Jak funguje indukční pec pro tavení kovu?

Indukční ohřev a princip činnosti indukčních pecí spočívá v přeměně energie elektromagnetického pole absorbovaného elektricky vodivým ohřívaným předmětem na tepelnou energii.

V instalacích indukčního ohřevu je elektromagnetické pole vytvářeno induktorem, což je víceotáčková válcová cívka (solenoid). Induktorem prochází střídavý elektrický proud, jehož výsledkem je časově proměnlivé střídavé magnetické pole kolem induktoru. Toto je první transformace energie elektromagnetického pole, popsaná první Maxwellovou rovnicí.

Ohřívaný předmět je umístěn uvnitř nebo vedle induktoru. Měnící se (v čase) tok vektoru magnetické indukce vytvářený induktorem proniká ohřívaným předmětem a indukuje elektrické pole. Elektrické čáry tohoto pole jsou umístěny v rovině kolmé ke směru magnetického toku a jsou uzavřené, to znamená, že elektrické pole v ohřívaném předmětu je vírového charakteru. Vlivem elektrického pole podle Ohmova zákona vznikají vodivé proudy (vířivé proudy). Jedná se o druhou transformaci energie elektromagnetického pole, popsanou Maxwellovou druhou rovnicí.

Popsané transformace energie elektromagnetického pole umožňují:

1. přenášet elektrickou energii induktoru na vyhřívaný předmět bez použití kontaktů (na rozdíl od odporových pecí)
2. uvolňuje teplo přímo ve vytápěném objektu (tzv. „pec s vnitřním zdrojem vytápění“ dle terminologie prof. N.V. Okorokova), v důsledku čehož je využití tepelné energie nejdokonalejší a rychlost ohřevu se zvyšuje. výrazně (ve srovnání s tzv. „pecemi s externím zdrojem vytápění“).

Velikost intenzity elektrického pole ve vyhřívaném předmětu je ovlivněna dvěma faktory: velikostí magnetického toku, tj. počtem magnetických siločar, které pronikají předmětem (nebo spojených s vyhřívaným předmětem), a frekvencí napájecí proud, tj. frekvence změn (v čase) magnetického toku vázaného na vyhřívaný předmět.

To umožňuje vytvořit dva typy instalací indukčního ohřevu, které se liší jak designem, tak provozními vlastnostmi: indukční instalace s jádrem a bez jádra.

Indukční ohřívací zařízení se podle technologického určení dělí na tavicí pece pro tavení kovů a ohřívací zařízení pro tepelné zpracování (kalení, temperování), pro průběžný ohřev obrobků před plastickou deformací (kování, lisování), pro svařování, pájení a navařování. pro produkty chemicko-tepelné úpravy atd.

Podle četnosti změn proudu dodávajícího instalaci indukčního ohřevu se rozlišují:

1. průmyslové frekvenční instalace (50 Hz), napájené ze sítě přímo nebo prostřednictvím transformátorů snižujících výkon;
2. vysokofrekvenční instalace (500-10000 Hz), napájené elektrickými stroji nebo polovodičovými frekvenčními měniči;
3. vysokofrekvenční instalace (66 000-440 000 Hz a více), napájené elektronkovými elektronickými generátory.

Indukční ohřev – instalace jádra

V tavicí peci (obr. 1) je na uzavřeném jádru z elektrooceli (tloušťka plechu 0,5 mm) namontován válcový víceotáčkový induktor z profilované měděné trubky. Kolem induktoru je umístěna žáruvzdorná keramická vyzdívka s úzkým prstencovým kanálem (horizontálním nebo vertikálním), kde se nachází tekutý kov. Nezbytnou podmínkou provozu je uzavřený elektricky vodivý kroužek. Proto je nemožné v takové peci roztavit jednotlivé kusy pevného kovu. Pro spuštění pece musíte do kanálu nalít část tekutého kovu z jiné pece nebo ponechat část tekutého kovu z předchozí taveniny (zbytková kapacita pece).

Obr. 1. Schéma indukční kanálové pece: 1 – indikátor; 2 – kov; 3 – kanál; 4 – magnetický obvod; F je hlavní magnetický tok; F_1r a F_2r — magnetické svodové toky; U₁ a já₁ — napětí a proud v obvodu induktoru; já₂– vodivost proudu v kovu

V ocelovém magnetickém jádru indukční kanálové pece je uzavřen velký pracovní magnetický tok a pouze malá část celkového magnetického toku vytvořeného induktorem je uzavřena vzduchem ve formě únikového toku. Proto takové pece úspěšně pracují při průmyslové frekvenci (50 Hz).

V současné době je ve VNIIETO vyvinuto velké množství typů a provedení takových pecí (jednofázové a vícefázové s jedním a několika kanály, s vertikálním a horizontálním uzavřeným kanálem různých tvarů). Tyto pece se používají k tavení neželezných kovů a slitin s relativně nízkým bodem tavení a také k výrobě vysoce kvalitní litiny. Při tavení litiny se pec používá buď jako kotel (směšovač) nebo jako tavicí agregát. Konstrukce a technické charakteristiky moderních kanálových indukčních pecí jsou uvedeny v odborné literatuře.

Indukční ohřev – bezjádrové jednotky

V tavicí peci (obr. 2) je roztavený kov v keramickém kelímku umístěném uvnitř válcového víceotáčkového induktoru. Induktor je vyroben z profilované měděné trubky, kterou prochází chladicí voda. Více o konstrukci induktoru se můžete dozvědět zde.

Absence ocelového jádra vede k prudkému zvýšení magnetického svodového toku; počet magnetických siločar propojených s kovem v kelímku bude extrémně malý. Tato okolnost vyžaduje odpovídající zvýšení frekvence změny (v čase) elektromagnetického pole. Pro efektivní provoz indukčních kelímkových pecí je proto nutné dodávat do nich proudy zvýšené a v některých případech i vysoké frekvence z vhodných proudových měničů. Takové pece mají velmi nízký přirozený účiník (cos φ=0,03-0,10). Proto je nutné použít kondenzátory pro kompenzaci jalového (indukčního) výkonu.

V současné době je ve VNIIETO vyvinuto několik typů indukčních kelímkových pecí ve formě odpovídajících velikostních rozsahů (podle kapacity) vysoké, vysoké a průmyslové frekvence pro tavení oceli (typ IST).

Rýže. 2. Schéma konstrukce indukční kelímkové pece: 1 – induktor; 2 – kov; 3 – kelímek (šipky ukazují trajektorii oběhu tekutého kovu v důsledku elektrodynamických jevů)

Výhody kelímkových pecí jsou následující: teplo generované přímo v kovu, vysoká stejnoměrnost kovu v chemickém složení a teplotě, absence zdrojů kontaminace kovu (jiných než vyzdívka kelímku), snadné ovládání a regulace tavícího procesu , hygienické pracovní podmínky. Kromě toho se indukční kelímkové pece vyznačují: vyšší produktivitou díky vysokým specifickým (na jednotku kapacity) topným výkonům; schopnost roztavit pevnou vsázku bez ponechání kovu z předchozího tavení (na rozdíl od kanálových pecí); nízká hmotnost vyzdívky ve srovnání s hmotností kovu, která snižuje akumulaci tepelné energie ve vyzdívky kelímku, snižuje tepelnou setrvačnost pece a činí tavicí pece tohoto typu mimořádně vhodné pro periodickou práci s přestávkami mezi tavbami, např. zejména pro tvarové slévárny strojírenských závodů; kompaktnost pece, která umožňuje jednoduše izolovat pracovní prostor od okolí a provádět tavení ve vakuu nebo v plynném prostředí daného složení. Proto jsou vakuové indukční kelímkové pece (typ ISV) široce používány v metalurgii.

Spolu s výhodami mají indukční kelímkové pece následující nevýhody: přítomnost relativně studených strusek (teplota strusky je nižší než teplota kovu), což ztěžuje provádění rafinačních procesů při tavení vysoce kvalitních ocelí ; složité a drahé elektrické zařízení; nízký odpor vyzdívky při náhlých teplotních výkyvech v důsledku malé tepelné setrvačnosti vyzdívky kelímku a erozivního účinku tekutého kovu při elektrodynamických jevech. Proto se takové pece používají pro přetavování legovaného odpadu, aby se snížilo plýtvání prvky.

1. Egorov A.V., Morzhin A.F. Elektrické pece (pro výrobu oceli). M.: „Hutnictví“, 1975, 352 s.

Indukční pec je zařízení, které patří do kategorie průmyslových zařízení. Často se používá v procesu tavení a zpracování kovů. Navíc se může lišit typ zpracování, od běžného tavení až po žíhání. Totéž platí pro druhy zpracovávaného kovu, kterých je značné množství. Nyní se na všechny tyto body podíváme blíže, abychom pochopili, jak dobrá jsou taková kamna a proč jsou tak populární.

Typy zpracování kovů, které lze provádět v indukční peci:

• Kalení – zpevňuje ji a činí ji odolnější při dalším používání. Takový kov lze aktivně použít při vytváření některých odolných výrobků používaných v každodenním životě.
• Kalcinace – umožňuje poskytnout materiálu další stupeň hustoty. V podstatě se jedná o stejný proces kalení, pouze se provádí v případě, že kov již nevydrží žádné zatížení.
• Žíhání se používá ke zlepšení struktury kovu, odstranění zpevnění za studena a snížení jeho tvrdosti.
• Vypalování – tento proces se provádí za účelem stabilizace fáze a chemického složení kovu. Můžete jej také použít ke zvýšení úrovně síly.
• Tavení – tento typ zpracování zahrnuje přeměnu kovu do kapalného stavu. Děje se tak většinou za účelem dalšího zpracování produktu. Nalitím narovnaného kovu do nové formy můžete vytvořit zcela jiný produkt.
• Pájení je spojování jednotlivých kovových součástí plněním roztaveného kovu mezi ně. Tento typ zpracování se používá téměř ve všech průmyslových odvětvích a je mezi uživateli největší poptávka.

Indukční pece jsou variantou zařízení, které se s takovými procesy nejlépe vyrovná. Významnou roli v tom hraje indukce vytvořená uvnitř pece, díky které je proces nejen rychlejší, ale také spolehlivější. Hlavní je, že směřuje do oblasti, která to vyžaduje.

Indukční kelímková pec

U indukčních kelímkových pecí je princip jejich činnosti rovněž založen na aktivním vlivu indukce. Jediným zřejmým rozdílem mezi touto pecí je přítomnost pracovního kelímku. Během aktivního provozu ohřívače kelímek také zvyšuje svou úroveň teploty a činí tak, dokud nedosáhne určitého bodu. Dále, díky aktivnímu vlivu indukce, kelímek směřuje své teplo do pracovní komory, kde zpracovává kov. Velkou výhodou kelímku je bodový směr, který umožňuje natavení pouze určité části výrobku. Ale taková zařízení jsou mnohem dražší, protože jejich konstrukce a princip fungování jsou mnohem složitější.

Indukční kelímkové pece se používají v následujících oblastech:

• Hutnictví – umožňuje urychlit zpracování kovových výrobků. Není používán tak často, ale v určitých úkolech může být hlavním pracovním zařízením.
• Sériová výroba je jednou z klíčových součástí při výrobě různých produktů. Zejména pro takové oblasti existují určité modely indukčních pecí pro hromadnou výrobu.
• Strojírenství – umožňuje provádět tavení, pájení, kalení a další druhy zpracování kovů před vytvořením náhradních dílů pro automobily. To je jedna ze základních součástí, bez které se neobejdete.
• Kosmický průmysl – totéž platí pro tento průmysl, kde se neobejdete bez zařízení na zpracování kovů. V tomto směru se používají dražší varianty pecí pracujících na bázi ultravysokého vakua.

Neméně zajímavá otázka se týká kovů, se kterými mohou pracovat indukční pece na bázi kelímku. Nyní se podíváme na typy kovů, které lze zpracovat v kelímkových pecích:

Toto je pouze výčet těch kovů, které se v takových pecích běžně zpracovávají. Existuje také celý seznam dalších kovů, niklem počínaje a zinkem konče. Ve skutečnosti je rozsah kovu zpracovávaného v kelímkových pecích na indukční bázi co nejširší. Vše, co musíte udělat, je správně nakonfigurovat systém pro konkrétní kov a nastavit všechny důležité teplotní podmínky. Zbytek za vás udělá samotný systém, který je naprogramován na zpracování nejrůznějších materiálů.

Indukční pec. Systém

Konstrukce pece hraje obrovskou roli v práci, na které závisí nejen úroveň produktivity, ale také stabilita, rychlost provozu a kovy, které lze zpracovat. U indukčních pecí si můžete být stoprocentně jisti, že jejich provozní schéma je k tomu jako stvořené. Konstrukce indukční pece je postavena tak, aby bylo možné zařízení použít v co nejvíce směrech.

Nyní se podíváme na hlavní prvky v okruhu indukční pece:

• Pouzdro přístroje je potřebné k zajištění ochrany všech vnitřních součástí před škodlivými vlivy. Slouží také jako další vrstva pro zajištění vysoké úrovně těsnosti. V určitých oblastech obsahuje další těsnění pro zajištění vysokého stupně těsnosti.
• Chladicí induktor – navržený tak, aby zajistil další cirkulaci vzduchu k vnitřním prvkům systému. To platí zejména pro aktivní převodovku, která vytváří indukci.
• Pracovní induktor – vytváří indukci a usměrňuje ji do pracovní komory. Je umístěn v horní části systému a aktivně spolupracuje s propojovacím mostem. Vyžaduje neustálý přísun elektrické energie, bez které nemůže plně realizovat své schopnosti.
• Šikmá převodovka – umožňuje nastavit polohu systému. Je tak mnohem jednodušší nakládat materiál do pracovní komory. V určitých situacích je tímto způsobem možné neutralizovat nouzové situace rychlou změnou teploty v systému.
• Sklopná podpěra – dodává systému dodatečnou pevnost a spolehlivost během provozu. To naznačuje, že v období vysoké zátěže systém nepodlehne žádným výkyvům, které by nějak narušovaly efektivitu pracovního procesu.
• Můstek (pro napájení napětí) – umožňuje rychlé napájení induktoru napětím, čímž zajišťuje vysokou plynulost a pravidelnost provozu. Totéž platí pro poruchy, které při konstantním napájení jednoduše chybí.
• Šablonová část – umožňuje vytvořit pracovní šablonu, s jejíž pomocí je mnohem snazší opracovávat kov. Ve skutečnosti je to ideální příklad, podle kterého je systém schopen provádět přesně stejné zpracování bez jakýchkoliv výrobních chyb.

Všechny tyto komponenty jsou jedním jediným systémem, ve kterém každý prvek aktivně interaguje s druhým. Pokud nedojde k úplné interakci a některý prvek není kompatibilní, pracovní postup se okamžitě výrazně zhorší. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost vyváženosti systému a přesné shodě v rozložení klíčových komponent.

DIY indukční trouba

Vzhledem k všestrannosti a účinnosti indukčních pecí nemusí být jejich cena dostupná pro každého. V takových případech se mnozí snaží vybrat si pro sebe nějakou alternativu, aby nějak nahradili potřebu takového vybavení. Ale co když si můžete vytvořit indukční pec vlastníma rukama, která bude více než dostačující pro použití doma?!

Nyní se podíváme na několik důležitých kroků, které vám umožní sestavit indukční pec vlastníma rukama:

1. Nejprve je třeba vytvořit pracovní základnu, kterou může být šamotová cihlová krabice. Jeho rozměry by měly být někde kolem 10×10 a ne více. Pro větší spolehlivost je lepší jej položit na ohnivzdornou desku.
2. Dále bude nutné celé ošetřit azbestovou lepenkou. Navlhčením vodou se tento materiál stává mnohem měkčím, což vám umožní dodělat ho do tvaru, který potřebujete. Je vhodné to vše omotat silným ocelovým drátem, aby struktura dodala další pevnost.
3. Jako zdroj energie může fungovat transformátor z nějakého druhu svařovacího zařízení. Dobře se vyrovnává s úkoly, které mu byly přiděleny.
4. Dále bude muset být transformátor zabalen tenkou vrstvou hliníku. Tak bude možné zabránit silnému přehřátí během používání.
5. Na dno pracovní krabice budete muset nainstalovat substrát z malé vrstvy hlíny. To se provádí, aby se zajistilo, že roztavený kov neopustí systém.

To je možná jeden z nejjednodušších způsobů, jak si doma vyrobit indukční troubu. Jak vidíte, nevyžaduje to žádné drahé vybavení ani spoustu času. Vše, co se od uživatele vyžaduje, je jen trocha trpělivosti a úsilí.

Jak funguje indukční pec?

Pokud jsme dříve mluvili o tom, jak důležitý je design v indukční peci, nyní budeme hovořit o jeho principu fungování. Indukční sporáky fungují na velmi složitém principu, který závisí na úrovni použité indukce. Nyní se blíže podíváme na princip fungování takového zařízení, abychom pochopili, jak efektivní může být během provozu.

Pořadí akcí při provozu indukční pece:

• Pracovní generátor vytváří střídavý proud uvnitř induktoru. Tím začíná pracovní fáze indukční pece.
• Dále přichází na řadu kondenzátor, který vytváří oscilační obvod, který je okamžitě naladěn na pracovní frekvenci. Systém tak zvyšuje výkon technických parametrů, které jsou nejdůležitější pro realizaci pracovního procesu.
• V takových systémech se často používá standardní indukční kapacita. Jeho ukazatele se mohou rovnat i několika desítkám pikofaradů. Hlavní věc je, že tento indikátor se rovná rozsahu provozní frekvence.
• Dále přichází na řadu induktor, jehož úkolem je vytvořit odpovídající úroveň střídavého magnetického pole. Celý tento systém je uzavřen speciálním ferimagnetickým jádrem.
• Účinek magnetického pole prochází obrobkem umístěným uvnitř pracovní komory. Uvnitř systému se tak vytváří stav sekundárního proudu, který aktivně ovlivňuje molekulární složení kovu.
• Poslední pracovní fází jsou vířivé proudy, jejichž úkolem je využít energii induktoru a magnetického pole generátoru k procesu ohřevu obrobku uvnitř pracovní komory.

Ve skutečnosti se jedná o celý provozní cyklus indukční pece, díky kterému se zpracovávají různé kovy. Je velmi důležité, aby byla kamna instalována na správném místě a měla možnost používat další zařízení. V tomto případě může jeho výkon dosáhnout maximální úrovně. Pokud to systém nedokáže, budou jeho ukazatele účinnosti mnohem nižší, než bychom chtěli. Aby systém plně fungoval, musí být všechny výše uvedené akce provedeny ve správném pořadí. To je další zásadní aspekt, který je třeba vzít v úvahu, protože jinak bude systém mnohem méně účinný.