Індукційні печі для плавки металу

Стародавні гончарі, обпалювати керамічні вироби в горнах, іноді знаходили на їхньому дні блискучі тверді шматочки з незвичайними властивостями. З того самого моменту, коли вони стали замислюватися, що це за дивні речовини, як вони там з'явилися, а також куди їх можна застосувати з користю, і народилася металургія - ремесло і мистецтво обробки металів.

А основним інструментом для вилучення з руди нових надзвичайно корисних матеріалів стали термоплавільние сурми. Конструкції їх пройшли довгий шлях розвитку: від примітивних одноразових куполів з глини, що розігріваються дровами до сучасних електропечей з автоматичним управлінням процесом плавлення.

Основні види плавильних печей

Але потреба в плавці металопродукції виникає не тільки при її масовому виробництві. Значний сектор ринку металообробки займає ливарне виробництво, де потрібні металоплавильні агрегати порівняно невеликий вироблення - від декількох тонн до десятків кілограмів. А для штучного ремісничого і декоративно-прикладного виробництва і ювелірної справи знаходять застосування плавильні апарати з виробленням в кілька кілограмів.

Всі види Металоплавильні пристроїв можна поділити за типом джерела енергії для них:

Термічні. Теплоносій - топковий газ або сильно розігрітий повітря.
Електричні. Використовують різні теплові дії електричного струму:
- Муфельні. Розігрів поміщених в теплоізольований корпус матеріалів спіральним Теном.
- Опору. Нагрівання зразка проходженням через нього струму великої величини.
- Дугові. Використовують високу температуру електричної дуги.
- Індукційні. Плавлення металевого сировини внутрішнім теплом від дії вихрових струмів.
Потокові. Екзотичні плазмові та електронно-променеві апарати.

При невеликих обсягах вироблення найбільш доцільним і економічним виявляється використання електричних, особливо, індукційних плавильних печей (ІПП).

Пристрій індукційних електропечей

Якщо говорити коротко, то дія їх заснована на явищі струмів Фуко - вихрових індукційних струмів в провіднику. У більшості випадків інженери-електротехніки борються з ними, як з шкідливим явищем.
Наприклад, саме через них сердечники трансформаторів виконуються із сталевих пластин або стрічки: в суцільному шматку металу ці струми можуть досягати значних величин, що призводить до безглуздих втрат енергії на його нагрівання.

У индукционно-плавильної електропечі це явище застосовується з користю. По суті вона і являє собою своєрідний трансформатор, в якому роль короткозамкненою вторинної обмотки, а в деяких випадках і сердечника виконує розплавляється металевий зразок. Саме металевий - нагрівати в ній можна тільки проводять електрику матеріали, діелектрики ж залишатимуться холодними. Роль індуктора - первинної обмотки трансформатора виконують кілька витків товстого згорнутої в котушку мідної трубки, по якій циркулює охолоджуюча рідина.

До речі, на тому ж принципі діють стали надзвичайно популярними кухонні варильні поверхні з індукційним високочастотним нагріванням. Покладений на них шматок льоду навіть не розтане, а поставлена металевий посуд нагріється майже миттєво.

Особливості конструкції індукційних термопечі

Існує два основних типи ІПП:

Канальні. Роль вторинного витка високочастотного трансформатора виконує кільцевої короткозамкнутий канал з розплавленим металом. Джерелом енергії зазвичай служить перемінний струм промислової частоти, або 400-Гц генератор.
Гідність таких пристроїв в тому, що плавлення може виконуватися безперервно з подачею сировини і парканом розплавленого матеріалу. Недолік - складність початкового запуску: потрібне попереднє заповнення каналу розплавом.

Ще однією перевагою є високий ККД, так як передача високочастотного поля проводиться через що має мале розсіювання енергії сталевий або феритовий сердечник.

Тигельні. Металеву сировину поміщається в термостійкий тигель, що знаходиться безпосередньо всередині робочої обмотки-індуктора.
Готовий розплав виливається з тигля, потім в нього закладається наступна порція.
Найбільш ефективним для плавлення металів в цьому типі печей виявився діапазон частот від десятків до сотень кГц. Генератор таких частот і є джерелом енергії для тигельної ІПП.

Перевага такої конструкції - висока швидкість нагріву і плавлення, т. К. Втрати тепла в тиглі дуже малі.

Для обох видів Металоплавильні агрегатів немає принципових відмінностей в типі робочого сировини: вони з успіхом плавлять і чорні і кольорові метали. Необхідно тільки вибрати відповідний робочий режим і тип тигля.

параметри вибору

Таким чином, основними критеріями вибору того чи іншого виду термопечі є обсяги і безперервність виробництва. Для невеликої ливарної майстерні, наприклад, в більшості випадків підійде тигельна електропіч, а підприємству з переробки вторсировини - канальна.

Крім того, в числі основних параметром тигельної термопечі - обсяг однієї плавки, виходячи з якого і слід вибирати конкретну модель. Важливими характеристиками є також максимальна робоча потужність і тип струму: однофазний або трифазний.

Вибір місця для монтажу

Розміщення індукційної печі в цеху або майстерні повинно забезпечувати вільний підхід до неї для безпечного виконання всіх технологічний операцій в процесі плавки:

завантаження сировини;
маніпуляцій під час робочого циклу;
вивантаження готового розплаву.

Місце встановлення повинно бути забезпечене необхідними електричними мережами з необхідним робочим напругою і кількістю фаз, захисним заземленням з можливістю швидкого аварійного відключення агрегату. Також установку потрібно забезпечити підведенням води для охолодження.

Настільні конструкції невеликих габаритів повинні проте встановлюватися на міцні і надійні індивідуальні підстави, не призначені для інших операцій. Підлоговим апаратів також необхідно забезпечити міцний укріплений фундамент.

В районі вивантаження розплаву заборонено розташовувати пожежо- та вибухонебезпечні матеріали. Поруч з місцем розміщення печі необхідно повісити пожежний щит із засобами гасіння.

Інструкція монтажу

Промислові термоплавільние агрегати - пристрої з великим енергоспоживанням. Їх установка і електромонтаж повинні проводитися кваліфікованими фахівцями. Підключення невеликих агрегатів із завантаженням до 150 кг може бути виконано кваліфікованим електриком з дотриманням звичайних правил монтажу електроустановок.

Наприклад, піч ІПП-35, потужністю 35 кВт з об'ємом вироблення чорних металів 12 кг, а кольорових - до 40 має масу 140 кг. Відповідно, установка її полягатиме в наступних кроках:

Вибір відповідного місця розміщення з міцною основою для термоплавільного вузла і високовольтного індукційного блоку з водяним охолодженням і конденсаторної батареєю. Розташування агрегату повинно відповідати всім експлуатаційним вимогам і правилам електро- і пожежної безпеки.
Забезпечення установки лінією водоохолодження. Описувана електроплавильними піч в комплекті поставки не має коштів охолодження, які потрібно придбати додатково. Кращим рішенням для неї буде двоконтурна градирня із замкнутим циклом.
Підключення захисного заземлення.

Підведенню окремої електричної лінії з кабелем, перетин якого забезпечує відповідне навантаження. Силовий щит також повинен забезпечувати необхідне навантаження з запасом по потужності

Для маленьких майстерень і домашнього застосування випускаються міні-печі, наприклад, УПІ-60-2, потужністю 2 кВт з об'ємом тигля 60 см³ для плавлення кольорових металів: міді, латуні, бронзи

1,2 кг. Вага самої установки - 11 кг, габарити - 40х25х25 см. Її монтаж полягає в розміщенні на металевому верстаті, підведенні проточного водяного охолодження і включення в розетку.

технологія використання

Перед початком роботи з тигельної електропіччю слід обов'язково перевірити стан тиглів і футерування - внутрішньої захисної теплоізоляції. Якщо вона розрахована на застосування двох видів тиглів: керамічних та графітових, необхідно вибрати по інструкції відповідний завантажуваного матеріалу.

Зазвичай керамічні тиглі використовуються для чорних металів, графітові - для кольорових.

Порядок роботи:

Тигель вставити всередину індуктора і, завантаживши робочим матеріалом, накрити теплоізоляційної кришкою.
Включити водяне охолодження. Багато моделей електроплавильних агрегатів не запуститься, якщо немає необхідного тиску води.

Процес плавки в тигельної ІПП починається з її включення і виходу на робочий режим. Якщо є регулятор потужності, перед включенням встановити його в мінімальне положення.
Плавно підняти потужність до робочої, відповідної завантаженому матеріалу.
Після розплавлення металу потужність знизити до чверті від робочої для підтримки матеріалу в розплавленому стані.
Перед розливом прибрати регулятор до мінімуму.
Після закінчення плавки - знеструмити установку. Водяне охолодження відключити після її охолодження.

Переваги індукційних печей

Висока чистота одержуваного розплаву. В інших типах Металоплавильні термопечі зазвичай є прямий контакт теплоносія з матеріалом, і, як наслідок, - забруднення останнього. В ІПП нагрів проводиться поглинанням внутрішньою структурою провідних матеріалів електромагнітного поля індуктора. Тому такі печі ідеальні для ювелірних виробництв.

Для термічних печей головною проблемою є зменшення вмісту в розплавах чорних металів фосфору і сірки, що погіршують їх якість.

Високий ККД индукционно-плавильних пристроїв, що доходить до 98%.

Велика швидкість плавки завдяки нагріванню зразка зсередини і, як наслідок висока продуктивність ІПП, особливо для маленьких робочих обсягів до 200 кг.

Розігрівання муфельній електропечі із завантаженням 5 кг відбувається протягом декількох годин, ІПП - не більше години.

Апарати із завантаженням до 200 кг прості в розміщенні, монтажі та експлуатації.

Головний недолік електроплавильних пристроїв, і індукційні не є винятком, - відносна дорожнеча електроенергії як теплоносія. Але незважаючи на це високий ККД та хороша продуктивність ІПП, значною мірою окупають їх в процесі експлуатації.

Схожі статті

Попередня ◈ Наступна