Индукционные печи – принцип работы индукционной печи. Лабораторные индукционные печи, промышленные печи

Корпус вакуумной камеры индукционной печи : двухслойный с водяным охлаждением из специальной стали SUS304. Вакуумная герметизация обеспечивается «О»-образным кольцом. Корпус оснащен установкой водяного охлаждения (предотвращает старение «О»-образного кольца). На корпусе вакуумной камеры вакуумной расположен соединительный трубопровод вакуумной системы. Внутри подина оборудована разливочной платформой или отверстием. Во время разливки печь поворачивается с помощью привода, расположенный снаружи камеры.

Индуктор вакуумной печи изготовлен из высококачественной бескислородной электротехнической меди TU1 квадратного сечения с водяным охлаждением. Использован индуктор немецкой фирмы Leybold.

Крышка вакуумной индукционной печи: двухслойная с водяным охлаждением, внутренняя стенка выполнена из специальной стали SUS304. Крышка печи оснащена установкой водяного охлаждения, смотровым окном, блокировочной установкой.

Печь оснащена мощным среднечастотным тиристорным преобразователем мощность, спроектированный на базе тиристоров нового поколения, высокоскоростные датчики тока и напряжения, обеспечивающие высокую надежность, помехоустойчивость и многофункциональность.

Система водоохлаждения вакуумной печи делится на три части: система охлаждения среднечастотного преобразователя, система охлаждения корпуса печи, индуктора и системы вакуумной.

Вакуумная система как правило состоит из механического насоса с электромагнитным пневматическим клапаном перепада давления (предотвращает утечку масла вакуумного насоса), насоса Рутса, подпитывающего насоса, пневматических клапанов, клапана подачи воздуха, клапана сброса воздуха, вакуумного трубопровода, гофрированных труб.

Уровень вакуума измеряется при помощи цифрового комбинированного вакуумметра. Используются передовые гелиевые датчики разгерметизации для измерения коэффициента повышения давления, что гарантирует достоверность и точность технических показателей.

Для соединения насосов и вакуумного трубопровода использовано быстрое соединение металлическими гофрированными трубами (снижает вибрацию). Уровень вакуума измеряется цифровым вакуумметром.

Компания MAGMATEX использует передовые гелиевые датчики разгерметизации для измерения коэффициента повышения давления, что гарантирует достоверность и точность технических показателей.

При плавке металлов в вакууме выделяется значительной количество газов, которые должны удаляться с помощью вакуумных насосов. Первоначальный нагрев металла до 300-400° С сопровождается активной! десорбцией газов, а также испарением и разложением загрязнений на поверхности металла. При дальнейшем нагреве до 700-1000° С (для стали) практически полностью выделяется водород и частично кислород. После окончательного расплавления выделяются в большом количестве кислород, азот, окись углерода. Процесс состоит из стадий нагрева, расплавлен и рафинирования, во время которого удаляются остатки газа.

Методом вакуумной плавки особенно важно получать заготовки из железных сплавов, никеля, меди, молибдена для электровакуумной промышленности; пластичные сорта железа с малым содержанием углерода (армко, трансформаторные и др.), также железо с высокой магнитной проницаемостью; специальные стали и сплавы с пониженным содержанием водорода и азота; нихром;противокоррозионные сплавы на никелевой основе; высокоэлектродную медь и ее сплавы; платину и платиновые металлы; тугоплавкие редкие металлы. Чтобы получить качественный металл, необходимо загрузить ero в герметичную печь и при постепенном нагреве и расплавлении откачивать выделяющиеся из него газы. Время пребывания жидкого перегретого металла в вакууме должно быть достаточным, чтобы произошли полностью все химические реакции и дегазация. Дегазированный металл должен выливаться в изложницу в вакууме. При литье в вакууме металл можно выливать медленно и тонкой струей, не боясь его окисления. Благодаря этому образование усадочных раковин в металле минимально. Не следует также забывать о подборе материала для тигля, так как и из него в процессе работы выделяются пары и газы, присутствие которых в системе может привести к нежелательным результатам.

В индукционной электрической печи материал нагревается током, возбуждаемым внутри заготовки. Заготовка помещена в индукторе (соленоиде), питаемом током промышленной или повышенной частоты (рис. 160). При расчете индукционных вакуумных плавильных пери нужно учитывать специфику процесса: тепло выделяется непосредственно в самом металле, который, в свою очередь, нагревает тигель и футеровку течи. Преимущество индукционного метода нагрева заключается в возможности нагрева металла с большой скоростью, а также в наличии вихревых ков в расплавленном металле. Этот способ дает очень равномерный нагрев металла.

Металл может нагреваться непосредственно при протекании по катушке переменного тока (рис. 161, а) или косвенно теплом излучения и теплопродностью от вспомогательного концентрически расположенного металлического цилиндра, подвергаемого индукционному нагреву (рис. 161, б). В последнем случае тепловой обработке может быть подвергнут и не электропроводный материал; кроме того, здесь проще нагрев образца не цилиндрической формы.

Крупные промышленные индукционные печи для плавления металлов имеют неподвижную жестко закрепленную вакуумную камеру, в которой размещена индукционная катушка с тиглем. Крышка камеры вместе с индуктором и тиглем может отодвигаться. Одна из печей подобного типа показана на рис. 162. Крышка камеры с индукционной катушкой и тиглем трехтонной индукционной печи фирмы Херауэс (ФРГ) показана на рис. 163. Положение тигля и катушки может изменяться на разных стадиях процесса (рис. 164).

Предельное давление в подобных печах составляет 5 1O -4 мм рт. ст., скорость откачки воздуха до 20 ООО л/с при давлении 10 -3 мм рт. ст. Габаритные размеры камеры: диаметр от 2800 до 4500 мм, длина от 2200 до 3000 мм; размеры индуктора: внутренний диаметр от 570 до 900 мм, высота - от 700 до 1200 мм; средний объем тигля - от 80 до 350 л.

Пример применения индукционной печи - получение сплава бронзы I с дисульфидом молибдена. Это антифрикционное вещество можно применять в условиях высокого вакуума и низких температур. Плавильная печь в этом | случае снабжена вакуумным прессом.

Металл здесь нагревается проходящим через него электрическим током. Печи сопротивления обычно применяют для тугоплавких металлов. Электрооборудование этих печей дешевле, чем индукционных. Греющий элемент должен иметь возможно большее удельное сопротивление. Греющими элементами могут служить уголь, графит, крип-тол (зернистый уголь), карборунд, тугоплавкие металлы. В таких печах нагревают и плавят любые вещества; необходимо только, чтобы нагреваемые вещества или продукты их взаимодействия не выделяли паров, разрушающих нагреватели.

Здесь можно спекать металлокерамические сплавы, плавить малолетучие металлы и т. п. На рис. 165 показана вакуумная печь сопротивления для плавки циркония с графитовым нагревателем. Вакуумные печи сопротивления для работы при температурах до 1200° С и давлении 10 -3 - 10 -4 мм рт. ст. с футеровкой из шамота-легковеса применяют также для термической обработки магнитных сплавов, коррозионностойких и жаропрочных сталей, титана, циркония, сплавов на основе титана и циркония, для спекания композиций на основе железа, никеля, меди, для пайки твердыми припоями и т. п.

Дуговые печи позволяют в небольшом объеме выделить одновременно большее количество тепла и быстрее, чем в печах других типов, достичь высокой температуры. Плавку в дуговых в электропечах применяют главным образом в производстве металлов, имеющих большую химическую активность при высоких температурах (молибден, тантал, ти-1ан, цирконий и др.). Особенно хорошие результаты получены с так называемой зависимой дугой, когда между электродом и самим нагреваемым металлом создается дуга. Графитовые электроды при плавке применять нежелательно, так как это может вызвать дополнительную примесь углерода в металле. Обычно используют электроды из вольфрама. Во многих случаях электрод делают из того же металла, который плавят в дуговой печи, причем он постепенно оплавляется (расходуемый электрод).

Практика показала, что плавка в печах с расходуемым электродом дает возможность получать металлы и сплавы высокого качества. Характерной особенностью печи является равномерное выделение газов на протяжении всего цикла.

Схема вакуумной дуговой печи с расходуемым электродом дана на рис. 166. Схема печи фирмы Дегусса (ФРГ) для выплавки специальных сталей с загрузкой 400 кг приведена на рис. 167. На Ижорском заводе пущена мощная печь вакуумно-дугового переплава. Печь выдает слиток сверхчистой стали массой 37 т.

На рис. 168 показана дуговая вакуумная печь фирмы Ульвак (Япония) с расходуемым электродом производительностью 25 т за одну загрузку. Производительность таких печей от 2 кг до 30 т. Печь пригодна для рафинирования и плавления активных металлов и металлов с высокой точкой плавления.

Плавка в высоковакуумной печи с электроннолучевым нагревом дает возможность получать металл высокой чистоты. Рафинирование металла происходит как чисто зонной очисткой (благодаря различию в растворимости примесей в твердом и жидком) металле), так и дегазацией металла в вакууме и испарением примесей с более высокой упругостью пара, чем у очищаемого металла. Для расплавления возможен нагрев с помощью электронной пушки, которая служит катодом и бомбардирует исходный металл (анод). Плавящийся металл стекает в водоохлаждаемую изложницу, где поддерживается в расплавленном состоянии с помощью электронной бомбардировки от другой пушки. При производстве таким методом пластичного ниобия получали слиток длиной 1,2 м и диаметром около 80 мм. При этом скорость плавки ниобия достигала В5- 7 кг/ч, а при повторном переплаве-36 кг/ч.

Плавка с помощью электронной бомбардировки в вакууме имеет преимущества перед вакуумной дуговой плавкой: форма применяемого для плавки образца не имеет значения; расход электроэнергии значительно ниже, так как для поддержания дуги при дуговой плавке необходимы большие токи и низкое напряжение, а для питания электронных пушек - высокое напряжение и низкие токи;применение более высокого вакуума, чем в печах других типов; качество получаемого металла выше, чем в вакуумной дуговой печи.

Преимущества электронного нагрева дают основания считать этот метод перспективным для производства таких металлов, как тантал, молибен, ниобий, бериллий, а также специальных и коррозионностойких сталей.

Рис. 167. Схема высоковакуумной дуговой печи для расплавления специальных сталей с загрузкой 400 кг (фирма Дегусса, ФРГ)

Схема печи показана на рис. 169. Футеровка в такой печи отсутствует, а выделение газов равномерно в течение всего цикла. Для нормальной работы таких печей необходимо поддержание высокого вакуума, поэтому к исходному материалу предъявляют повышенные требования в отношении содержания газов. Исходный материал, предназначенный для плавки в печах электронным нагревом, предварительно плавится в вакуумных индукционных или дуговых печах.

Вфирма Ульвак (Япония) выпускает печи серии FME для плавки электронным лучом тугоплавких металлов: Та, Nb, Ti, Zr, W. Для работы в сверхвысоком вакууме фирма предлагает печи на базе сверхвысоковакуумного откачного агрегата EBD-400.

Такие печи, присоединяемые к сверхвысоко-вакуумному агрегату своим нижним фланцем, показаны на рис. 170. На рис. 170, а показана печь для зонной плавки и рафинирования тугоплавких (W, Та, Mo, Nb) и активных металлов (Ti, Zr), а также полупроводниковых материалов (Ge, Si) при давлениях порядка 10 -9 мм рт. ст. При таких давлениях плавление происходит в абсолютно чистой и сухой среде. В печах можно также обрабатывать сталь, никель и другие металлы. Предельное давление в печи без загрузки после прогревания всей системы в течение 6 ч до 250° С составляет 1 *10 -9 мм рт. ст.

Рис. 171. Схема сверхвысоковакуумной печи с нагревом электронным лучом и с отклоняющей системой (фирма Ульвак, Япония)

Равновесное давление при зонном плавлении тантала и скорости прохода 0,1 мм/мин около 10 -8 мм рт. ст. Размеры образца: диаметр 4-7 мм, длина 200 мм. Эффективная длина при плавлении составляет 120 мм. Максимальная мощность электронной пушки 5 кВт. Расходуемая мощность при непрерывной работе 3 кВт. Мощность, расходуемая системой откачки, 10 кВт; расход воды 20 л/с. Скорость прохода электронной пушки может меняться в широких пределах с целью создания оптимальных условий для плавления и рафинирования. Образец может вращаться со скоростью от 1 до 8 об/мин. Здесь применяется электростатическая электронная пушка с кольцевым катодом.

На рис. 170, б показана печь EBD-400, снабженная электронной пушкой мощностью 6 кВт проникающего типа и водоохлаждаемой медной изложницей. Слитки получают двух видов: либо полукруглой формы (в изложнице 8x5 мм), либо У-образной формы изложница длиной 200 мм, шириной 23 мм и глубиной 15 мм). Давление печи при плавлении тантала и предельное давление те же, что и в предыдущем случае. Электронная пушка, снабженная отклоняющей системой, имеет максимальную мощность 6 кВт при ускоряющем напряжении от 0 до 20 кВ. Диапазон изгибания луча 200 мм в направлении X, 23 мм в направлении Y. Автоматическая развертка возможна для направления X и Y. Мощность системы откачки 10 кВт; расход воды 25 л/мин. Устройство печи EBD-400 EBM показано на рис. 171.

Мы уже рассказывали об индукционной технологии . Заведения общественного питания всё чаще оснащают свои кухни индукционными плитами и духовыми шкафами. Несмотря на высокую стоимость такого оборудования, преимущества от его использования вполне очевидны.

Нашла применение эта технология и в сфере, совсем не связанной с приготовлением пищи - металлургии . Индукционные печи успешно применяются не только в промышленной плавке металла (где постепенно приходят на смену традиционным печам), но и активно используются на небольших металлургических предприятиях.

Технология

Как мы уже знаем, в индукционных установках (и плавильные печи не исключение) нагрев объекта(-ов) происходит благодаря действию электромагнитного поля. Однако плавка металла - процесс высокотехнологичный , и потому установки для него имеют свои конструкционные и технологические особенности.

Состоит индукционная печь из индуктора, каркаса, камеры (тигеля) для нагрева (плавки), вакуумной системы (опционально) и механизмов наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве. Плавильный тигель, обычно, имеет удобную цилиндрическую форму и выполнен из огнеупорного материала. Распложен он в полости индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Плавится металлическая шихта, помещенная в тигель, за счет поглощения электромагнитной энергии.

Достоинства и недостатки

Главным достоинством, безусловно, является отсутствие в процессе нагрева промежуточных стадий . Тепло сразу передается объекту. Это экономит и время, и электроэнергию.

Печь быстро плавит мелкую шихту. При этом температура в камере распределяется равномерно без местных перегревов. Тем самым обеспечивается однородность химического состава в многокомпонентных сплавах.

Одна из отличительных особенностей индукционной печи - возможность создания в установке любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной). И это при любом давлении .

Наконец, оптимальная форма тигля и его хорошая защита от термических и механических повреждений позволяют полностью сливать расплавленный металл из установки.

Индукционные печи отличает простота и удобство в управлении, регулировке, обслуживании. А возможность автоматизации основных процессов делает эти установки весьма высокопроизводительными.

Из недостатков специалисты выделяют только два момента. Во-первых, низкую температуру шлаков , передаваемых на расплав для его технологической обработки. Дело в том, что шлак в установке разогревается от металла и, следовательно, его температура всегда ниже. Во-вторых, у небольших (компактных) установок слабым местом является футеровка (термостойкость и защита от механических повреждений). При высоких температурах расплава во время полного слива металла может происходить резкое колебание температуры футировки .

Виды печей

На самом деле их много, т. к. эти установки находят свое применение в самых различных областях. К примеру, в стоматологии и ювелирном производстве. Поэтому мы расскажем только о наиболее востребованных видах.

Современные индукционные печи способны плавить металл от 5 кг до нескольких десятков тонн. Говорить о промышленных вариантах смысла не имеет. Такие мощные комплексы - тема для отдельного материала. А вот о компактных установках, доступных небольшим фирмам, поговорим подробнее.

Индукционные тигельные печи до 200 кг плавки

Эти установки с транзисторным преобразователем используются для плавки от 5 до 200 кг цветных металлов и от 5 до 100 кг черных металлов. Их главное достоинство - мобильность. При необходимости они легко переставляются с места на место.

Печи комплектуются универсальным среднечастотным транзисторным высоковольтным преобразователем. Поэтому, если есть ограничения по подключаемой мощности, то её можно легко отрегулировать.

Применяются установки для нагрева массивных деталей перед кузнечной обработкой либо их глубокой закалки . Ну и, конечно, для плавки металлов. Графитовые тигли используются для плавки стекла, кремния, а также стали и чугуна, которые обладают ферромагнитными свойствами. Керамические тигли - для плавки меди, латуни, бронзы, золота и серебра. Стальные и чугунные тигли используются для плавки алюминия.

Вообще, КПД такой печи доходит до 98%. Время плавки - не более 1 часа. Сталь, выплавленная в индукционной установке (и даже компактной), на 30% крепче, выплавленной в обычной печи за счет более высокой однородности сплава.

Однако нельзя не сказать о некоторых недостатках. Из-за небольшой толщины тигля и, как уже говорилось выше, проблем с футеровкой происходит быстрая потеря тепла . Профессионалы советуют на малых установках производить плавку как можно быстрее, а последующую плавку желательно на горячем тигле. Другим неудобством является отсутствие в комплекте поставки системы водоохлаждения. Её, к сожалению, придется приобретать отдельно.

Тем не менее, по мнению специалистов, приобретение ИП с весом плавки до 200 кг - это один из лучших вариантов начала собственного металлургического дела или расширения уже существующего.

Вакуумные индукционные печи до 200 кг плавки

Печи с вакуумной обработкой металла применяются для образования сплавов точного химического состава. Полученная в них высококачественная сталь используется в продукции с высокой добавленной стоимостью.

Плавка в вакууме позволяет получить более чистые металлы и сплавы. Происходит это, во-первых, за счет интенсивного удаления газов и примесей, которые входят в состав исходных материалов. Во-вторых, за счет почти полного слияния присаживаемых компонентов с расплавливаемым материалом. Тогда как при воздушной плавке часть компонентов теряется.

Наибольшее распространение сегодня получили вакуумные печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха. Их основные преимущества: возможность заливки металла в любое число изложниц или форм, удобство наблюдения за процессом разливки благодаря неподвижности смотровых окон и др.

Современные вакуумные печи имеют различные приспособления, позволяющие без нарушения вакуума производить различные технологические операции. Например, бункер для дополнительных порций шихты, дозаторы для введения в тигель в определенном порядке присадочных материалов, устройства для измерения температуры жидкого металла термопарой и для взятия его проб, скребки для зачистки тигля после слива металла и пр.

Не стоит пугаться сложности освоения установок. На самом деле технологии в производстве индукционных печей достигли такого уровня, что ИП способны работать безостановочно 24 часа, а квалификация оператора может быть минимальной.

Резюме

Производителей индукционных плавильных печей множество. Но лидером, и в этом нет ничего удивительного, является Китай . Поднебесная уже давно занимает мировое первенство по производству металлопроката. Не уступает, а в чем-то даже и превосходит китайское оборудование модельный ряд российских производителей. Наше Отечество, безусловно, также сильно своими металлургическими достижениями, поэтому потенциальному покупателю выбирать есть из чего.

Цены на печи примерно одинаковы и начинаются от 250 тысяч рублей . При этом не стоит бояться отсутствия каких-либо гарантий на китайское оборудование. Не тот случай. Здесь как раз всё в порядке. На ИП есть и гарантия и даже сервис-центры по всему миру.

Вакуумные индукционные печи (ВИП) по режиму работы разделяют на печи периодического и полунепрерывного действия.

Печи периодического действия имеют лишь одну камеру – плавильно-заливочную. После каждой плавки и заливки форм указанную камеру разгерметизируют; вынимают из неё залитую форму; чистят и заправляют тигель; вновь загружают в него шихту; устанавливают в камеру пустую форму; закрывают камеру; откачивают из неё воздух и производят новую плавку.

Вакуумные печи полунепрерывного действия имеют, кроме плавильно-заливочной, дополнительные камеры – не менее одной вертикальной и одну или две горизонтальных. Каждая из дополнительных камер одним торцом присоединена к плавильно-заливочной камере (ПЗК), а второй торец свободен. Дополнительные камеры изолированы от плавильно-заливочной (в местах присоединения) вакуумными затворами. Аналогичные затворы открывают или закрывают свободные торцы камер. В ВИП полунепрерывного действия загрузка шихты в тигель и её плавка, подшихтовка и все виды доводки ЖМ, подача порожних форм (или изложниц), их заливка, затвердевание ЖМ, извлечение заполненных форм – все эти технологические операции выполняются без нарушения вакуума в ПЗК.

По способу слива ЖМ из тигля в форму или изложницу различают ВИП :

а) с наклоном всей ПЗК вместе с тиглем и заливаемой изложницей, подвешенной на шарнирах к кожуху этой камеры;

б) с наклоном только тигля внутри ПЗК, а заливаемая форма установлена неподвижно на какой-нибудь опоре внутри камеры.

К вакуумным печам полунепрерывного действия относятся печи ВИАМ – 100, ВИАМ – 24, ИСВ – 0,6, УЛВАК, КОНСАРК и др.

У печи ВИАМ – 100 ПЗК имеет цилиндрическую форму и расположена горизонтальною. Примерно в центре камеры находится тигель (с индуктором), который при сливе ЖМ наклоняется вдоль оси ПЗК. Ниже тигля имеется рольганг (с дисковыми роликами), на котором располагаются литейные формы при заливке. На верхней части кожуха ПЗК установлена вертикальная цилиндрическая камера, через которую загружают в тигель шихту без разгерметизации плавильного рабочего пространства печи. Ось шихтовой вертикальной камеры совпадает с осью симметрии тигля.

Перед началом очередного цикла работы печи

ВИАМ – 100 необходимо: тигель осмотреть, очистить и отремонтировать (если нужно); ПЗК со всех сторон закрыть вакуумными затворами (т.е. изолировать от всех остальных камер) и откачать из неё воздух до остаточного давления – мм рт. ст.; разгерметизировать верхние и боковые камеры, т.е. открыть их наружные вакуумные затворы. Строго говоря, перечисленные операции выполняют перед началом первой плавки. Если печь работает в неперерывном режиме (например в течение двух смен), то ПЗК, естественно, не разгерметизируют и загрузку шихты в тигель осуществляют сразу после слива предыдущей дозы ЖМ.

Далее для возобновления нового цикла плавки необходимо: набрать дозу компонентов шихты в специальную загрузочную корзину, поместить её в шихтовую камеру и закрыть камеру наружным вакуумным затвором; откачать воздух из шихтовой камеры до остаточного давления, равного давлению в ПЗК; открыть внутренний вакуумный затвор между этими камерами, выгрузить шихту из корзины в тигель; поднять пустую корзину в шихтовую камеру и закрыть внутренний вакуумный затвор; подать воздух (при атмосферном давлении) в шихтовую камеру; открыть наружный вакуумный затвор; набрать дозу компонентов шихты в загрузочную корзину и т.д.; начать плавку шихты в тигле.

Печь ВИАМ – 100 имеет также две горизонтальные дополнительные камеры цилиндрической формы. Эти камеры расположены по бокам (слева и справа) центральной ПЗК и присоединены к ней своими рабочими торцами. Как указывалось выше, каждая боковая камера с обоих торцов (рабочего и свободного) закрывается или открывается вакуумными затворами. В нижней части камер имеются рольганги с дисковыми роликами, расположенными на одном уровне с роликами в ПЗК. Через одну из боковых камер (например правую) подаются пустые формы в плавильную камеру для заливки. Назовём правую камеру загрузочной. Через другую (левую) удаляются после их заливки. Левую камеру назовём выгрузочной. Последовательность подачи пустых форм после окончания плавки: установить заливаемые формы на вспомогательный рольганг (перед правой камерой) таким образом, чтобы заливочные чаши разных форм располагались в одной горизонтальной плоскости, наиболее удобной для заливки из тигля; протолкнуть формы на рольганг внутри правой камеры и закрыть её наружным вакуумным затвором; откачать воздух из загрузочной (правой) камеры до остаточного давления, равного давлению в ПЗК; открыть вакуумный затвор между этими камерами, подать (по очереди) первую, вторую и другие формы под заливку, располагая каждую из них так, чтобы заливочная чаша находилась под носком тигля, и залить формы (количество форм зависит от их металлоёмкости и габаритных размеров); закрыть вакуумный затвор между плавильно-заливочной и загрузочной камерами; подать воздух в загрузочную камеру (при атмосферном давлении), открыть наружный вакуумный затвор и готовиться к очередному поступлению форм.

Левую боковую камеру используют следующим образом: закрыть свободный торец наружным вакуумным затвором (рабочий торец был закрыт вакуумным затвором ранее перед началом плавки): откачать воздух из выгрузочной (левой) камеры до остаточного давления, равного давлению в ПЗК; открыть вакуумный затвор между этими камерами, передвинуть залитые формы из плавильной в левую камеру и закрыть вакуумный затвор, сохранив при этом «вакуум» в ПЗК; подать воздух (при атмосферном давлении) в выгрузочную камеру, открыть наружный вакуумный затвор и выкатить залитые формы на вспомогательный рольганг, расположенный после левой камеры. Очерёдность и время работы всех камер должны быть согласованны так, чтобы время простоя печи было наименьшим. Если используются оболочковые керамические формы, полученные литьём по выплавляемым моделям, то время между извлечением этих форм из прокалочной печи и заливкой должно быть не более 15 мин.

Печь ВИАМ – 100 может работать с одной боковой камерой например правой, используя её и для загрузки пустых форм, и для выгрузки залитых. Последовательность закрывания и открывания вакуумных затворов, откачки или подачи воздуха в боковую камеру и т. п. зависит от того, для какой цели она используется на данном этапе работы печи.

Вакуумная печь ВИАМ – 24 состоит из трёх основных камер: плавильно-заливочной, шихтовой и для подачи – выдачи литейных форм.

ПЗК имеет цилиндрическую форму, расположена горизонтально и с торцов закрыта сферическими днищами, из которых переднее открывается подобно двери, а заднее отодвигается вдоль оси камеры. В центре камеры находится тигель (с индуктором), прикреплённый к заднему днищу, поэтому если отодвинуть днище, то тигель извлекается из ПЗК и с помощью например цехового мостового крана можно отремонтировать или заменить тигель или индуктор. При сливе ЖМ тигель наклоняется в плоскости, перпендикулярной оси своей камеры. Под тиглем имеется рольганг с дисковыми роликами для установки форм при заливке.

Шихтовая камера сделана в виде цилиндра, располагается вертикально на кожухе ПЗК соосно с тиглем и изолирована от плавильного пространства вакуумным затвором. Загрузка шихты через эту камеру проводится аналогично печи ВИАМ – 100.

Единственная боковая камера имеет цилиндрическую форму, располагается горизонтально и рабочим торцом соединяется с ПЗК через вакуумный затвор. Подобный затвор закрывает и открывает свободный торец боковой камеры. Внутри камеры имеется рольганг с дисковыми роликами. Последовательность подачи из этой камеры пустых форм под заливку и приёмки залитых форм такая же, как у аналогичных камер печи ВИАМ – 100. Перед камерой также установлен вспомогательный рольганг для пустых и залитых форм.

На рис. 1.5 показано устройство вакуумной ИТП типа ИСВ – 0,6 полунепрерывного действия для литья слитков из жаропрочных сплавов и специальных сталей .

Печь ИСВ – 0,6 обслуживается следующим образом : ПЗК 1 печи закрывается сверху крышкой 7, расположенной на самоходной тележке 8 мостового типа с электроприводом. Тележка с крышкой по рельсам отъезжает вправо (по рис. 1.5), ПЗК открывается, в результате чего освобождается доступ для чистки, ремонта и замены тигля 3.

Рис. 1.5. Вакуумная ИТП типа ИСВ – 0,6

полунепрерывного действия:

1 – плавильно-заливочная камера; 2 – плавильный тигель; 3 – камера для загрузки шихты в тигель; 4 – поворотная колонна; 5 – устройство для взятия проб ЖМ и замера его температуры; 6 – дозатор; 7 – крышка плавильно-заливочной камеры; 8 – четырёхколёсная самоходная тележка; 9 – вакуумный затвор; 10 – камера для загрузки и выгрузки изложниц (т.е. литейных форм);

11 – тележка для подачи изложниц (форм) в загрузочную и плавильно-заливочную камеры и извлечения из них залитых форм; 12 – кожух шихтовой камеры; 13 – корзина для шихты;

14 – лебёдка для опускания и поднимания корзины для шихты

Загрузка шихты в тигель производится с помощью шихтовой камеры 3, которая представляет собой цилиндрический кожух 12, внутри которого на тросе подвешена корзина 13 для шихты. Корзину с загруженной в неё шихтой опускают с помощью лебёдки 14 в тигель, после чего дно корзины открывается и шихта высыпается в тигель. Шихтовая камера 3 смонтирована на поворотной колонне 4, что позволяет отводить камеру 3 в сторону для удобства загрузки в неё корзины 13 с новой порцией шихты. Камера 3 отделена от ПЗК вакуумным технологическим затвором и соединена с вакуумной системой. Это позволяет производить загрузку шихты в тигель без нарушения вакуума в ПЗК.

Дозатор 6 предназначен для ввода в тигель различных твёрдых присадок во время плавки. Камера дозатора имеет несколько секций, в которые загружаются требуемые присадочные материалы. Из дозатора в тигель они переносятся специальным поворотным ковшом с откидным днищем. Так же, как шихтовая камера 3, дозатор 6 отделяется от ПЗК вакуумным затвором.

С ПЗК соединена камера 10 изложниц. От цеха и ПЗК она отделена технологическими вакуумными затворами 9 и соединена с вакуумной системой. Подача изложниц в камеру изложниц, а затем в ПЗК осуществляется на тележке 11. Следовательно, камера изложниц с вакуумными затворами выполняет роль шлюзовой камеры, обеспечивая сохранение вакуума в ПЗК при замене в ней изложниц. Заливка ЖМ в формы производится наклоном тигля с помощью электропривода. Остаточное давление в печи составляет 0,6 – 0,7 Па. Питание печи производится от тиристорного источника.

Свернуть

Индукционная печь — это печной аппарат, который применяется для плавления цветных (бронзы, алюминия, меди, золота и других) и черных (чугуна, стали и других) металлов за счет работы индуктора. В поле ее индуктора производится ток, он нагревает металл и доводит его до расплавленного состояния.

Вначале на него будет действовать электромагнитное поле, потом электрический ток, а затем уже он пройдет тепловую стадию. Простую конструкцию такого печного устройства можно собрать самостоятельно из различных подручных средств.

Принцип работы

Такое печное устройство является электрическим трансформатором со вторичной короткозамкнутой обмоткой. Принцип действия индукционной печи состоит в следующем:

• при помощи генератора в индукторе создается переменный ток;
• индуктор с конденсатором создает колебательный контур, он настроен на рабочую частоту;
• в случае использования автоколебательного генератора, конденсатор исключается из схемы устройства и в этом случае используется собственный запас емкости индуктора;
• создаваемое индуктором магнитное поле может существовать в свободном пространстве или же замыкаться с использованием индивидуального ферромагнитного сердечника;
• магнитное поле воздействует на находящуюся в индукторе металлическую заготовку или шихту и образует магнитный поток;
• по уравнениям Максвелла он индуцирует в заготовке вторичный ток;
• при цельном и массивном магнитном потоке создаваемый ток замыкается в заготовке и происходит создание тока Фуко или вихревого тока;
• после образования такого тока вступает в действие закон Джоуля-Ленца, и полученная с помощью индуктора и магнитного поля энергия нагревает заготовку металла или шихту.

Несмотря на многоступенчатую работу, устройство индукционной печи может давать в вакууме или воздухе до 100% КПД. Если среда с магнитной проницаемостью, то этот показатель будет расти, в случае со средой из неидеального диэлектрика, он будет падать.

Устройство

Рассматриваемая печь – своеобразный трансформатор, но только в нем нет вторичной обмотки, ее заменяет помещенный в индуктор металлический образец. Он будет проводить ток, а вот диэлектрики в этом процессе не нагреваются, они остаются холодными.

Конструкция индукционных тигельных печей включает в себя индуктор, который состоит из нескольких витков медной трубки, свернутой в виде катушки, внутри нее постоянно передвигается охлаждающая жидкость. Также индуктор вмещает в себе тигель, который может быть из графита, стали и других материалов.

Кроме индуктора в печи установлен магнитный сердечник и подовый камень, все это заключено в корпус печи. В него входят:

В моделях печей большой мощности кожух ванны обычно выполняется достаточно жестким, поэтому каркас в таком устройстве отсутствует. Крепление корпуса должно выдерживать сильные нагрузки при наклоне всей печи. Каркас чаще всего изготавливается из фасонных балок, выполненных из стали.

Тигельная индукционная печь для плавки металла устанавливается на фундамент, в который вмонтированы опоры, на их подшипники опираются цапфы механизма наклона устройства.

Кожух ванны выполняется из металлических листов, на которые для прочности наваривают ребра жесткости.

Кожух для индукционной единицы используется в качестве соединительного звена между печным трансформатором и подовым камнем. Его для уменьшения потерь тока делают из двух половинок, между которыми предусмотрена изолирующая прокладка.

Стяжка половинок происходит за счет болтов, шайб и втулок. Такой кожух делается литым или сварным, при выборе материала для него отдают предпочтение немагнитным сплавам. Двухкамерная индукционная сталеплавильная печь идет с общим кожухом для ванны и для индукционной единицы.

В небольших печах, в которых не предусмотрено водяного охлаждения имеется вентиляционная установка, она помогает отводить из агрегата излишки тепла. Даже вы случае установки водоохлаждаемого индуктора необходимо вентилировать проем, возле подового камня, чтобы он не перегревался.

В современных печных установках имеется не только водоохлаждаемый индуктор, но и предусмотрено водяное охлаждение кожухов. На каркасе печи могут быть установлены вентиляторы, работающие от приводного двигателя. При значительной массе такого устройства, вентиляционный прибор устанавливают возле печи. Если индукционная печь для производства стали идет со съемным вариантом индукционных единиц, то для каждой из них предусматривается свой вентилятор.

Отдельно стоит отметить механизм наклона, который для малых печей идет с ручным приводом, а для крупных он оснащен гидравлическим приводом, расположенным у сливного носика. Какой бы ни был установлен механизм наклона, он обязан обеспечивать слив полностью всего содержимого ванной.

Расчет мощности

Так как индукционный способ плавки стали менее затратный, чем аналогичных методик, основанных на использовании мазута, угля и других энергоносителей, то расчет индукционной печи начинается с вычисления мощности агрегата.

Мощность индукционной печи подразделяется на активную и полезную, для каждой из них есть своя формула.

В качестве исходных данных нужно знать:

• емкость печи, в рассматриваемом для примера случае она равна 8 тоннам;
• мощность агрегата (берется максимальное ее значение) – 1300 кВт;
• частота тока – 50 Гц;
• производительность печной установки – 6 тонн в час.

Требуется также учитывать расплавляемый металл или сплав: по условию он цинковый. Это важный момент, тепловой баланс плавки чугуна в индукционной печи, также как и других сплавов свой.

Полезная мощность, которая передается жидкому металлу:

• Рпол = Wтеор×t×П,
• Wтеор – удельный расход энергии, он теоретический, и показывает перегрев металла на 1 0 С;
• П – производительность печной установки, т/ч;
• t — температура перегрева сплава или металлической заготовки в ванной печи, 0 С
• Рпол = 0,298×800×5,5 = 1430,4 кВт.

Активная мощность:

• Р = Рпол/Ютерм,
• Рпол – берется с предыдущей формулы, кВт;
• Ютерм – КПД литейной печи, его пределы от 0,7 до 0,85, в среднем принимают 0,76.
• Р =1311,2/0,76=1892,1кВт, проводится округление значения до 1900 кВт.

На заключительном этапе рассчитывается мощность индуктора:

• Ринд = Р/N,
• Р – активная мощность печной установки, кВт;
• N – количество индукторов, предусмотренных на печи.
• Ринд =1900/2= 950 кВт.

Потребление мощности индукционной печью при плавке стали зависит от ее производительности и вида индуктора.

Виды и подвиды

Индукционные печи делятся на два основных вида:

Кроме такого разделения, индукционные печи бывают компрессорными, вакуумными, открытыми и газонаполненными.

Индукционные печи своими руками

Среди имеющихся распространенных методик создания таких агрегатов можно найти пошаговое руководство, как сделать индукционную печь из сварочного инвертора, с нихромовой спиралью или графитовыми щетками, приведем их особенности.

Агрегат из высокочастотного генератора

Она выполняется с учетом расчетной мощности агрегата, вихревых потерь и утечек на гистерезисе. Питание конструкции будет идти от обычной сети в 220 В, но с использованием выпрямителя. Такой вид печи может идти с графитовыми щетками или нихромовой спиралью.

Для создания печи потребуется:

• два диода UF4007;
• пленочные конденсаторы;
• полевые транзисторы в количестве двух штук;
• резистор в 470 Ом;
• два дроссельных кольца, их можно снять со старого компьютерного системщика;
• медный провод Ø сечения 2 мм.

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

1. Транзисторы располагаются на радиаторах. Из-за того, что в процессе плавки металла схема устройства быстро греется, радиатор для нее нужно подбирать с большими параметрами. Допустимо устанавливать несколько транзисторов на один генератор, но в этом случае их нужно изолировать от металла при помощи прокладок, сделанных из пластика и резины.
2. Изготавливаются два дросселя. Для них берутся два заранее снятые с компьютера кольца, вокруг них обматывают медную проволоку, количество витков ограничено от 7 до 15.
3. Конденсаторы объединяются между собой в батарею, чтобы на выходе получилась емкость в 4,7 мкФ, их соединение проводится параллельно.
4. Вокруг индуктора обвивается медная проволока, ее диаметр должен быть 2 мм. Внутренний диаметр обмотки должен совпадать с размером используемого для печи тигля. Всего делают 7-8 витков и оставляют длинные концы, чтобы их можно было подключить к схеме.
5. В качестве источника к собранной схеме подсоединяется аккумулятор мощностью 12 В, его хватает примерно на 40 минут работы печи.

Если необходимо, то делается корпус из материала с высокой термоустойчивостью. Если же выполняется индукционная плавильная печь из сварочного инвертора, то защитный корпус должен быть обязательно, но его нужно заземлить.

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

• графитовые щетки;
• порошковый гранит;
• трансформатор;
• шамотный кирпич;
• стальная проволока;
• тонкий алюминий.

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

• нихром;
• асбестовая нить;
• кусок керамической трубы.

После подключения всех составляющих печи по схеме, ее работа состоит в следующем: после подачи электрического тока на нихромовую спираль, она передает тепло металлу и плавит его.

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

Такая конструкция отличается высокой производительностью, она долго остывает и быстро нагревается. Но необходимо учесть, что если спираль будет плохо изолирована, то она быстро перегорит.

Цены на готовые индукционные печи

Самодельные конструкции печей будут стоить гораздо дешевле покупных, но их нельзя создать большими объемами, поэтому без готовых вариантов для массового производства расплава не обойтись.

Цены на индукционные печи для плавки металла зависят от их вместимости и комплектации.

Модель	Характеристики и особенности	Цена, рубли
INDUTHERM MU-200	Печь поддерживает 16 температурных программ, максимальная температура нагрева – 1400 0С, контроль за режимом осуществляется с термопарой типа S. Агрегат производит мощность 3,5 кВт.	820 тыс.
INDUTHERM MU-900	Печь работает от электропитания в 380 Вт, температурный контроль происходит с помощью термопары типа S и может доходить до 1500 0С. Мощность – 15 кВт.	1,7 млн.
УПИ-60-2	Эта индукционная плавильная мини-печь может использоваться для плавки цветных и драгоценных металлов. Заготовки загружаются в графитовый тигель, их нагрев ведется по принципу трансформатора.	125 тыс.
ИСТ-1/0,8 М5	Индуктор печи представляет собой корзину, в которую встроен магнитопровод совместно с катушкой. Агрегат 1 тонну.	1,7 млн.
УИ-25П	Печное устройство рассчитано на загрузку в 20 кг, он оснащен редукторным наклоном плавильного узла. В комплекте к печи идет блок конденсаторных батарей. Мощность установки – 25 кВт. Максимальная t нагрева – 1600 0С.	470 тыс.
УИ-0,50Т-400	Агрегат рассчитан на загрузку в 500 кг, самая большая мощность установки – 525 кВт, напряжение для него должно быть не ниже 380Вт, максимальная рабочая t – 1850 0С.	900 тыс.
ST 10	Печь итальянской компании оснащена цифровым термостатом, в панель управления встроена технология SMD, которая отличается быстродействием. Универсальный агрегат может работать с разной вместительностью от 1 до 3 кг, для этого ее не нужно переналаживать. Она предназначена для драгоценных металлов, ее max температура – 1250 0С.	1 млн.
ST 12	Статическая индукционная печь с цифровым термостатом. Она может быть дополнена вакуумной литьевой камерой, что дает возможность производить литье прямо рядом с установкой. Управление происходит с помощью сенсорной панели. Максимальная температура – 1250 0С.	1050 тыс.
ИЧТ-10ТН	Печь рассчитана на загрузку в 10 тонн, довольно объемный агрегат, для его установки нужно выделить закрытое цеховое помещение.	8,9 млн.

Главная » Отделочные работы » Индукционные печи – принцип работы индукционной печи. Лабораторные индукционные печи, промышленные печи