Індукційний нагрів і індукційна плавка металів

В індукційних печах і пристроях тепло в електропровідному нагрівається тілі виділяється струмами, индуктироваться в ньому змінним електричним полем. Таким чином, тут здійснюється прямий нагрів.

Індукційний нагрів металів заснований на 2-ух фізичних
законах: законі електричної індукції Фарадея-Максвелла і законі
Джоуля-Ленца. Залізні тіла (заготовки, деталі та ін.) Поміщають в змінне
магнітне поле, яке збуджує в їх вихровий електричне поле. ЕРС
індукції визначається швидкістю зміни магнітного потоку. Під дією ЕРС
індукції в тілах протікають вихрові (замкнуті усередині тел) струми, що виділяють
теплоту за законом Джоуля-Ленца. Ця ЕРС робить в металі змінний струм, термічна енергія, що виділяється даними струмами, є передумовою нагрівання металу.
Індукційний нагрів є прямим і безконтактним. Він дозволяє досягати
температури, достатньої для плавлення тугоплавких металів і сплавів.

Насичений індукційний нагрів можливий лише в
електричних полях високої напруженості і частоти, які роблять
спеціальними приладами - індукторами. Індуктори живлять від мережі 50 Гц
(Установки промислової частоти) або від особистих джерел живлення -
генераторів і перетворювачів середньої і високої частоти.

Простий індуктор пристроїв непрямого індукційного
нагріву низької частоти - ізольований провідник (витягнутий або згорнутий в
спіраль), поміщений всередину залізної труби або накладений на її
поверхню. При протіканні по провіднику-індуктора струму в трубі наводяться
гріють її вихрові струми. Теплота від труби (це може бути також тигель,
ємність) передається нагрівається середовищі (воді, що протікає по трубі, повітрю і т.
д.).

Індукційний нагрів і гарт металів

Найширше застосовується прямий індукційний нагрів
металів на середніх і високих частотах. Для цього вживають індуктори
спеціального виконання. Індуктор випускає електричну хвилю, яка
падає на нагрівається тіло і загасає в ньому. Енергія поглиненої хвилі
перетвориться в тілі в теплоту. Ефективність нагрівання тим вище, чим ближче вид
испускаемой електричної хвилі (плоска, циліндрична і т. д.) до форми
тіла. Тому для нагріву плоских тіл використовують плоскі індуктори,
циліндричних заготовок - циліндричні (соленоїдні) індуктори. В загальному
випадку вони можуть мати складну форму, обумовлену необхідністю концентрації
електричної енергії в потрібному напрямку.

Особливістю індукційного введення енергії є можливість регулювання просторового розташування зони протікання вихрових струмів. По-1-х, вихрові струми протікають в межах площі, яка охоплюється індуктором. Гріється тільки та частина тіла, яка знаходиться в магнітної зв`язку з індуктором незалежно від загальних розмірів тіла. По-2-х, глибина зони циркуляції вихрових струмів і, як слід, зони виділення енергії залежить, не рахуючи інших причин, від частоти струму індуктора (зростає при низьких частотах і зменшується зі збільшенням частоти). Ефективність передачі енергії від індуктора до нагрівається току залежить від величини зазору між ними і збільшується при його зменшенні.

Індукційний нагрів використовують для поверхневого гарту
залізних виробів, наскрізного нагрівання під пластичну деформацію (ковку,
штампування, пресування і т. д.), плавлення металів, термообробки
(Отжиг, відпустка, нормалізація, гарт), зварювання, наплавлення, пайки металів.

Непрямий індукційний нагрів використовують для підігріву технологічного
обладнання (трубопроводи, ємності і т. д.), нагрівання рідких середовищ, сушки
покриттів, матеріалів (наприклад, деревини). Важливий параметр установок
індукційного нагріву - частота. Для кожного процесу (поверхнева гарт,
наскрізний нагрів) існує кращий спектр частот, що забезпечує
кращі технологічні та економічні характеристики. Для індукційного нагріву
вживають частоти від 50 Гц до 5МГц.

Переваги індукційного нагріву

1) Передача електричної енергії конкретно в
нагрівається тіло дозволяє виконати прямий нагрів провідникових матеріалів.
При цьому збільшується швидкість нагріву в порівнянні з установками непрямого
діяння, в яких виріб гріється тільки з поверхні.

2) Передача електричної енергії конкретно в
нагрівається тіло не вимагає контактних пристроїв. Це комфортно в умовах
автоматичного поточного виробництва, при використанні вакуумних і
захисних засобів.

3) Завдяки явищу поверхневого ефекту найбільша
потужність, виділяється в поверхневому шарі нагрівається вироби. тому
індукційний нагрів при загартуванню забезпечує жвавий нагрів поверхневого шару
вироби. Це дозволяє отримати високу твердість поверхні деталі при
щодо вузький середині. Процес поверхневої індукційного загартування швидше
і економічніше інших способів поверхневого зміцнення вироби.

4) Індукційний нагрів майже завжди дозволяє
підвищити продуктивність і поліпшити умови праці.

Індукційні плавильні печі

Індукційну піч або пристрій можна розглядати як свого роду трансформатор, в якому первинна обмотка (індуктор) підключена до джерела змінного струму, а вторинною обмоткою служить саме нагрівається тіло.

Для робочого процесу індукційних плавильних печей типово електродинамічне і термічне рух рідкого металу в ванні або тиглі, що сприяє отриманню однорідного за складом металу і його рівномірної температури по всьому об`єму, також малий чад металу (в кілька разів менше, ніж в дугових печах).

Індукційні плавильні печі використовують при виробництві
лиття, в тому числі фасонного, зі сталі, чавуну, кольорових металів і сплавів.

Індукційні плавильні печі можна поділити на канальні
печі промислової частоти і тигельні печі промислової, середньої і високої
частоти.

Індукційна канальна піч представляє собою трансформатор, зазвичай промислової частоти (50 Гц). Вторинною обмоткою трансформатора служить виток з розплавленого металу. Метал укладений в кільцевому каналі з огнеупора. Основний магнітний потік
наводить в металі каналу ЕРС, ЕРС робить струм, струм нагріває метал,
тому, індукційна канальна піч подібна трансформатору, що працює в режимі короткого замикання.
Індуктори канальних печей роблять з поздовжньою мідної трубки, він має водяне охолодження, канальна частина подового каменю охолоджується від вентилятора або від централізованої повітряної системи.

Індукційні канальні печі створені для безперервної
роботи з рідкісними переходами з однієї марки металу на іншу. індукційні
канальні печі, в головному використовують для плавки алюмінію і його сплавів, також
міді і деяких її сплавів. Інші серії печей спеціалізовані як міксери для
витримки і перегріву рідкого чавуну, кольорових металів і сплавів перед розливанням
в ливарні форми.

Робота індукційної тигельної печі заснована на поглинанні електричної енергії проводить садки. Садка розташована всередині циліндричної котушки
- індуктора. З електронної точки зору, індукційна піч представляє собою короткозамкнений повітряний трансформатор, вторинною обмоткою якого є провідна садка.

Індукційні тигельні печі використовують переважно для плавки металів на фасонне лиття при періодичному режимі роботи, також незалежно від режиму роботи - для плавки деяких сплавів, наприклад бронз, які негативно впливають на футеровку канальних печей.