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.