окружающему воздуху.

Работая с печью, следует опасаться получения термических ожогов. Кроме того, такое устройство имеет высокую пожарную опасность. Во время работы эти агрегаты ни в коем случае нельзя перемещать. Нужно быть очень внимательным, когда такие печи устанавливают в квартире.

Переменное электромагнитное поле начинает разогревать окружающее его помещение, и такая особенность находится в прямой зависимости от мощности и частоты излучения устройства. Мощные промышленные печи могут оказывать воздействие на предметы, находящиеся в карманах одежды, на близлежащие детали из металла, на ткани людей.

Источники

Источник — http://xn--h2afsf5c.xn--p1ai/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B-%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9-%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B8
Источник — http://vakuumtest.ru/indukcionnye-pechi/
Источник — http://inductor.su/tehnicheskaya-biblioteka/printsip-raboty-induktsionnyh-pechej-printsip-induktsionnogo-nagreva/
Источник — http://kotel-otoplenija.ru/indukcionnaya-pech-svoimi-rukami
Источник — http://promplace.ru/induktcionnaya-plavilnaya-pech-672.htm
Источник — http://www.nkvp-petra.ru/melting/indukcionnie-pechi-dly-plavki-tsvetnyh-metallov-v-razdatochnyh-pechah
Источник — http://pechiexpert.ru/induktsionnaya-pech-dlya-plavki-metalla/
Источник — http://tokar.guru/metallicheskie-izdeliya/pechi-i-mangaly/indukcionnaya-pech-dlya-plavki-metalla-svoimi-rukami.html
Источник — http://teplomex.ru/pechi/indukcionnaya-pech-svoimi-rukami-shema.html
Источник — http://stankiexpert.ru/spravochnik/litejjnoe-proizvodstvo/indukcionnaya-plavilnaya-pech.html
Источник — http://kotel.guru/pechi/dlya-doma/osobennosti-izgotovleniya-indukcionnoy-pechi-svoimi-rukami.html

Индукционная плавильная печь

Развитие современного производства и увеличение потребительского спроса на изделия, изготовленные из металла, сформировали толчок в сфере модернизации и усовершенствования металлообрабатывающей индустрии. В производстве металлических конструкций применяется, как основное оборудование, индукционная плавильная печь, которая приспособлена к переработке черных, цветных и драгоценных металлов.


Индукционные плавильные приспособления в основном применяют на литейных производствах больших и средних мощностей. С помощью таких устройств в цехах, где выполняется точное литье, получают стальные отливы максимального качества. Все машино- судостроительные предприятия оснащают свои производственно-ремонтные цеха индукционно плавильным оборудованием для переработки металлов.

 

Принцип действия индукционной плавильной печи

 

Стандартная индукционная плавильная печь работает по методу трансформаторного устройства. В роли первоначальной обмотки выступает специальный индуктор, что охлаждается в процессе работы печи холодной водой. Металл, который находится в тигле, является нагрузкой и, параллельно с этим, второй трансформаторной обмоткой.

 

 

Индуктор печи создает электромагнитную зону, что своим действием образует протекающий в тигле ток. Электричество, вырабатываемое индукторным магнитным полем протекает через обрабатываемые изделия из металла, вызывая их нагрев до максимально высоких температур. Нагреваясь, металл плавится. Для каждого вида металла задается своя, определенная мощность подаваемого напряжения.

 

Устройство индукционной плавильной печи

 

По своей конструкции индукционная плавильная печь складывается из главного приспособления для плавки и вспомогательного набора оборудования. Плавильное устройство является опорным каркасом, в состав которого входят две сварные стойки, плунжеры гидравлического типа и узловая часть размещения индуктора. Установочный узел изготавливается из листопрокатной нержавейки.


Многовитковая катушка индуктора плавильной печи, охлаждаемая водой, изготавливается из медной трубы. Подача воды и электрической энергии на катушку осуществляется через последовательно прикрепленные, гибкие кабеля. Необходимый наклон печи 95 градусов за двадцать секунд обеспечивается плунжерами, приводящимися в движение гидравликой. Панель управление наклонным углом располагается в рабочей зоне устройства и работает по принципу гидравлического распределителя.

 

 

 

Индукционная плавильная печь питается от электросети с использованием преобразователя частот тиристорного типа, преобразовывающего трехфазную подачу тока повышенной частоты в однофазный электрический поток. Передняя панель управления содержит защитные датчики и приборы контроля над работой преобразователя. Регулировка частот в рабочем процессе выполняется автоматически, по заранее заданной программе. На воронке для слива расплавленных металлов установлена система сигнализации и контроля охладительных процессов, уровня конденсации рабочего сектора индукционной печи.


Изготавливается индукционная плавильная печь с использованием новейших, современных технологий. Оборудование комплектуется прочными, износостойкими деталями, благодаря которым минимизируется потеря в контуре устройства. Стоимость плавильного оборудования зависит от мощностей и уровня производительности, которые задаются производителем. Приобретая устройства для плавки различных металлов через проверенных поставщиков, работающих напрямую с изготовителем, можно получить положительное соотношение качества и производительных мощностей со стоимостью изделия.

 

 

Как на самом деле работает индукционный нагрев?

Оборудование для индукционного нагрева используется для плавки, нагрева и сварки в различных отраслях промышленности, от производства до литейного производства. Только в автомобилестроении используется до 13% мировой стали. Но что на самом деле означает индукция и чем она отличается от других методов нагрева?

Индукция – это уникальный метод нагрева. Индукционные печи используют физику, электромагнетизм и управление процессом плавки стали.Тем не менее, основные концепции оборудования для индукционного нагрева и принцип его работы на самом деле легко понять.

Как работают индукционные печи?

Индукционный нагрев начинается с катушки из проводящего материала, такого как медь. Электрический ток проходит через катушку и создает магнитное поле.

Магнитное поле может менять направление в зависимости от направления протекания тока. Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле, которое изменяется в том же направлении и с той же скоростью, что и ток.Например, магнитное поле будет менять направление 60 раз в секунду, если ток равен 60 Гц переменного тока.

Как это магнитное поле воздействует на заготовку?

Заготовка, помещенная в изменяющееся магнитное поле, вызывает индуцированное напряжение в заготовке. Наведенное напряжение заставляет электроны течь, называемые током, в направлении, противоположном направлению тока в катушке.

Вы можете контролировать частоту тока в заготовке, контролируя частоту тока в катушке.Но как это вызывает тепло? Через сопротивление.

Электроны, движущиеся в токе заготовки, будут иметь некоторое сопротивление. Это сопротивление проявляется в виде тепла. Поэтому, когда на заготовку подается ток с более высоким сопротивлением, она выделяет больше тепла и допускает индукционный нагрев.

Чем это отличается от других методов нагрева?

Индукционный нагрев — не единственный метод нагрева. В некоторых отраслях промышленности используются газовые печи, электрические печи и даже соляные ванны для нагрева объекта без индукции.Но эти методы основаны на передаче тепла от другого источника тепла.

Индукционный нагрев не использует тепло источника для нагрева другого продукта. Он основан на тепле, выделяемом на поверхности продукта потоком тока, вызванным магнитным полем.

Где я могу найти оборудование для индукционного нагрева рядом со мной?

Ищете ли вы сталеплавильную индукционную печь, бывшую в употреблении индукционную печь или запасные части, у Amelt есть то, что вам нужно.Чтобы узнать больше о нашем восстановленном оборудовании и другом оборудовании для индукционного нагрева, свяжитесь с Amelt сегодня.

Принцип работы индукционной плавильной печи

Индукционная плавильная печь использует источник питания средней частоты 200 ~ 2500 Гц для индукционного нагрева, а диапазон мощности составляет
20 ~ 2500 кВт, в соответствии с его характеристиками, она также называется среднечастотной индукционной плавильной печью. Индукционная электрическая печь средней частоты в основном используется для плавки золота, платины, серебра, меди, железа, нержавеющей стали, алюминиевого сплава, алюминия и других металлов.Это необходимое оборудование для университетских лабораторий, научно-исследовательских институтов, обработки ювелирных изделий и точного литья. Эффективная выходная мощность используемого источника питания средней частоты достигает более 90%, что позволяет экономить электроэнергию и экономить энергию, что составляет более 60% энергосбережения по сравнению с традиционными источниками питания.

Полный комплект оборудования индукционной плавильной печи включает шкаф питания средней частоты, компенсационный конденсатор, корпус печи и кабель с водяным охлаждением, а также редуктор.Корпус печи состоит из четырех частей: кожуха печи, индукционной катушки, футеровки печи и откидного редукционного короба печи. Корпус печи выполнен из немагнитных материалов. Индукционная катушка представляет собой спиральную медную трубку, изготовленную из прямоугольной полой трубки. Охлаждающая вода проходит через трубу во время плавки. . Медный стержень от катушки соединяется с водоохлаждаемым кабелем, а футеровка печи примыкает к индукционной катушке, которая уплотняется и спекается кварцевым песком. Наклон корпуса печи непосредственно вращается коробкой редуктора наклона печи.

Принцип работы индукционной плавильной печи:

Индукционная плавильная печь использует источник питания средней частоты для создания магнитного поля средней частоты, которое индуцирует вихревые токи в материале и выделяет тепло для достижения цели нагрева материала. Электропечь средней частоты использует источник питания средней частоты  200-2500 Гц для индукционного нагрева, плавления и сохранения тепла. Плавильная печь в основном используется для плавки углеродистой стали, легированной стали, специальной стали, а также может использоваться для плавки меди, алюминия, свинца, цинка и других цветных металлов.Оборудование имеет небольшой размер, малый вес, высокую эффективность, низкое энергопотребление, быстрое плавление и нагрев, простое управление температурой печи и высокую эффективность производства.

 

 


индукционная печь-Luoyang Hongteng Electrical Equipment Co., Ltd.

Нагревательная печь промежуточной частоты представляет собой индукционное нагревательное оборудование, предназначенное для ковки металла или термообработки с отпуском. Обычно он используется для нагрева перед ковкой, а температура нагрева составляет 1200 градусов, а температура нагрева для закалки обычно находится в пределах 1000 градусов.Это применение нагрева промежуточной частоты определяет, что принцип нагрева нагревательной печи промежуточной частоты предназначен только для целей нагрева и не может плавить металл. Поэтому, если отопительная печь по своей конструкции принципиально отличается от других видов отопительных печей, далее речь пойдет о принципе работы отопительной печи.

1. Принцип нагрева печи промежуточной частоты основан на электромагнитном индукционном нагреве и следует теории электромагнитных эффектов, таких как эффект электромагнитного кольца, скин-эффект, эффект острого угла, эффект близости, эффект диатермии, эффект проводимости и т. д.

2. Печь промежуточной частоты в основном состоит из устройства переменной частоты и индукционной катушки, устройство преобразования частоты переменного тока промышленной частоты 50 Гц в промежуточную частоту 100–10000 Гц переменного тока, трехфазный переменный ток в постоянный ток (dc) после выпрямления промышленной частоты, а затем проложен регулируемый электрический ток промежуточной частоты, подача постоянного тока конденсатором и индуктором в поток переменного тока промежуточной частоты, генерируют силовые линии магнитного поля высокой плотности в индукционной катушке, индукционной катушке и резка металлических материалов в cheng fang, создает много вихревых токов в металлических материалах.

3. Устройство преобразования частоты и индукционная катушка нагревательной печи промежуточной частоты заставляют нагреваемый металлический материал производить вихревой ток, который также имеет некоторые свойства тока промежуточной частоты, то есть свободные электроны самого металла текут в металлический корпус с сопротивлением для выделения тепла. Например, металлический цилиндр имеет переменный ток средней частоты в индукционной катушке, металлический цилиндр не имеет прямого контакта с индукционной катушкой, температура электрической катушки очень низкая, но поверхности нагреваются. до покраснения и даже плавления, а покраснение и скорость плавления могут быть достигнуты, если отрегулировать размер и силу текущей частоты.Если цилиндр размещен в центре змеевика, температура вокруг цилиндра одинакова, а нагрев и плавление цилиндра не производят вредных газов или светового загрязнения окружающей среды.

Чтобы подвести итог, основной принцип, если нагревание печи электромагнитной индукции, весь принцип нагрева вокруг электромагнитных эффектов различных электромагнитных для проектирования, если нагревание печи отопления.

Безтигельные индукционные печи и ванны для металла

Безтигельные индукционные печи обычно используются в литейных цехах для плавки переработанного металлолома с получением расплавленного металла для изготовления отливок (рис. 1).

В индукционных тигельных печах электромагнитное перемешивание ванны расплавленного металла происходит при подаче питания на печь. Движение ванны происходит по всей ванне, что обеспечивает хорошее перемешивание и равномерное диспергирование сплавов. Индукционная печь обычно конструируется таким образом, чтобы степень перемешивания соответствовала типу расплавляемого металла. Факторы, влияющие на перемешивание, включают плотность металла в ванне, электрическую проводимость, размер тигля, высоту ванны, номинальную мощность и частоту.Как правило, перемешивающее действие увеличивается прямо пропорционально приложенной мощности и уменьшается пропорционально квадратному корню из увеличения частоты. Более тяжелые металлы, такие как железо и медь, будут шевелиться меньше, чем более легкие металлы, такие как алюминий, при той же приложенной мощности и частоте.

Типичные схемы перемешивания для однофазной индукционной печи показаны на рисунках 2a и 2b.

Индукционная катушка создает электромагнитное поле, которое создает силу между катушкой и расплавленным металлом.Это отталкивает металл от боковых стенок тигля в верхней части тигля. Образующийся зазор называется мениском. Мениск возникает из-за приложенного переменного магнитного поля, создаваемого катушкой индукционной печи, которая индуцирует сильный ток в ванне расплавленного металла. Эти две силы отталкивают друг друга, в результате чего между стенкой тигля и расплавленным металлом образуется видимый зазор.

Помимо выделения тепла из-за эффекта Джоуля (также известного как потери), наведенное магнитное поле взаимодействует с приложенным магнитным полем, создавая силу, которая отталкивает расплавленный металл от стенки тигля.Эта сила представлена ​​красными стрелками на рисунке 3.

Электромагнитно-индуцированные вихревые токи вызывают вихревое движение, которое перемещает расплавленный металл по определенной схеме потока, как показано на рисунке 3.

Скорость металла может быть до 2,5 м/с.

Для эффективного плавления лома, содержащего стружку и небольшие легкие куски, необходимы более высокие скорости перемешивания, приближающиеся к максимальному пределу, а также большой мениск для быстрого втягивания лома под поверхность расплавленного металла.Для более тяжелого лома обычно достаточно более низких скоростей. Напротив, для некоторых сплавов, таких как сталь, требуется свести к минимуму перемешивание, чтобы уменьшить атмосферное загрязнение расплава. Современные индукционные печи питаются от преобразователей, которые выполняют функцию преобразования трехфазного переменного тока частотой 50 или 60 герц, доступного от общей электросети, в однофазный источник питания соответствующей частоты и уровня напряжения для конкретной печи.

Многофазные индукционные печи без тигля
Когда требуются более высокие скорости перемешивания, чем те, которые могут быть достигнуты в однофазной печи, индукционная печь может быть сконструирована с многосекционным змеевиком, как правило, двумя или тремя секциями, приводимыми в действие специальным перемешивающим устройством. преобразователь, который выдает несколько сдвинутых по фазе выходных напряжений. Соотношение между перемешивающим действием и индуцированным теплом зависит от фазового сдвига напряжения, приложенного между секциями катушки, с большим нагревом и меньшим перемешиванием при низких фазовых сдвигах и большим перемешиванием и меньшим нагревом при более высоких фазовых сдвигах.Это обеспечивает уникальную гибкость процессов, требующих контролируемого перемешивания и нагревания.

Электрическая блок-схема типичного перемешивающего преобразователя и переключаемого плавильного преобразователя показана на рис. 4.

Для многофазного перемешивания индукционная печь должна иметь многосекционный змеевик. На каждую фазу приходится одна секция катушки. Например, трехфазный змеевик для перемешивания будет иметь три секции змеевика с независимым питанием. Питание, подаваемое на катушку, может поступать от трансформатора, и в этом случае фазовый сдвиг между приложенными напряжениями будет фиксированным, обычно 60 градусов.Он также может быть сгенерирован преобразователем, который позволяет бесступенчато изменять фазовый сдвиг. Изменяя фазовый сдвиг, можно оптимизировать отношение перемешивающего действия к мощности индуцированного нагрева для конкретного процесса. При переключении чередования фаз направление перемешивания может быть вверх или вниз.

В режиме перемешивания сдвинутые по фазе напряжения подаются последовательно на каждую секцию катушки, обеспечивая усиленный эффект перемешивания, до пяти раз больший, чем в однофазной печи той же приложенной мощности.

При плавке секции катушки могут питаться от однофазного источника. При подаче однофазного питания печь может передавать больше энергии в шихту для эффективного плавления. После того, как ванна расплавлена, применяется трехфазная мощность перемешивания для эффективного смешивания легирующих элементов в ванне расплава, в то же время снижая поглощаемую мощность. Таким образом, индукционная печь с многофазным перемешиванием может оптимизировать сочетание характеристик плавления и перемешивания до идеального баланса для конкретного процесса.Эта особенность облегчает производство специальных сплавов, таких как композиты с металлической матрицей, содержащие трудно смешиваемые добавки. Пример схемы перемешивания с восходящим потоком в многофазной печи показан на рис. 5. Схема перемешивания с восходящим потоком может создать вогнутый мениск, который в некоторых случаях может улучшить извлечение модификаторов легких металлов.

Третий тип метода перемешивания – перемешивание с амплитудной модуляцией. Этот метод применим к стандартной однофазной индукционной печи. Однофазная мощность модулируется более низкой частотой, периодически повышая и понижая мощность с контролируемой скоростью.Повышение и понижение мощности вызывает «волновое действие» на поверхности ванны. Ванна сжимается к центру магнитной силой катушки печи, а затем сжимающая сила ослабевает, позволяя металлу течь обратно к стенке тигля. Воздействие волн на поверхность ванны может помочь легкому лому, такому как стружка, которая в противном случае имела бы тенденцию плавать на поверхности ванны и окисляться в окалина или шлак, быстрее поглощаться поверхностью ванны. Обычное движение ванны однофазной индукционной печи продолжается ниже поверхности ванны расплава.Этот метод перемешивания может обеспечить некоторое улучшение способности смачивать легкие модификаторы, такие как углерод или кремний, особенно в печах с недостаточной мощностью, которые в противном случае были бы недостаточно перемешиваемыми.

Рекомендации по проектированию для обеспечения хорошей производительности перемешивания
Для разработки систем печей, которые постоянно обеспечивают необходимый уровень перемешивания для конкретного применения, была разработана концепция коэффициента перемешивания. Фактор перемешивания, равный 100 %, представляет собой максимальное практическое количество перемешивания (скорость + мениск), которое может быть безопасно достигнуто без чрезмерного разбрызгивания или выброса ванны с расплавленным металлом.

Было доказано, что для типичных применений плавления следующие рекомендации по диапазону коэффициента перемешивания позволяют достичь хороших практических результатов:

Для железа обычно желателен высокий коэффициент перемешивания для быстрой гомогенизации углерода, кремния и других модификаторов в расплавленном чугуне во время химических корректировок ближе к концу цикла плавки.

Для латуни, меди и алюминия обычно предпочтительнее умеренный коэффициент перемешивания. Исключение составляет случай, когда стружка должна быть расплавлена.В таких случаях указывается высокий коэффициент перемешивания, обычно близкий к 100%, чтобы быстро абсорбировать стружку в ванну с расплавленным металлом. Из-за своих малых размеров стружка не может взаимодействовать с магнитным полем индукционной печи, поэтому ее необходимо плавить за счет теплопроводности ванны расплавленного металла, которая нагревается за счет электромагнитной индукции.

Для стали обычно требуется очень низкий коэффициент перемешивания. Низкая перемешивающая активность снижает газопоглощение и шлаковые включения в расплавленной стали.Это имеет решающее значение для изготовления стальных отливок хорошего качества в литейных цехах, особенно там, где не будет производиться дальнейшая обработка расплава для удаления газов и шлаковых включений.

На сталелитейных заводах, где расплав очищается на вторичном этапе, таком как AOD, или на другом этапе обработки, в плавильной печи допускается более высокий коэффициент перемешивания.

Хорошие комбинации размера печи, номинальной мощности и частоты для железа, меди/латуни, алюминия и стали можно рассчитать с помощью уравнений, приведенных в этой статье.Эти руководящие принципы позволяют определить систему печей, которая будет обеспечивать желаемую производительность перемешивания в большинстве применений. В каждом случае следует проводить подробный анализ, чтобы убедиться, что достигается оптимальная производительность.

Нажмите здесь , чтобы увидеть эту статью в выпуске Modern Casting за ноябрь 2018 г.

Принцип индукционной печи без сердечника

Здравствуйте, друзья, сегодня я расскажу вам принцип индукционной печи без сердечника, принцип работы индукционной печи без сердечника или высокочастотной индукционной печи, преимущества индукционной печи без сердечника : Если вы также хотите знать, то продолжайте читать эту статью полностью.

Принцип: индукционная печь без сердечника или высокочастотная индукционная печь

Как следует из названия, индукционная печь без сердечника не имеет магнитного сердечника для соединения первичной катушки с шихтой. Он состоит из трех основных частей.

(i) Первичный змеевик (ii) Огнеупорный сосуд (ii) Рама (для поддержки)

Особенностью этой печи является то, что она не имеет постоянной железной катушки для магнитного потока и в ней используется меньше огнеупорного материала по сравнению с другими типами печей.Стандартные тигли используются для небольших печей. Шихту помещают в тигель, а катушку первичной обмотки подключают к сети переменного тока высокой частоты.

Поток, создаваемый первичной обмоткой, создает вихревые токи в заряде, которые пытаются протекать через концентрический индуктор. Эти вихревые токи нагревают заряд до точки плавления и генерируют электромагнитные силы, заставляющие заряд быстро вращаться. Это придает аналогичное качество металлу.

Из-за высокой частоты во вторичной обмотке создается необходимое напряжение, а в первичной обмотке из-за скин-эффекта выделяется тепло.Поэтому в первичной обмотке витки выполнены из полых трубок, а для их охлаждения по ним пропускается вода.

Для этих печей необходимы изолированные опоры, в противном случае магнитное поле полосы вне первичной обмотки создает электродвижущую силу, вызывающую протекание в ней вихревых токов и снижающую ее КПД.

Преимущества тигельной индукционной печи

Тигельные печи имеют следующие преимущества:
(i) Меньше эксплуатационные расходы.
(ii) Установка обходится дешевле.
(iii) Автоматическое перемешивание осуществляется за счет вихревых токов.
(iv) В нем отсутствуют пыль, грязь, шум и т.п.
(v) Нагрев не требует времени. Таким образом, его также можно использовать с перерывами.
(vi) При этом возможен правильный контроль мощности.
(vii) Имеет короткое время плавления, не теряет заряда. Поэтому он наиболее подходит для производства сплавов из высококачественной стали.

что вы сегодня узнали:-

Друзья, сегодня вы узнали принцип индукционной печи без сердечника, принцип индукционной печи без сердечника или высокочастотной индукционной печи, преимущества индукционной печи без сердечника, индукционную печь без сердечника, принцип индукционной печи без сердечника.Если вам понравилась предоставленная мной информация, вы можете поделиться ею со своими друзьями, а если у вас есть какие-либо вопросы или предложения, то вы можете сказать об этом, оставив комментарий ниже.

Как работает индукционная печь?

Вопрос задан: г-ном Эносом Штидеманном
Оценка: 4,5/5 (2 голоса)

В индукционной печи катушка, по которой проходит переменный электрический ток, окружает контейнер или камеру из металла . В металле (шихте) индуцируются вихревые токи, циркуляция которых создает чрезвычайно высокие температуры для плавления металлов и получения сплавов точного состава.

Эффективны ли индукционные печи?

В типичной индукционной печи потери энергии в оборудовании составляют от 100 до 130 кВтч на тонну. КПД печи составляет от 65 до 75% .

Насколько горячей может быть индукционная печь?

Индукционные печи не имеют предела температуры, при которой они могут плавиться и/или нагреваться . Однако огнеупоры и материалы, содержащие нагретый или расплавленный материал, имеют ограничения.Самая высокая температура, обычно достигаемая на открытом воздухе, составляет около 3300°F для расплава платины.

Что такое индукционная печь, на каком принципе она основана?

Принцип работы индукционной печи — индукционный нагрев: Индукционный нагрев — это форма бесконтактного нагрева проводящих материалов. Принцип индукционного нагрева в основном основан на двух хорошо известных физических явлениях: Электромагнитная индукция .

Каковы преимущества индукционной печи?

Индукционные печи мощностью от менее одного килограмма до ста тонн используются для плавки железа и стали, меди, алюминия и драгоценных металлов.Преимущество индукционной печи заключается в чистом, энергоэффективном и хорошо контролируемом процессе плавки по сравнению с большинством других средств плавки металлов .

Найдено 45 связанных вопросов

Каково применение индукционной печи?

Индукционные печи могут использоваться для плавки нестандартных отливок или отливки крупных бронзовых конструкций . Они сконструированы таким образом, чтобы обеспечить плавление, необходимое для большинства применений меди, с низкими потерями металла и точным контролем температуры.Производство сплавов.

Какие существуют типы индукционных печей?

Существует два основных типа индукционных печей: тигельные и канальные . а также многие цветные сплавы. Печь идеально подходит для переплавки и легирования благодаря высокой степени контроля температуры и химического состава, а индукционный ток обеспечивает хорошую циркуляцию расплава.

Что такое индукционная печь стержневого типа?

Индукционная печь с сердечником

По сути, это трансформатор с металлической загрузкой, которая нагревается как одновитковая короткозамкнутая вторичная обмотка и магнитно связана с первичной обмоткой железным сердечником.Ток, протекающий через заряд, очень велик и может составлять порядка нескольких тысяч ампер.

В чем разница между индукционной печью и электродуговой печью?

Индукционная печь нагревается быстрее и имеет более высокий термический КПД. Тепло вырабатывается в печи (жидкая сталь), поэтому скорость нагрева высокая. В дуговой печи тепло дуги после очистки материала должно передаваться расплавленной стали через шлак, что является косвенным нагревом.

Возможен ли индукционный нагрев нержавеющей стали?

Индукционные варочные поверхности подходят для любых кастрюль с высоким содержанием черных металлов на дне. Чугунные сковороды и любые черные металлические или железные сковороды подойдут для индукционной варочной поверхности. Сковороды из нержавеющей стали можно использовать на индукционной поверхности , если основание сковороды выполнено из магнитной нержавеющей стали .

Какие металлы можно нагревать индукционным способом?

Какие металлы можно нагревать с помощью индукции?

  • Медь и медные сплавы.
  • Латунь.
  • Алюминий.
  • Железо.
  • Сталь и нержавеющая сталь.
  • Вольфрам.
  • Хром.
  • Никель и никелевые сплавы.

Каков принцип диэлектрического нагрева?

При диэлектрическом нагреве энергия высокочастотного электромагнитного поля переходит в тепловую энергию . Это происходит за счет воздействия переменного электромагнитного поля на полярные молекулы материала.

Как выбрать индукционную печь?

Вот 10 факторов, которые следует учитывать при выборе системы индукционного нагрева.

  1. Материал вашей партии. Индукция непосредственно нагревает проводящие материалы, такие как металлы. …
  2. Глубина проникновения нагрева. …
  3. Рабочая частота. …
  4. Приложенная мощность. …
  5. Требуется повышение температуры….
  6. Конструкция катушки. …
  7. Эффективность соединения. …
  8. Ваш объект и след.

Можно ли плавить сталь электричеством?

Около четверти стали в мире производится электродуговым методом , в котором используются сильноточные электрические дуги для плавления стального лома и превращения его в жидкую сталь определенного химического состава и температуры.

Каковы будут недостатки использования индукционной печи стержневого типа?

Недостаток индукционной печи с сердечником

Поэтому реактивное сопротивление рассеяния высокое, а коэффициент мощности низкий . Если для работы такой печи используется источник питания нормальной частоты, электромагнитные силы вызывают сильное действие струны в расплавленном металле, показывающем низкочастотный источник питания.

Что такое коэффициент мощности индукционной печи?

Рабочий коэффициент мощности таких печей очень низкий (между 0.1 и 0.3) . Поэтому статические конденсаторы используются для улучшения коэффициента мощности установки.

В чем преимущество электрического отопления?

Преимущества электрического отопления:

  • Экономичность: Электрическое отопление экономично, так как электрические печи дешевле как по первоначальной стоимости, так и по стоимости обслуживания. …
  • Чистота: …
  • Отсутствие дымовых газов: …
  • Простота управления: …
  • Автоматическая защита: …
  • Верхний предел температуры: …
  • Особые требования к отоплению: …
  • Высокая эффективность использования:

Как снизить энергопотребление моей индукционной печи?

Другим способом снижения энергопотребления в печи является разливка при минимально возможной температуре и предотвращение превышения температуры .Например, если температура металла, который мог бы быть разлит при температуре 2750°F, возрастет менее чем на 10% до 3000°F, потери тепла увеличатся на 33%, что приведет к значительному увеличению потребления энергии.

Как работает вагранка?

Как работает вагранка? Вагранка работает по принципу сжигания кокса, образует (углекислый газ и тепло) и поэтому заставляет плавиться железо.Расплавленное железо получает понижение. Вагранка работает, когда на змеевик подается электричество, и поэтому она заставляет железо плавиться.

Что такое тигель печи?

Тигельные печи являются одним из старейших и простейших типов плавильных печей, применяемых в литейном производстве . В печах используется огнеупорный тигель, в котором находится металлическая шихта. … Фактический тигель представляет собой контейнер, который может выдерживать очень высокие температуры и поэтому используется для плавления таких материалов, как металлы.

Каковы недостатки индукционного нагрева?

Недостатки индукционного нагрева:

  • Стоимость оборудования и стоимость процесса очень высоки.
  • Эффективность обогрева низкая, во многих случаях менее 50%.
  • Нагрев будет больше в областях заготовки ближе к нагревательному змеевику.

Что такое индукционный нагрев и его виды?

В процессах индукционного нагрева используются токи, индуцированные электромагнитным воздействием в нагреваемом материале .Имеется первичная обмотка, через которую проходит переменный ток. … Катушка магнитно связана с нагреваемым металлом, который действует как вторичный.

Какой вид нагрева называется индукционным?

Процесс индукционного нагрева

Индукционный нагрев похож на эффект джоулева нагрева, но с одной важной модификацией. Токи, нагревающие материал, индуцируются посредством электромагнитной индукции; это процесс бесконтактного нагрева .Индукционная катушка над проводящим материалом (медная пластина).

Экономия электроэнергии в индукционных тигельных печах

Безтигельная индукционная печь представляет собой, по сути, сосуд с огнеупорной футеровкой, окруженный питаемой током медной катушкой с водяным охлаждением. Электрический ток в катушке образует электромагнитное поле, вырабатывающее тепловую энергию, плавящую заряд. Магнитные токи в расплавленном металле вызывают интенсивное перемешивание, что обеспечивает однородность жидкой массы.

Во всех индукционных тигельных печах существует «идеальная» толщина стенки огнеупора, тщательно рассчитанная производителями для обеспечения оптимальной производительности плавки. В этот расчет включены соображения безопасности, электрические характеристики катушки, электрическая проводимость металлического заряда, конструктивные и огнеупорные соображения, эксплуатационные ограничения и производственные потребности. Когда диаметр расплава в печи уменьшается из-за наростов, процесс плавления становится скомпрометированным.Традиционно для удаления отложений операторы печи должны механически очищать футеровку, что также может привести к повреждению огнеупорной поверхности. Во время этого процесса мощность обычно снижается из соображений безопасности. Результатом является снижение процентного использования мощности, что приводит к увеличению потребления энергии, что графически показано ниже:

Во время плавки неизбежно образование шлака. В индукционных тигельных печах остатки шлака обычно откладываются вдоль огнеупорных стенок и внутри катушки активной мощности.Состав шлака зависит от типа металла, расплавляемого в тигельной печи. Чистота металлической шихты (состоящей из покрытых песком литников и стояков или скрапа, покрытого ржавчиной и грязью) существенно влияет на тип шлака, образующегося в процессе плавки. Поскольку эти оксиды и неметаллы не растворяются в расплавленном металле, они плавают в жидком металле в виде эмульсии. Эта эмульсия частиц шлака остается стабильной, если расплавленный металл постоянно перемешивается в результате магнитного перемешивания, присущего индукционной плавке без стержня.До тех пор, пока размер частиц неметалла не увеличится до точки, при которой эффект плавучести будет компенсировать действие перемешивания, частица будет оставаться во взвешенном состоянии. Когда эффекты флотации становятся достаточно сильными, неметаллы поднимаются на поверхность расплавленного металла и слипаются в виде шлака. Как только неметаллы сливаются в плавающую массу на жидком металле, их можно удалить. Применение флюсов ускоряет эти процессы.

Когда шлак вступает в контакт с горячей поверхностью огнеупорной стенки, температура которой ниже температуры плавления шлака, охлаждающийся шлак прилипает к футеровке.Этот прилипающий материал называется наращиванием. Шлаки с высокой температурой плавления особенно склонны к образованию отложений. Если не предотвратить образование или не удалить по мере его образования, накопление снизит общую эффективность.

Контроль налипания обеспечивает непрерывную работу печи. Налипание можно контролировать или устранить добавлением флюсов. Следует отметить, что в прошлом производители огнеупорных материалов не поощряли использование флюсов на предприятиях черной металлургии. Однако новые разработки в области химии флюсов (Redux U.S. Patent 7,68,473) позволяют использовать флюсы в печах, футерованных даже кремнеземистыми огнеупорами, без воздействия на огнеупоры. Как правило, добавление флюсов обеспечивает температуру плавления шлаков ниже самой низкой температуры в системе. Флюсы могут помочь предотвратить замерзание шлаков и других нерастворимых веществ на более холодных огнеупорных поверхностях. Использование флюса позволяет флотировать эмульгированные оксиды; он также снижает температуру плавления шлака до уровня ниже самой низкой температуры, встречающейся в плавильной печи и связанной с ней системе обращения с жидким металлом.

Неправильное использование флюсов может привести к быстрой эрозии огнеупорной футеровки печи, особенно если используются сильнодействующие флюсы на основе плавикового шпата. Однако, если флюс тщательно разработан для конкретных применений и правильно используется, срок службы огнеупора может фактически увеличиться. Некоторые литейные заводы, использующие специальные флюсы, сообщают об увеличении срока службы огнеупоров. Один крупный литейный завод значительно увеличил срок службы футеровки с 11 месяцев до 26 месяцев, просто внедрив Redux в свою работу. Срок службы огнеупора также может быть увеличен за счет уменьшения повреждений из-за механического измельчения, необходимого для удаления стойких шлаковых отложений.Устранение накопления оптимизирует использование мощности, тем самым снижая потребление энергии.

Foundry G — производитель отливок из серого чугуна среднего размера. Исторически компания сталкивалась с обширным скоплением шлака на верхних боковых стенках своих четырех 3-тонных среднечастотных безтигельных индукционных печей при полупериодической плавке. Шихта литейного цеха G состоит на 100% из металлической мелочи. Каждая тигельная печь футерована сухим вибрационным огнеупором из кремнезема. Во время плавки образование шлака и сопровождающее его накопление сразу снижали производительность печи и способствовали увеличению энергопотребления.После 48 часов работы по всей боковой стенке образовались отложения в три дюйма. Foundry G первоначально использовала 2 фунта флюса Redux EF40L на тонну шихты, добавляя ее к каждой обратной шихте, чтобы определить ее влияние на накопление. EF40L помещали в печь перед обратной загрузкой поверх существующего расплавленного металла, чтобы обеспечить отличное перемешивание (минимум 50% ванны расплавленного металла). Были замечены немедленные улучшения, и отложения вдоль боковых стенок были практически устранены. Foundry G заметила следующие преимущества постоянного использования Redux:

  • Использование Redux EF40 снижает склонность к образованию мостиков благодаря более чистым огнеупорным стенкам
  • Снижение энергопотребления при каждой плавке
  • Значительно сокращено почасовое обслуживание за счет очистки
  • Стабильная производительность печи с меньшим количеством перерывов для загрузки
  • Наблюдалось улучшение «электрической связи» при улучшенном контроле температуры
  • Отсутствие неблагоприятного воздействия на сухую вибрирующую огнеупорную футеровку из кремнезема.

Литейный завод D эксплуатирует две 12-тонные среднечастотные печи без тигельного котла мощностью 9000 кВт и частотой 180 Гц для периодической плавки ковкого чугуна. Каждая 12-тонная загрузка состоит из 15% ковкого чугуна, с добавлением 35% зажимов из углеродистой стали и 50% ковкого возвратного материала. Средняя температура крана составляет 2775°F. Текущее время плавки партии (от загрузки до полного расплавления) обычно составляет 40-50 минут на одну плавку. Печь футерована сухой вибрационной футеровкой из кремнезема. Без флюсования вдоль боковых стенок печи, в том числе в катушке активной мощности, возникали бы наросты.Это привело к задержке загрузки, снижению производительности печи и увеличению времени простоя для очистки футеровки, что добавило от 5 до 15 минут на плавку. Отложения над линией расплавленного металла (в области верхней крышки) вызвали дополнительные задержки производства. Добавление 6 фунтов флюса Redux EF40 при каждой заправке устраняет накопление шлака. Срок службы огнеупорной футеровки увеличился с 4500 тонн производительности до 7500 тонн на установку футеровки. Foundry D продолжает пользоваться следующими преимуществами флюсования:

  • Объем печи остается постоянным на уровне 12 метрических тонн
  • Стабильные циклы плавки по 40-50 минут для каждой загрузки
  • Менее частая очистка верхней крышки
  • Задержки на литейной линии для жидкого чугуна уменьшены на 50%
  • Уменьшение механических повреждений огнеупора за счет устранения соскабливания.

Проблемы, связанные с нерастворимыми отложениями и шлаком, стали серьезной проблемой для литейных производств. Эти проблемы, вероятно, будут усиливаться по мере того, как качество металлолома продолжает ухудшаться. Правильное использование флюсов может облегчить эти проблемы, одновременно повысив эффективность плавки и сэкономив время и электроэнергию литейных цехов, и, самое главное, повысив рентабельность.

Д. К. Уильямс является в.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.