Спосіб і технологія для плавки металу в індукційній печі
Індукційна піч використовується для плавки кольорових і чорних металів. Агрегати такого принципу дії застосовують в наступних сферах: від найтоншого ювелірного справи до промислової плавки металів у великих розмірах. У даній статті будуть розглянуті особливості різних індукційних печей.
Індукційні печі для плавки металу
Принцип роботи
Індукційний нагрів покладено в основу дії печі. Іншими словами, електричний струм утворює електромагнітне поле і виходить тепло, яке використовується в промислових масштабах. Цей закон фізики вивчається в останніх класах загальноосвітньої школи. Але поняття електричного агрегату і електромагнітних індукційних котлів можна плутати. Хоч в основі роботи і там і тут лежить електрику.
Як це відбувається
Генератор підключається до джерела змінного струму, який надходить в нього через індуктор, що знаходиться всередині. Конденсатор задіюється для створення контуру коливання, в основі якого лежить постійна робоча частота, на яку налаштовується система. При зростанні напруги в генераторі до межі в 200 В індуктор створює магнітне поле змінного дії.
Замикання ланцюга відбувається, найчастіше, за допомогою сердечника з феромагнітного сплаву. Змінне магнітне поле починає взаємодію з матеріалом заготовки і створює потужний потік електронів. Після вступу в індукційне дію електропровідного елемента в системі відбувається виникнення залишкового напруги, яке в конденсаторі сприяє виникненню вихрового струму. Енергія вихрового струму перетворюється в теплову енергію індуктора і відбувається нагрівання до високих температур плавлення шуканого металу.
Тепло, вироблене індуктором, застосовують:
- для розплавлення м’яких і твердих металів;
- для загартовування поверхні металевих деталей (наприклад, інструменту);
- для обробки в термічному режимі вже вироблених деталей;
- побутових потреб (обігрів і кулінарія).
Коротка характеристика різних печей
різновиди приладів
Тигельні індукційні печі використовують для плавки металів, головним їхнім принципом, відмінним від роботи інших агрегатів, є відсутність сердечника.
- Канальні агрегати індукційного дії являють собою своєрідний трансформатор, яка має сталевий наконечник — магнітний привід. Навантаження подається через вторинну обмотку, виконану одним витком.
- Індукційні прилади вакуумного дії, який процес плавки виконують в умовах повного вакууму, який буквально витягує з металу все домішки.
- Плавильні печі тиглів — індуктори на масу плавки від 5 до 200 кг з перетворювачем за принципом транзистора.
Індукційні тигельні печі
Є найбільш поширеним типом пічного індукційного нагріву. Відмінною рисою, відмінною від інших видів є те, що в ній змінне магнітне поле з’являється при відсутності стандартного сердечника. Тигель в формі циліндра розміщується всередині индукторной порожнини. Піч, або тигель виготовляється з матеріалу, який прекрасно пручається вогню і підключається до змінного електричного струму.
позитивні аспекти
енергія виділяється при завантаженні металу, відсутня необхідність в установці проміжних елементів;
- металеві сплави, що складаються з декількох складових, після завершення плавки отримують однорідну консистенцію і однаковий хімічний склад в будь-якому обраному обсязі;
- за допомогою регуляторів тиску представляється можливим проводити відновлювальний, окислювальний або нейтральний процес;
- середні частоти змінного струму показують високі значення питомої потужності, що ставить тигельні печі в ряд високопродуктивних агрегатів;
- піч може працювати з перервами між завантаженням металу, на наступній плавці це не відіб’ється, перехід від одного виду металу до іншого відбувається без тривалої перенастроювання параметрів;
- тигельні агрегати легко поставити на автоматичне управління, вони прості в експлуатації і легко перебудовуються на будь-який з режимів;
- в результаті процесу виходять якісні слави, що складаються з багатьох компонентів, температура має постійне і однакове значення в межах ванни, а залишки і відходи швидко розплавляються, відсутні перегріви.
Тигельні агрегати відносять до екологічно чистих джерел тепла, навколишнє середовище не забруднюється від плавки металів.
В роботі тигельних печей присутні недоліки:
- при технологічній обробці використовуються шлаки зниженої температури;
- вироблена футерування тигельних печей має низьку стійкість проти руйнування, найбільше це помітно при різких скачках температур.
Наявні недоліки не представляють особливих труднощів, гідності тигельного індукційного агрегату для плавки металу очевидні і зробили такий тип приладів популярним і затребуваним серед широкого кола споживачів.
Канальні печі індукційної плавки
Такий тип знайшов широке застосування в плавильному справі кольорових металів. Ефективно використовується для міді та мідних сплавів на основі латуні, мельхіору, бронзи. Активно плавлять в канальних агрегатах алюміній, цинк і сплави в складі цих металів. Широке використання печей цього типу обмежена через неможливість виконати футеровку, стійку до руйнувань, на внутрішніх стінках камери.
Розплавлений метал в канальних печах індукційного типу здійснює теплове і електродинамічне рух, що забезпечує постійну однорідність змішування компонентів сплаву в пічної ванні. Використання канальних печей індукційного принципу виправдано у випадках, якщо до розплавленого металу і виготовленим злитків пред’являються особливі вимоги. Сплави виходять якісними в плані коефіцієнта насичення газами, присутності в металі органічних і синтетичних домішок.
Індукційні канальні печі працюють за типом міксера і призначаються для вирівнювання складу, підтримки постійної температури процесу, і вибору швидкості розливу в кристалізатори або форми. Для кожного сплаву і складу лиття існують параметри спеціальної шихти.
переваги
- підігрівання сплаву відбувається в нижній частині, до якої немає повітряного доступу, що зменшує випаровування з верхньої поверхні, нагрітої до мінімальної температури;
- канальні печі відносять до економічним індукційним печей, так як відбувається розплавлення забезпечується маленьким витратою електричної енергії;
- піч має високий коефіцієнт корисної дії завдяки застосуванню в роботі замкнутого контуру магнітного проводу;
- постійна циркуляція в печі розплавленого металу викликає прискорення плавильного процесу і сприяє однорідності перемішування компонентів сплаву.
недоліки
- стійкість кам’яної внутрішньої футеровки знижується при використанні високих температур;
- футерування руйнується при плавленні хімічно агресивних сплавів з бронзи, олова і свинцю.
- при плавленні забрудненої низькосортної шихти відбувається засмічення каналів;
- поверхневий шлак на ванні не нагрівається до високої температури, що не дозволяє проводити операції в проміжку між металом і укриттям і розплавляти стружку і скрап;
- канальні агрегати погано переносять перерви в роботі, що змушує постійно зберігати в жерлі печі значну кількість рідкого сплаву.
Повне видалення розплавленого металу з печі веде до її швидкого розтріскування. З цієї ж причини неможливо виконати швидку перебудову з одного сплаву на інший, доводиться робити кілька проміжних плавок, які отримали назву баластних.
Вакуумні печі індукційного дії
Цей вид має широке застосування для плавлення сталей високої якості і нікелевих, кобальтових і залізних сплавів жаростійкого якості. Агрегат успішно справляється з плавкою кольорових металів. У вакуумних агрегатах варять скло, обробляють високою температурою деталі, виробляють монокристали.
Піч відносять до високочастотного генератора, розташованого в ізольованому від зовнішнього середовища індукторі, пропускає струм високої частоти. Для створення вакууму з нього насосами відкачують повітряні маси. Всі операції по введенню добавок, завантаженні шихти, видачі металу проводиться автоматичними механізмами з електричним або гідравлічним управлінням. З вакуумних печей отримують сплави з невеликими домішками кисню, водню, азоту, органіки. Результат набагато перевершує відкриті печі індукційного дії.
Жароміцну сталь з вакуумних печей застосовують в інструментальному і збройовому виробництві. Деякі сплави з нікелю, з вмістом нікелю і титану є хімічно активними, і отримати їх в інших видах печей проблематично. Вакуумні печі виконують розлив металу поворотом тигеля у внутрішньому просторі кожуха або обертанням камери з нерухомо закріпленої піччю. Деякі моделі мають в дні відкривається отвір для зливу металу в встановлену ємність.
Тигельні печі з транзисторним перетворювачем
Застосовують для обмеженого ваги кольорових металів. Вони мобільні, мають невелику вагу і з легкістю переставляються з місця на місце. У комплектацію печі входить високовольтний транзисторний перетворювач універсального дії. Дозволяє підібрати потужність, рекомендовану для підключення в мережі, а відповідно їй тип перетворювача, який необхідний в цьому випадку зі зміною параметрів ваги сплаву.
Транзисторная індукційна піч широко застосовується для металургійної обробки. З її допомогою нагрівають деталі в ковальській справі, загартовують металеві предмети. Тиглі в транзисторних печах виконують з кераміки або графіту, перші призначені плавити феромагнітні метали, такі як чавун або сталь. Графіт встановлюється для плавлення латуні, міді, срібла, бронзи і золота. На них плавлять скло і кремній. Алюміній добре плавиться за допомогою чавунних або сталевих тиглів.
Що таке футерування печей індукційного дії
Її призначення полягає в захисті пічного кожуха від руйнівної дії високих температур. Побічною дією є збереження тепла, отже, підвищується результативність процесу.
Тигель в конструкції індукційної печі виконується одним із способів:
- способом виїмки в маленьких за обсягом печах;
- набивним способом з вогнетривкого матеріалу у вигляді кладки;
- комбінованим, що поєднує кераміку і прокладку буферного шару в проміжку кладки і індикатора.
Футеровка виконується з кварциту, корунду, графіту, шамотного графіту, магнезиту. У всі ці матеріали домішують добавки, що поліпшують характеристики футерування, що зменшують зміни обсягу, що поліпшують спікання, що збільшують стійкість шару до агресивних матеріалами.
Для вибору того чи іншого матеріалу для футеровки враховують ряд супутніх умов, а саме, вид металу, ціну та вогнетривкі властивості тигля, термін служби складу. Правильно підібраний склад футерування повинен забезпечити технічні вимоги для проведення процесу:
- отримання злитків високої якості;
- найбільшу кількість повноцінної плавки без проведення ремонтних робіт;
- безпечну роботу фахівців;
- стабільність і безперервність проведення плавильного процесу;
- отримання якісного матеріалу при використанні економного кількості ресурсів;
- застосування для футерування поширених матеріалів за невисокою ціною;
- мінімальний вплив на навколишній простір.
Застосування індукційних печей дозволяє отримати сплави і метали відмінної якості з мінімальним вмістом різних домішок і кисню, що підвищує їх застосування в складних областях виробництва.
