Индукционно нагряване, втвърдяване и индукционно топене на метали

Най -съвършеният тип отопление е този, при който топлината се генерира директно в нагрятото тяло. Този метод на нагряване се извършва много добре чрез преминаване на електрически ток през тялото. Въпреки това, директно — включването на нагрето тяло в електрическа верига не винаги е възможно поради технически и практически причини.

В тези случаи може да се осъществи перфектен тип нагряване с помощта на индукционно нагряване, при което топлината се генерира и в самото нагрято тяло, което елиминира ненужната, обикновено голяма, консумация на енергия в стените на пещта или в други нагревателни елементи. Следователно, въпреки относително ниската ефективност на генериране на токове с повишена и висока честота, общата ефективност на индукционното нагряване често е по -висока от с други нагревателни методи.

Индукционният метод също така позволява бързо нагряване на неметални тела равномерно по цялата им дебелина. Лошата топлопроводимост на такива тела изключва възможността за бързо загряване на техните вътрешни слоеве по обичайния начин, тоест чрез подаване на топлина отвън. При индукционния метод топлината се генерира по същия начин както във външните слоеве, така и във вътрешните и дори може да съществува риск от прегряване на последните, ако не се направи необходимата топлоизолация на външните слоеве.

Особено ценно свойство на индукционното нагряване е възможността за много висока концентрация на енергия в нагрятото тяло, лесно подлежаща на точно дозиране. Само електрическа дъга може да се получи същия ред на енергийна плътност, но този метод на отопление е труден за контрол.

Характеристиките и добре известните предимства на индукционното отопление създадоха широки възможности за неговото приложение в много индустрии. В допълнение, тя ви позволява да създавате нови типове структури, които изобщо не са осъществими за конвенционалните методи на термична обработка.

Физически процес

В индукционните пещи и устройства топлината в електрически проводимо нагрято тяло се отделя от токове, индуцирани в него от променливо електромагнитно поле. По този начин тук се извършва директно отопление.

Индукционното нагряване на метали се основава на два физични закона: законът на Фарадей-Максуел за електромагнитна индукция и закона на Джоул-Ленц. Поставят се метални тела (заготовки, части и т.н.) променливо магнитно поле, който възбужда вихър в тях електрическо поле… ЕМП на индукцията се определя от скоростта на промяна на магнитния поток. Под действието на ЕМП на индукция, вихрови (затворени вътре в телата) течения протичат в телата, отделяйки топлина според закона на Джоул-Ленц… Този ЕМП се създава в метала променлив ток, топлинната енергия, отделяна от тези токове, е причина за нагряване на метал. Индукционното нагряване е директно и безконтактно. Позволява ви да достигнете температура, достатъчна за стопяване на най -огнеупорни метали и сплави.

Интензивното индукционно нагряване е възможно само в електромагнитни полета с висока интензивност и честота, които се създават от специални устройства — индуктори. Индукторите се захранват от 50 Hz мрежа (промишлени честотни инсталации) или от отделни източници на енергия — генератори и преобразуватели на средна и висока честота.

Най -простият индуктор на устройства за непряко индукционно нагряване с ниска честота е изолиран проводник (удължен или навит), поставен вътре в метална тръба или насложен върху повърхността му. Когато токът преминава през проводника-индуктор в тръбата, той се нагрява вихрови токове… Топлината от тръбата (може да бъде и тигел, контейнер) се прехвърля към нагрятата среда (вода, която тече през тръбата, въздух и т.н.).

Индукционно нагряване и втвърдяване на метали

Най -широко използваното директно индукционно нагряване на метали на средни и високи честоти. За това се използват индуктори със специална конструкция. Индукторът излъчва електромагнитна вълна, който пада върху нагрятото тяло и умира в него. Енергията на абсорбираната вълна се превръща в топлина в тялото. Коефициентът на нагряване е толкова по -висок, колкото по -близо е формата на излъчваната електромагнитна вълна (плоска, цилиндрична и т.н.) до формата на тялото. Следователно, плоски индуктори се използват за нагряване на плоски тела, цилиндрични (соленоидни) индуктори се използват за цилиндрични заготовки. В общия случай те могат да имат сложна форма поради необходимостта от концентриране на електромагнитната енергия в желаната посока.

Характеристика на вложената енергия на индукция е способността да се регулира пространственото разположение на зоната на потока вихрови токове.

Първо, вихровите токове протичат в зоната, покрита от индуктора. Нагрява се само онази част от тялото, която е в магнитна връзка с индуктора, независимо от общия размер на тялото.

Второ, дълбочината на зоната на циркулация на вихровия ток и следователно зоната за освобождаване на енергия зависи, наред с други фактори, от честотата на тока на индуктора (нараства при ниски честоти и намалява с увеличаване на честотата).

Ефективността на преноса на енергия от индуктора към нагрятия ток зависи от размера на пролуката между тях и се увеличава с намаляването му.

Индукционното нагряване се използва за повърхностно втвърдяване на стоманени изделия, чрез нагряване за пластична деформация (коване, щамповане, пресоване и др.), Топене на метал, термична обработка (отгряване, темпериране, нормализиране, втвърдяване), заваряване, напластяване, метално запояване.

Непрякото индукционно отопление се използва за отопление на технологично оборудване (тръбопроводи, контейнери и др.), Нагряване на течни среди, сушилни покрития, материали (например дърво). Най -важният параметър на инсталациите за индукционно отопление е честотата. За всеки процес (повърхностно втвърдяване, чрез нагряване) има оптимален честотен диапазон, който осигурява най -добрите технологични и икономически показатели. За индукционно нагряване се използват честоти от 50 Hz до 5 MHz.

Предимства на индукционното отопление

1) Прехвърлянето на електрическа енергия директно в нагретото тяло позволява директно нагряване на проводящи материали. В този случай скоростта на нагряване се увеличава в сравнение с инсталациите с непряко действие, при които продуктът се нагрява само от повърхността.

2) Прехвърлянето на електрическа енергия директно в нагрятото тяло не изисква контактни устройства. Удобен е в условията на автоматизирано производствено производство, когато се използват вакуумни и защитни средства.

3) Поради явлението повърхностен ефект, максималната мощност се освобождава в повърхностния слой на нагрятия продукт. Следователно, индукционното нагряване по време на охлаждане осигурява бързо нагряване на повърхностния слой на продукта. Това дава възможност да се получи висока повърхностна твърдост на детайла със сравнително вискозна среда. Индукционното повърхностно втвърдяване е по -бързо и икономично от другите методи за повърхностно втвърдяване.

4) Индукционното отопление в повечето случаи подобрява производителността и подобрява условията на труд.

Индукционна топилна пещ

Индукционна пещ или устройство може да се разглежда като вид трансформатор, в който първичната намотка (индуктор) е свързана към източник на променлив ток, а самото нагрято тяло служи като вторична намотка.

Работният процес на пещи за индукционно топене се характеризира с електродинамично и термично движение на течен метал във вана или тигел, което допринася за получаване на метал с еднакъв състав и неговата равномерна температура в целия обем, както и с ниски метални отпадъци ( няколко пъти по -малко, отколкото в дъговите пещи).

Индукционните топилни пещи се използват при производството на отливки, включително оформени, от стомана, чугун, цветни метали и сплави.

Индукционните топилни пещи могат да бъдат разделени на индустриални честотни канални пещи и индустриални, средни и високочестотни тигелни пещи.

Индукционна канална пещ е трансформатор, обикновено при честота на мощност (50 Hz). Вторичната намотка на трансформатора е намотка от разтопен метал. Металът е затворен в пръстеновиден огнеупорен канал.

Основният магнитен поток индуцира ЕМП в метала на канала, ЕМП създава ток, токът загрява метала, следователно пещ с индукционен канал е подобна на трансформатор, работещ в режим на късо съединение.

Индукторите на каналните пещи са направени от надлъжна медна тръба, тя е с водно охлаждане, каналната част на огнището се охлажда от вентилатор или от централизирана въздушна система.

Каналните индукционни пещи са предназначени за непрекъсната работа с редки преходи от един клас метал към друг. Каналните индукционни пещи се използват главно за топене на алуминий и неговите сплави, както и мед и някои от неговите сплави. Други серии пещи са специализирани като смесители за задържане и прегряване на течно желязо, цветни метали и сплави преди леене в леярски форми.

Работата на индукционна тигелна пещ се основава на поглъщането на електромагнитната енергия на проводим заряд. Клетката е поставена вътре в цилиндрична намотка — индуктор. От електрическа гледна точка пещта с индукционен тигел е въздушно трансформатор с късо съединение, чиято вторична намотка е проводящ заряд.

Индукционните тигелни пещи се използват главно за топене на метали за формовано леене в периодичен режим на работа, както и, независимо от режима на работа, за топене на определени сплави, като бронзи, които влияят неблагоприятно върху облицовката на каналните пещи.