Как сделать печь для плавки металла. Плавильная индукционная печь для металла, схема, свойства видов Как сделать печь для плавки железа

Индукционная печь часто используется в сфере металлургии, поэтому данное понятие хорошо знакомо людям, которые в той или иной степени связаны с процессом плавки различных металлов. Устройство позволяет преобразовывать электричество, образованное магнитным полем, в тепло.

Подобные устройства продаются в магазинах по довольно высокой цене, но если вы обладаете минимальными навыками использования паяльника и умеете читать электронные схемы, то можно попробовать изготовить индукционную печь своими руками.

Самодельное устройство вряд ли подойдёт для выполнения сложных задач, но вполне справится с базовыми функциями. Собрать устройство можно на основе рабочего сварочного инвертора из транзисторов, либо на лампах. Самым производительным при этом является именно устройство на лампах за счёт высокого КПД.

Принцип работы индукционной печи

Нагревание металла, помещённого внутрь устройства, происходит путём перехода электромагнитных импульсов в энергию тепла. Электромагнитные импульсы вырабатываются катушкой с витками из медной проволоки или трубы.

Схема индукционной печи и схемы проведения нагрева

При подключении устройства через катушку начинает проходить электрический ток, а вокруг появляется электрическое поле со временем меняющее своё направление. Впервые работоспособность такой установки была описана Джеймсом Максвеллом.

Объект, который нужно нагреть, необходимо поместить внутрь катушки или недалеко от неё. Целевой предмет будет пронизываться потоком магнитной индукции, а внутри появится магнитное поле вихревого типа. Таким образом, индукционная энергия перейдёт в тепловую.

Разновидности

Печи на индукционной катушке, принято подразделять на два вида в зависимости от типа конструкции:

• Канальные;
• Тигельные.

В первых устройствах металл для расплавки находится перед индукционной катушкой, а в печах второго типа помещается внутри неё.

Собрать печь можно, соблюдая следующие шаги:

1. Медную трубу сгибаем в виде спирали. Всего необходимо сделать около 15 витков, расстояние между которыми должно быть не меньше 5 мм. Внутри спирали должен свободно располагаться тигель, где и будет происходить процесс выплавки;
2. Изготавливаем надёжный корпус для устройства, который не должен проводить электрический ток, и обязан выдерживать высокие температуры воздуха;
3. Дросселя и конденсаторы собираются по обозначенной выше схеме;
4. К схеме подключается неоновая лампа, которая будет сигнализировать о том, что устройство готово к работе;
5. Также припаивается конденсатор для подстройки ёмкости.

Использование для обогрева

Индукционные печи подобного вида могут использоваться и для обогрева помещения. Чаще всего их используют вместе с котлом, который дополнительно производит нагрев холодной воды. На деле конструкции применяются крайне редко из-за того, что в результате потерь электромагнитной энергии КПД устройства минимален.

Ещё один недостаток основан на потреблении устройством больших объёмов электроэнергии в процессе работы, потому устройство относится к категории экономически невыгодных.

Охлаждение системы

Устройство, собранное самостоятельно, необходимо оборудовать системой охлаждения, так как при работе все составные части будут находиться под воздействием высоких температур, конструкция может перегреться и сломаться. В печах, продающихся в магазине, охлаждение производится водой или антифризом.

При выборе охладителя для дома предпочтение отдаётся вариантам, которые наиболее выгодны для реализации с экономической точки зрения.

Для домашних печей можно попробовать использовать обычный лопастной вентилятор. Обращайте внимание на то, что устройство не должно стоять слишком близко к печи, так как металлические детали вентилятора негативно воздействуют на работоспособность устройства, а также способны размыкать вихревые потоки и снижать производительность всей системы.

Меры предосторожности при использовании устройства

Работая с устройством следует придерживаться следующих правил:

• Некоторые элементы установки, а также металл, который плавится, подвергаются сильному нагреву, в результате чего существует риск получить ожог;
• При использовании ламповой печи, обязательно размещайте её в закрытом корпусе, иначе велика вероятность поражения электрическим током;
• Перед работой с устройством уберите из зоны работы прибора все металлические элементы и сложные электронные приборы. Использовать устройство не стоит людям, у которых установлен кардиостимулятор.

Печь для плавки металлов индукционного типа может применяться при лужении и формовке металлических деталей.

Самодельную установку легко подогнать под работу в конкретных условиях, меняя некоторые настройки. Если придерживаться указанных схем при сборе конструкции, а также соблюдать элементарные правила безопасности, самодельное устройство практически не будет уступать магазинным бытовым приборам.

Индукционная плавильная печь применяется для плавления металлов и сплавов уже на протяжении последних нескольких десятилетий. Устройство получило широкое распространение в металлургической и машиностроительной областях, а также в ювелирном деле. При желании простую версию этого оборудования можно изготовить своими руками. Рассмотрим принцип работы и особенности применения индукционной печи подробнее.

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.

Устройство и применение индукционной печи

При желании можно создать индукционную печь для плавки металла из подручных материалов. Классическая конструкция имеет три блока:

1. Генератор, который создает ток высокой частоты переменного типа. Именно он создает электрический ток, преобразующийся в магнитное поле, проходящее через материал и ускоряя движение частиц. За счет этого происходит переход металла или сплавов из твердого состояния в жидкое.
2. Индуктор отвечает за создание магнитного поля, которое и нагревает металл.
3. Тигель предназначен для плавки материала. Он помещается в индуктор, а обмотка подключается к источникам тока.

Процесс преобразования электрического тока в магнитное поле сегодня применяется в самых различных отраслях промышленности.

К основным достоинствам индуктора можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Современное устройство способно направлять магнитное поле, за счет чего повышается КПД. Другими словами, проходит нагрев шихты, а не устройства.
2. За счет равномерного распространения магнитного поля заготовка нагревается равномерно. При этом с момента включения устройства до плавки шихты уходит небольшое количество времени.
3. Однородность получаемого сплава, а также его высокое качество.
4. При нагреве и плавлении металла не образуются испарения.
5. Сама установка безопасна в применении, не становится причиной образования токсичных веществ.

Существует просто огромное количество различных вариантов исполнения самодельных индукционных печей, каждая имеет свои определенные особенности.

Виды индукционных печей

Рассматривая классификацию устройств, отметим, что нагрев заготовок может проходить как внутри, так и снаружи катушки. Именно поэтому выделяют два типа индукционных печей:

1. Канальная. Подобного рода устройство имеет небольшие каналы, которые расположены вокруг индуктора. Для генерации переменного магнитного поля внутри расположен сердечник.
2. Тигельная. Эта конструкция характеризуется наличием специальной емкости, которую называют тигель. Изготавливается она из тугоплавкого металла с высоким показателем температуры плавления.

Важно, что канальные индукционные печи обладают большими габаритными размерами и предназначаются для промышленного плавления металла. За счет непрерывного процесса плавки можно получать большой объем расплавленного металла. Канальные индукционные печи применяются для плавки алюминия и чугуна, а также других цветных сплавов.

Тигельные индукционные печи характеризуются относительно небольшими размерами. В большинстве случаев подобного рода устройство применяется в ювелирном деле, а также при плавке металла в домашних условиях.

Создавая печь своими руками можно провести регулировку мощности, для чего изменяется количество витков. Стоит учитывать, что при повышении мощности устройства требуется более емкая батарея, так как повышается показатель энергопотребления. Для того чтобы снизить температуру основных элементов конструкции устанавливается вентилятор. При длительной эксплуатации печи ее основные элементы могут существенно нагреваться, что стоит учитывать.

Еще большое распространение получили индукционные печи на лампах. Подобную конструкцию можно изготовить самостоятельно. Процесс сборки имеет следующие особенности:

1. Медная трубка применяется для создания индуктора, для чего ее сгибают по спирали. Концы также должны быть большими, что требуется для подключения устройства к источнику тока.
2. Индуктор следует поместить в корпусе. Изготавливается он из термостойкого материала, который может отражать тепло.
3. Проводится соединение каскадов ламп по схеме с конденсаторами и дросселями.
4. Выполняется подключение неоновой лампы-индикатора. Она включается в схему для обозначения того, что устройство готово к работе.
5. В систему подключают подстроечный конденсатор переменной емкости.

Важным моментом является то, как можно провести охлаждение системы. При работе практически всех индукционных печей основные элементы конструкции могут нагреваться до высокой температуры. Промышленное оборудование имеет систему принудительного охлаждения, которое работает на воде или антифризе. Для того чтобы создать конструкцию водяного охлаждения своими руками требуется довольно много средств.

В домашних условиях устанавливается система воздушного охлаждения. Для этого устанавливаются вентиляторы. Следует располагать их так, чтобы обеспечивать беспрерывный поток холодного воздуха к основным элементам конструкции печи.

Если у вас есть необходимость в отжиге металлов, создании керамики, плавке цветных и том числе драгоценных металлов, можете соорудить себе вот такую простую печь. Большинство подобных печей стоит кучу денег, по словам автора, в его регионе цены находятся в районе 600-12000 $ за печь. В нашем же случае печь обошлась всего в 120 $, не считая регулятора температуры. Эта небольшая печь может выдавать температуру в районе 1100 o C.

Собирается самоделка просто, все детали стоят не дорого, а еще их можно быстро заменить при неисправности печи.

Некоторые умельцы умудряются изготавливать в таких печах обручальные кольца, различные талисманы, кастеты и многое другое.

Материалы и инструменты для самоделки:

Материалы:
- болты и гайки (8x10, 1/4 дюйма);
- семь огнеупорных кирпичей (они должны быть мягкими, так как в них нужно будет проделать канавки, размеры 4 1/2" x 9 "x 2 1/2");
- уголок для создания рамы;
- квадратный лист металла для двери (автор использовал алюминий);
- нагревательный элемент (можно купить для печи уже готовые спирали, или же намотать свою собственную из нихрома)
- жаропрочные винты-контакты для крепления спирали;
- кусок хорошего кабеля (должен выдерживать как минимум 10А).

Из инструментов:
- ручной бур с подходящей насадкой для вырезки канавок в кирпиче;
- гаечный ключ;
- плоскогубцы;
- ножовка;
- дрель;
- кусачки и другое.

Процесс изготовления самодельной печи:

Шаг первый. Делаем канавки
Сперва нужно определиться с тем, какой ширины спираль, в зависимости от этого определяется глубина и ширина будущих канавок в кирпичах. Далее их нужно нарисовать на кирпиче карандашом. У автора канавки имеют форму в виде буквы «U», всего канавки такой формы две штуки, то есть вырезаны на двух кирпичах. На том кирпиче, который будет находиться в задней части печи, нужно проделать две параллельные канавки как на фото. В итоге после сборки печи, спираль получит примерно «П»-образную форму.

Ну а далее можно укладывать печь в канавку. Для фиксирования спирали автор использует металлические скобки, под которые в кирпиче нужно будет проделать отверстия. Особое внимание нужно уделить подключению спирали к проводу. Здесь должны использоваться специальные винты с керамическими шайбами, причем винты нужно брать подлиннее. В противном случае будет либо постоянно гореть и вонять изоляция провода, или он вовсе будет постоянно гореть из-за высокой температуры.

Наш народ научился делать такие контакты из старых автомобильных свечей, когда использовались древние электрические плитки с открытой спиралью.

Особое внимание следует уделить выбору материала, из которой делается спираль. От этого будет зависеть максимальная температура, которую может выдать печь. Спираль должна выдерживать большие температурные нагрузки. Для таких целей автор выбрал провод типа NiCr. Большая часть таких проводов рассчитана на температуру порядка 1340 о С. Если вам требуются более высокие температуры, то можно выбрать и другие виды провода, которые для этого подходят.

Шаг третий. Делаем раму печки
Для создания рамы понадобится уголок, можно использовать сталь или алюминий. Четыре куска алюминия образуют ножки, а еще два идут в нижнюю часть и поддерживают вес всех кирпичей. Можно использовать для создания нижней опоры не два уголка, а четыре. Впрочем, это не обязательно, в итоге конструкция все равно стягивается болтами с гайками, эти болты и удерживают кирпичи внизу.

В верхней части печи нужно будет уложить также два или полтора кирпича, как и внизу. Ну а как все собирается, можно детально увидеть на фото.

В качестве огнеупорного материала авто использовал плиту Kaowool. Ее нужно отрезать по размеру нарисованного ранее квадрата. Ну а далее плита укладывается на лист, а оставшиеся края листа загибаются, тем самым они удерживают плиту.

Шаг пятый. Подаем электричество
Для подключения спирали нужно использовать хороший провод с толстой жилой, который может выдержать как минимум 10А. Помимо всего прочего, печь подключается через регулятор, он позволит поддерживать температуру в заданном состоянии. Также нужен будет печной градусник, по которому можно будет более точно следить за температурой в печи.

ПЛAВИЛЬНAЯ ПEЧЬ - это устройство, предназначенное для плавки шихты черного или цветного металла. Преимущества в том, что плавильная масса отлично перемешивается, если используется индукционная плавильная печь для плавки металла, за счет действия вихревых электрических токов. Нужна плaвильнaя пeчь с хорошими характеристиками? ZAVODRR - транзисторные, тиристорные печи для меди, чугуна, алюминия, стали на 5 - 5000 кг.

Как устроены плaвильные пeчи?

Как устроены плавильные печи? ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ - это хороший способ переплавлять как черные, так и цветные металлы, такие как алюминий, сталь, чугун, нержавейка, медь. Индукционные плавильные печи имеют не сложное устройство, работают под силой электромагнитного поля, способны равномерно перемешивать металл во время плавки. На индукционных печах имеется крышка, и устройство для слива металла в литейный ковш . Компания РОСИНДУКТОР предлагает плавильные печи транзисторного или тиристорного исполнения на редукторе и гидравлики.

Преимущество печей на редукторе это возможность ручного (аварийного) слива металла, гидравлики - это плавность наклона плавильного узла. Плавильные печи поставляются с одним или двумя плавильными узлами, внутри каждого плавильного узла располагается индуктор. Индуктор выполнен в виде медной катушки состоящей из множества витков, трубка может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Охлаждение плавильного узла производится при помощи чиллера или градирни . Во время плавки металла необходимо охлаждать два контура: реактор (располагается внутри тиристорного преобразователя) и сам индуктор плавильного узла. Плавильный узел имеет два варианта тигиля: графитовый и футерованный (выполняется вручную из футерованной смеси). Графитовые тигиля используются для переплавки цветных металлов, для черных металлов используют футеровку.

• 
  Нижний-Новгород
• 
  Челябинск
• 
  Красноярск
• 
  Минск Белоруссия
• 
  Челябинск
• 
  Пермь
• 
  Курган
• 
  Челябинск
• 
  Москва
• 
  Оренбург
• 
  Казань
• 
  Волгоград
• 
  Челябинск
• 
  Челябинск
• 
  Луганск
• 
  Ульяновск
• 
  Челябинск
• 
  Архангельск

Плавильные печи - транзисторные

Транзисторная индукционная плавильная печь предназначена для шихты черных и цветных металлов.. Она произведена базе среднечастотного индукционного нагревателя, который собран при помощи MOSFET транзисторов и IGBT модулей, что позволяет экономить на электроэнергии до 35%, имея высокий КПД 95%.

Индукционные плавильные печи на базе транзисторов подходят небольшим промышленным литейным предприятиям, которым необходимо переплавлять небольшое количество металла. Из преимущества плавильных печей можно отметить их мобильность и простоту обслуживания, так как они используют графитовый тигель, поэтому экономиться время на изготовление футеровки и ее сушки.

Компания Росиндуктор предлагает купить индукционные плавильные печи LEGNUM (Тайвань), эти печи являются самыми популярными среди российских покупателей. Тиристорная индукционная плавильная печь Legnum поставляются в двух модификациях на гидравлике и редукторе, основными покупателями являются средние и крупные плавильные производства с производительность от 2000 тонн/год.

В комплекте поставки индукционной плавильной печи идут два плавильных узла, они устанавливаются на заранее подготовленный фундамент. Главными преимуществами является экономичность в среднем на 20-30% экономичнее любых других аналогов представленных на Российском рынке, надежность, современный дизайн и доступная цена. Росиндуктор поставляет индукционные плавильные печи не только во все регионы РОССИИ, а так же страны бывшего СНГ. Обратившись в нашу компанию, будьте уверены индукционная плавильная печь, которую вы покупаете, имеет гарантированно лучшую цену, качество, надежность и условия поставки.

Преимущества плавки металла в плавильных печах является экономичность. Это происходит из-за выделения большого количества тепла при нагреве металла, поэтому печи потребляют относительно не большую мощность. Если делать сравнение между транзисторными и тиристорными печами, то первые экономичнее на 25%, но их стоимость при одинаковой мощности заметно выше. Самые распространённые печи с температурой плавки 1650 °C, при этой температуре можно расплавить любую не тугоплавкую шихту.

Вовремя плавки металла управление печью происходит механическим способом или дистанционно. В обоих случаях управлять процессом должен обученный персонал, имеющий соответствующие разрешения и допуски. Компания Росиндуктор выполняет работы по настройке преобразователей, устранению неисправностей и поддержке плавильного оборудования в рабочем состоянии.

При выборе плавильной печи необходимо задуматься о выборе тигиля. От этого зависит какой металл будет плавиться и сколько плавок он сможет выдержать. В среднем тигель выдерживает от 20 до 60 плавок. Для долгой службы тигиля надо использовать качественные и надежные материалы. Время плавки металла занимает не более 50 минут, на разогретой плавильной печи, поэтому печь небольшого объема и мощности может иметь высокую производительность.

В комплекте поставки плавильные печи включают в себя основные элементы: тиристорный или транзисторный преобразователь частоты, плавильные узлы, конденсаторные батареи, шаблоны, водоохлаждаемые кабеля, пульты управления, системы охлаждения.

Индукционная плавильная печь 5 - 5000 кг

Индукционная плавильная тигельная печь на 5 - 5000 кг плавки, в легком корпусе из алюминиевого сплава, с ТПЧ и редуктором наклона. Индукционная тигельная печь с тиристорным преобразователем предназначена для плавки черных и цветных металлов на литейных заводах. Печь используется для нагрева расплава меди, стали и чугуна. Круглосуточный режим работы печи возможен при необходимости.

Плaвильныe печи для алюминия

Плавильные печи для алюминия имеют свои особенности, ведь температура плавления у алюминия составляет 660 °C, (390 кДж/кг). При выборе печи под алюминий вы должны знать, что тиристорный преобразователь не должен быть мощный, а сам плавильный узел отличается своими размерами от узла для стали или меди в 2-3 раза. Соответственно не рекомендуется в нем производить плавки других металлов.

Плавить алюминиевые сплавы можно в печах с нефтяным, газовым и электрическим обогревом, в пламенных отражательных печах, но самый качественный металл и высокая скорость получается при плавке в индукционных плавильных печах, за счет однородного состава шихты, которая отлично перемешивается в индукционном поле.

Плaвильныe печи для стали

Плавильные печи нагреваются до своей максимальной температуре при плавки стали 1500 - 1600 °С и сопровождается сложными физико-химическими процессом. При переплавке стали, необходимо снизить содержания кислорода, серы и фосфора, образующих оксидные и сульфидные элементы, который снижают качество стали.

Особенность плавки стали в плавильных печах является использование футеровочных смесей, в отличие от плавки меди, где применяется графитовый тигель. Плавильные печи хорошо перемешивают металл, за счет индукционного поля, которое выравнивает химический состав стали.

Указанные выше преимущества, отлично подходят при выплавке легированных сталей, с минимальными потерями легирующих элементов: вольфрама - около 2%, марганца, хрома и ванадия - 5 - 10%, кремния - 10 - 15%, учитывая дефицитность и высокую стоимость легирующих элементов.

Плавка стали имеет следующие особенности и преимущества:

• Самые важные отливки плавятся, используя метод окисления, ведь во время кипения металла, удаляются все неметаллические включения, и происходит понижение содержания фосфора. Состав шихты берется лома углеродистых сталей или чугуна, для получения среднего содержания углерода 0,5 %;
• Если вы собираетесь плавить сталь с высоким содержанием марганца, алюминия, хрома надо выбирать кислую футеровку, ведь стойкость тигля будет в два раза выше;
• Перед началом плавки тигель забивается металлом, но верх не следует забивать плотно, это может привести к образованию сводов и соответственно угару металла, так как шихта будет осаживаться во время плавки нижних кусков;
• Время плавки стали составляет от 50-70 минут, в зависимости от разогрева плавильного узла;
• Плавильные печи для стали, имеют высокую производительность при производстве отливок небольшой массы и размера.

Медь, медные сплавы, бронза, латунь можно расплавить во всех плавильных печах, где поддерживается температурный режим 1000 - 1300 °С. Однако предпочтительнее использовать индукционные плавильные печи, так как одна плавка в них не будет превышать 40 минут. Медь, которую сегодня используют в России, не отличается особой чистотой. Обычно она содержит следующие примеси: железо, никель, сурьма, мышьяк. Чистым металлом считается медь с содержанием примесей 1%.

Основное важное качество металла - это высокие показатели электропроводности и теплопроводности. Этим обуславливается невысокая температура для плавки. Температура плавки меди - 1084°С. Медь является достаточно гибким металлом, который широко используют в различных технических отраслях промышленности, вот некоторые ее особенности:

• Плавить медь можно в открытой среде, в вакууме и в среде защитных газов;
• В вакууме плавят медь для получения бескислородной меди, с возможностью понизить O (Oxygenium) кислород практический до нуля 0,001 %;
• Основная шихта при получении бескислородной меди это катодные листы 99,95 %, перед тем как загрузить листы в печь необходимо их разрезать, промыть и просушить от электролита;
• Футеровка плавильной печи выше уровня металла делают из магнезита;
• Чтобы избежать окисления, плавка ведется с применением древесного угля, флюсов, стекла и других компонентов.

Индукционная печь для плавки металла

Индукционная печь для плавки металла нагревает шихту металла токами высокой частоты (ТВЧ) в индуцируемом электромагнитном поле под воздействием вихревых электрических токов. Плавильные печи тратят большое количество электроэнергии, поэтому мы предлагаем печи не только с тиристорным преобразователем , но и экономичным транзисторным . Печь использует футеровку или графитовый тигель, в обоих случаях их хватает только на 20-40 плавок. Высокая температура плавления, позволяет производить одну плавку металла за 50 минут.

ZAVODRR - печи для плавки металлов от российских, азиатских и европейских производителей с емкостью тигля от 1 до 10 000 кг. Поставка, монтаж, запуск и не дорогое обслуживание печей.

Давайте рассмотрим особенности печей для плавки черных, цветных и драгоценных металлов:

• Печь для плавки алюминия (плавка алюминия в печах производится при температуре 660 °C, температура кипения 2400 °C, плотность 2698 кг/см³);
• Печь для плавки чугуна (плавка чугуна 1450 - 1520 °C, плотность 7900 кг/м³);
• Печь для плавки меди (плавка меди 1083°C, температура кипения 2580°C, плотность 8920 кг/см³);
• Печь для плавки золота (плавка золота 1063°C, температура кипения 2660°C, плотность 19320 кг/см³);
• Печи плавки серебра (плавка серебра 960°C, температура кипения 2180°C, плотность 10500 кг/см³);
• Печь для плавки стали (плавка стали в печах 1450 - 1520 °C, плотность 7900 кг/м³);
• Печь плавки железа (плавка железа 1539°C, температура кипения 2900°C, плотность 7850 кг/м3);
• Печи для плавки титановых сплавов (плавка титана 1680°C, температура кипения 3300°C, плотность 4505 кг/м³);
• Печь для плавки свинца (плавка свинца в печах 327°C, температура кипения 1750°C, плотность 1134 кг/см³);
• Печь плавки латуни (плавка латуни в печах 880—950 °C. плотность 8500 кг/м³);
• Печи плавки бронзы (плавка бронзы в печах, 930—1140 °C 8700 кг/м³).

Самым совершенным видом нагрева является такой, при котором тепло создается непосредственно в нагреваемом теле. Такой способ нагрева очень хорошо осуществляется пропусканием через тело электрического тока. Однако, прямое - включение нагреваемого тела в электрическую цепь не всегда возможно по причинам технического и практического характера.

В этих случаях совершенный вид нагрева может быть осуществлен применением индукционного нагрева, при котором тепло также создается в самом нагреваемом теле, что исключает излишний, обычно большой, расход энергий в стенках печи или в других нагревающих элементах. Поэтому, несмотря на сравнительно невысокий к. п. д. генерирования токов повышенной и высокой частоты, общий к. п. д. индукционного нагрева оказываётся часто выше, чем .

Индукционный способ позволяет также осуществлять быстрый нагрев неметаллических тел равномерно по всей их толщине. Плохая теплопроводность таких тел исключает возможность быстрого нагрева их внутренних слоев обычным способом, т. е. подводом тепла извне. При индукционном способе тепло образуется одинаково как в наружных слоях, так и во внутренних и может даже возникнуть опасность перегрева последних, если не сделать необходимой теплоизоляции наружных слоев.

Особо ценным свойством индукционного нагрева является возможность весьма высокой концентрации энергии в нагреваемом теле, легко поддающейся точной дозировке. Только можно получить тот же порядок плотности энергии, однако, этот способ нагрева трудно поддается контролю.

Особенности и общеизвестные преимущества индукционного нагрева создали широкие возможности применения его во многих отраслях промышленности. Кроме того, он позволяет создавать новые виды конструкций, которые вовсе не осуществимы пои обычных способах термообработки.

Физический процесс

В индукционных печах и устройствах тепло в электропроводном нагреваемом теле выделяется токами, индуктированными в нем переменным электромагнитным полем. Таким образом, здесь осуществляется прямой нагрев.

Индукционный нагрев металлов основан на двух физических законах: и законе Джоуля-Ленца. Металлические тела (заготовки, детали и др.) помещают в , которое возбуждает в них вихревое . ЭДС индукции определяется скоростью изменения магнитного потока. Под действием ЭДС индукции в телах протекают вихревые (замкнутые внутри тел) токи, выделяющие теплоту . Эта ЭДС создает в металле , тепловая энергия, выделяемая данными токами, является причиной нагрева металла. Индукционный нагрев является прямым и бесконтактным. Он позволяет достигать температуры, достаточной для плавления самых тугоплавких металлов и сплавов.

Интенсивный индукционный нагрев возможен лишь в электромагнитных полях высокой напряженности и частоты, которые создают специальными устройствами - индукторами. Индукторы питают от сети 50 Гц (установки промышленной частоты) или от индивидуальных источников питания - генераторов и преобразователей средней и высокой частоты.

Простейший индуктор устройств косвенного индукционного нагрева низкой частоты - изолированный проводник (вытянутый или свернутый в спираль), помещенный внутрь металлической трубы или наложенный на ее поверхность. При протекании по проводнику-индуктору тока в трубе наводятся греющие ее . Теплота от трубы (это может быть также тигель, емкость) передается нагреваемой среде (воде, протекающей по трубе, воздуху и т. д.).

Индукционный нагрев и закалка металлов

Наиболее широко применяется прямой индукционный нагрев металлов на средних и высоких частотах. Для этого используют индукторы специального исполнения. Индуктор испускает , которая падает на нагреваемое тело и затухает в нем. Энергия поглощенной волны преобразуется в теле в теплоту. Эффективность нагрева тем выше, чем ближе вид испускаемой электромагнитной волны (плоская, цилиндрическая и т. д.) к форме тела. Поэтому для нагрева плоских тел применяют плоские индукторы, цилиндрических заготовок - цилиндрические (соленоидные) индукторы. В общем случае они могут иметь сложную форму, обусловленную необходимостью концентрации электромагнитной энергии в нужном направлении.

Особенностью индукционного ввода энергии является возможность регулирования пространственного расположения зоны протекания .

Во-первых, вихревые токи протекают в пределах площади, охватываемой индуктором. Нагревается только та часть тела, которая находится в магнитной связи с индуктором независимо от общих размеров тела.

Во-вторых, глубина зоны циркуляции вихревых токов и, следовательно, зоны выделения энергии зависит, кроме других факторов, от частоты тока индуктора (увеличивается при низких частотах и уменьшается с повышением частоты).

Эффективность передачи энергии от индуктора к нагреваемому току зависит от величины зазора между ними и повышается при его уменьшении.

Индукционный нагрев применяют для поверхностной закалки стальных изделий, сквозного нагрева под пластическую деформацию (ковку, штамповку, прессование и т. д.), плавления металлов, термической обработки (отжиг, отпуск, нормализация, закалка), сварки, наплавки, пайки металлов.

Косвенный индукционный нагрев применяют для обогрева технологического оборудования (трубопроводы, емкости и т. д.), нагрева жидких сред, сушки покрытий, материалов (например, древесины). Важнейший параметр установок индукционного нагрева - частота. Для каждого процесса (поверхностная закалка, сквозной нагрев) существует оптимальный диапазон частот, обеспечивающий наилучшие технологические и экономические показатели. Для индукционного нагрева используют частоты от 50Гц до 5Мгц.

Преимущества индукционного нагрева

1) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело позволяет осуществить прямой нагрев проводниковых материалов. При этом повышается скорость нагрева по сравнению с установками косвенного действия, в которых изделие нагревается только с поверхности.

2) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело не требует контактных устройств. Это удобно в условиях автоматизированного поточного производства, при использовании вакуумных и защитных средств.

3) Благодаря явлению поверхностного эффекта максимальная мощность, выделяется в поверхностном слое нагреваемого изделия. Поэтому индукционный нагрев при закалке обеспечивает быстрый нагрев поверхностного слоя изделия. Это позволяет получить высокую твердость поверхности детали при относительно вязкой середине. Процесс поверхностной индукционной закалки быстрее и экономичнее других методов поверхностного упрочнения изделия.

4) Индукционный нагрев в большинстве случаев позволяет повысить производительность и улучшить условия труда.

Индукционные плавильные печи

Индукционную печь или устройство можно рассматривать как своего рода трансформатор, в котором первичная обмотка (индуктор) подключена к источнику переменного тока, а вторичной обмоткой служит само нагреваемое тело.

Для рабочего процесса индукционных плавильных печей характерно электродинамическое и тепловое движение жидкого металла в ванне или тигле, способствующее получению однородного по составу металла и его равномерной температуры по всему объему, а также малый угар металла (в несколько раз меньше, чем в дуговых печах).

Индукционные плавильные печи применяют при производстве литья, в том числе фасонного, из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов.

Индукционные плавильные печи можно разделить на канальные печи промышленной частоты и тигельные печи промышленной, средней и высокой частоты.

Индукционная канальная печь представляет собой трансформатор, обычно промышленной частоты (50 Гц). Вторичной обмоткой трансформатора служит виток из расплавленного металла. Металл заключен в кольцевом канале из огнеупора.

Основной магнитный поток наводит в металле канала ЭДС, ЭДС создает ток, ток нагревает металл, поэтому, индукционная канальная печь подобна трансформатору, работающему в режиме короткого замыкания.

Индукторы канальных печей выполняют из продольной медной трубки, он имеет водяное охлаждение, канальная часть подового камня охлаждается от вентилятора или от централизованной воздушной системы.

Индукционные канальные печи предназначены для непрерывной работы с редкими переходами с одной марки металла на другую. Индукционные канальные печи, в основном применяют для плавки алюминия и его сплавов, а также меди и некоторых ее сплавов. Другие серии печей специализированы как миксеры для выдержки и перегрева жидкого чугуна, цветных металлов и сплавов перед разливкой в литейные формы.

Работа индукционной тигельной печи основана на поглощении электромагнитной энергии проводящей садки. Садка размещена внутри цилиндрической катушки - индуктора. С электрической точки зрения, индукционная тигельная печь представляет собой короткозамкнутый воздушный трансформатор, вторичной обмоткой которого является проводящая садка.

Индукционные тигельные печи используют преимущественно для плавки металлов на фасонное литье при периодическом режиме работы, а также вне зависимости от режима работы - для плавки некоторых сплавов, например бронз, которые пагубно влияют на футеровку канальных печей.