Твч печь для плавки металла

Обновлено: 05.10.2024

Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно - это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.

Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.

Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.

За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).

Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

Легко провести местный и избирательный нагрев.

Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).

Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Установки индукционного нагрева:

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
- повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
- применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

Недостатки трёх точки:

Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).

Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.

При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.

При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

а) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.

Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания - заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается - это может привести к "разносу" генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).

Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).

При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).

Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).

В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности - схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.

Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
Вывод:
В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
В последовательном контуре наоборот - напряжение стремится к нулю, а ток максимален.

НПП «ЭЛСИТ»

Плавильная печь индукционного типа для обработки металлов

В современном обществе прогресс не стоит на месте. Если раньше ученые не могли активно исследовать что-то, то сейчас для этого открыты все пути и предоставлены любые возможности. С развитием техники (авиа, мото, авто и т.п.) возросла необходимость в получении металла, обладающего высоким качеством. Кроме качественных металлов, непрерывно требуются те или иные виды сплавов, обладающие определенными техническими параметрами: способные эксплуатироваться в агрессивных средах, постоянно используемые под воздействием высоких температур и т.п.
С необходимостью большого количества качественных металлов и сплавов, стали совершенствоваться и виды его плавки. В последние годы стало производиться все больше индукционных плавильных печей, являющихся более эффективными конструкциями, чем альтернативные методы нагрева. Уже в 1966 году индукционная печь превышала 3000 выпущенных изделий такого оборудования. На сегодняшний день эта цифра значительно выше, потому что нагрев ТВЧ стал более уникальным, получив более широкое распространение.
Плавильная печь призвана осуществлять качественную плавку металлов и равномерное смешение компонентов сплавов. Индукционная плавильная печь способна быстро расплавить необходимое количество металла с минимальным шлакообразованием. Нагрев ТВЧ одинаково хорошо воздействует на все типы металлов, которые будут размещены в тигле и сможет расплавить их, даже если те будут обладать разной температурой нагрева.
Активное распространение индукционных плавильных печей объясняют тем, что плавильные устройства обладают относительной простотой, а также способны равномерно, быстро и качественно осуществлять нагрев. В отличие от альтернативных способов нагрева, плавильная печь ТВЧ способна подавать тепло сбоку или снизу, выделяя его непосредственно в толще металла.
Плавка в индукционной печи происходит следующим образом: в жидком металле, размещенном в переменном электромагнитном поле индуктора, действуют электромагнитные силы, которые приводят металл в движение. Насколько интенсивным будет это движение, зависит от конструкции печи и частоты, с которой будет подаваться электрическая энергия.
Все методы плавки металла при помощи индукционного нагрева (исключением является струйная плавка) обладают не зависящей от подачи расплавляемого материала поступающей в тигель энергией. Поступление энергии не связано с насыщением расплава компонентами материала нагревательного устройства.
Процессы обработки жидкого металла, а также его расплава подразделяются на две группы:

  1. Процессы, которые осуществляются в футерованной ванне.
  2. Процессы, которые осуществляются без соприкосновения футеровки и расплава.

Каждый из процессов мы будем раскрывать наиболее подробно в следующих статьях. Добавляйте наш сайт в закладки, чтобы не потерять полезную информацию по индукционному оборудованию и плавильным печам ТВЧ.

Индукционная печь для плавки и нагрева металла

Индукционная печь – это оборудование, которое под воздействием токов высокой частоты способно осуществлять плавку металла и другие виды высокотемпературной обработки. На сегодняшний день, наверное, единственным способным конкурентом индукционным печам остались мартеновские печи, которые могут осуществлять плавку огромного объема металла за один раз. Все остальные способы нагрева стали неконкурентоспособными, потому что индукционный нагрев является идеальным в плане обработки всех видов металлов.

Индукционная печь отлично справляется с плавкой черных, цветных и драгоценных металлов, осуществляя их обработку на высшем уровне.

Индукционная печь история производства

Изобретена индукционная печь была после того, как в 1831 году Фарадей открыл закон об электромагнитной индукции. Изучив работы Максвелла, которые перекликались с открытием Фарадея, и, взяв в основу их открытия, ученые смогли создать первую индукционную печь, которая могла плавить небольшое количество металла под воздействием токов высокой частоты.

Первая индукционная печь была запатентована в Великобритании, однако хоть изобретение было проработано, воссоздать его на практике не вышло.

Первая плавка стали была произведена в 1900 году в Швейцарии. Челлин в то время смастерил индукционную печь по собственным разработкам. Выполнена она была в роли однофазного трансформатора. Плавильной емкостью печи выступала кольцевая ванна, а расплавленный металл выполнял роль вторичной обмотки. В центре первой индукционной печи был размещен железный магнитопровод, окруженный обмоткой со специальной асбестовой изоляцией. Магнитопровод подавал переменный магнитный поток, который способен возбудить переменный ток.

Первую индукционную печь начали устанавливать на заводах Швейцарии, а впоследствии они стали появляться и в других странах.
Несмотря на то, что индукционные печи оказались довольно удобным устройством, они имели перечень недостатков:

  • Постоянно требовалось производить жидкую завалку.
  • Шлак нагревался не так хорошо, как это требовалось.
  • Эксплуатация футеровки ИП вызывала определенные трудности.

Именно в тот момент производители поняли, что что-то не так, и начало развиваться производство дуговых сталеплавильных печей.
С 1925 года в промышленности появились индукционные печи без сердечника, способные осуществлять качественную плавку металла.

На сегодняшний день популярность набрали тигельные индукционные печи. Первые тигельные печи выпустила компания «Алекс». В основном в производстве такие печи использовали для плавки драгоценных и цветных металлов, но тогда их использовали, проводя различные эксперименты, а сегодня тигельные индукционные печи стали популярными и активно применяются для обработки всех видов металлов.

Современные индукционные печи виды

На сегодняшний день в производстве применяют два типа индукционных печей, однако, несмотря на это, тигельные являются наиболее популярными.

1. Плавильные печи с сердечником.

Индукционные печи с сердечником имеют следующую комплектацию: многовитковой индуктор цилиндрической формы, изготовленный из медной трубки; замкнутый сердечник, на который насаживается индуктор, выполняется из листовой электротехнической стали; огнеупорная керамическая футеровка обладающая узким кольцевым каналом, для жидкого металла.

Плавильная печь с сердечником обязательно должна иметь замкнутое электропроводное кольцо, поэтому расплавлять в ней отдельные куски металла, обладающего повышенной прочностью, не получится. Для запуска печи с сердечником необходимо заливать в кольцевой канал небольшую порцию жидкого металла.

Такие печи на сегодняшний день работают на частоте 50 Гц. Существует немало видов и конструкций индукционной печи с сердечником, причем могут быть они как однофазными, так и многофазными.

Чаще всего, плавильные печи с сердечником используют для плавки цветных металлов, обладающих небольшой температурой плавления. Также могут применяться для получения чугуна высокого качества. При обработке чугуна данная печь может использоваться в роли плавильного устройства или же миксера (копильника).

2. Плавильные печи без сердечника

Индукционные плавильные печи без сердечника (тигельные) производят расплав металла в специальной емкости, изготовленной из материала, устойчивого к воздействию высоких температур (тигля). Тигель размещается внутри многовиткового индуктора. Как правило, индуктор изготавливают из толстой медной трубки, через которую будет пускаться специальная охлаждающая жидкость или техническая вода.

Так как сердечник в данном виде печей отсутствует, это влияет на резкое увеличение магнитного потока рассеивания. Число магнитных сил, которые будут сцепляться с металлом внутри тигля, существенно снижется. Из-за высокого уровня рассеивания токов высокой частоты, мощность индукционной тигельной печи должна быть несколько выше, чем у печи с сердечником.

Для индукционных тигельных печей характерна повышенная производительность, высокое качества нагрева за счет равномерного распределения тепла, а также возможность производить плавку металла безопасно для окружающих.

Индукционная печь достоинства и недостатки

У индукционных печей наряду с достоинствами есть определенный перечень минусов, которые не оказывают существенного влияния на качество выполняемой работы, но кому-то могут не понравиться.
Недостатков немного, поэтому сразу поговорим о них:

  • Температура шлаков в процессе плавки существенно ниже, чем температура металлов. Это затрудняет проведение рафинировочного процесса, если речь идет о выплавке высококачественной стали.
  • Футеровка обладает низким уровнем стойкости. Если будут резкие перепады температуры, то тигель довольно быстро выйдет из строя.

Преимуществ индукционная печь имеет гораздо больше, и мы поговорим о каждом, чтобы у вас могло сложиться мнение относительно полезности данного оборудования.

  1. Тепло выделяется непосредственно в металле, что позволяет начать выплавку металла практически сразу после запуска установки.
  2. Тепло равномерно распределяется по металлу, поэтому выплавка получается качественной и равномерной по химическому составу.
  3. Процесс управления рабочим процессом довольно прост, благодаря автоматизированному программному обеспечению, которое самостоятельно осуществляет контроль по заранее внесенной программе.
  4. Высокая гигиеничность условия труда: в воздух не выделяются вредные запахи, так же отсутствует задымление.
  5. Индукционная печь отличается высокой производительностью.
  6. В тигельной печи есть возможность выплавки твердой шихты, при этом не нужно оставлять жидкий металл с предыдущей выплавки, как того требуют печи с сердечником.
  7. Масса футеровки незначительна, что позволяет не задерживать тепло в ней.
  8. Индукционная печь обладает компактными размерами, а это дает возможность удобно изолировать рабочее пространство, а также воссоздать любую необходимую для металла среду (вакуум, газовая, окислительная).
  9. Для управления программным обеспечением индукционной печи совсем не обязательно иметь на предприятия высококвалифицированный персонал.
  10. Индукционная печь потребляет незначительное количество электрической энергии, этот фактор позволяет экономить производственные ресурсы, тем самым снижая себестоимость изделий.

Как видите, перечень преимуществ, которыми обладает индукционная печь, довольно внушителен. При выборе установки для плавки металла очень важно обратить внимание на плюсы и минусы того иного оборудования, чтобы определиться, какая плавильная печь подойдет конкретно для вашего предприятия.

Индукционные тигельные плавильные печи

На сегодняшний день современное производство металлических изделий требует повышенного качества изготавливаемых материалов без существенного повышения цены продукта. Мы предлагаем Вам купить промышленные индукционные тигельные плавильные печи для плавки металла по ценам от производителя, при помощи которых можно достичь таких требований.

В отличии от пламенных и дуговых индукционные плавильные установки сохраняют точность и однородность химического состава и имеют меньшую стоимость.

Компания Проминдуктор занимается производством и продажей промышленных индукционных тигельных плавильных печей, которые подходят для плавки любых видов металла: чугуна, стали, алюминия, меди, золота, платины и их сплавов.

Наше производство и лучшие инженеры находятся в Китае, оборудование всегда есть в наличии на складе, бесплатная доставка по России, возможна доставка в страны СНГ. Позвоните нам и мы дадим профессиональные консультации в подборе.

Принцип работы индукционных печей для плавки металла

По принципу работы все индукционные плавильные установки напоминают трансформатор, в котором есть первичная и вторичная обмотка. Индуктор из медной трубы выполняет роль первичной обмотки, который имеет свое собственное водяное охлаждение. Роль вторичной обмотки выполняет металл (сталь, чугун, медь, алюминий) во время нагрева, заложенный в тигель. Под действием токов высокой частоты катушка образует электромагнитное поле в тигле, под воздействием которого происходит нагрев металла до максимальных температур за короткий период времени.

Промышленные индукционные тигельные печи нашего производства имеют возможность задать необходимую мощность нагрева для плавки металла в зависимости от его типа. Эта функция является неоспоримым преимуществом данного оборудования.

Устройство индукционной плавильной печи

Условно индукционные тигельные печи можно разделить на 2 составляющие:

Плавильная установка представляет собой опорный каркас из двух сваренных стоек с гидравлическими плунжерами и узловую составляющую индуктора. Установочный механизм выполнен из прокатных листов нержавейки. Катушка индуктора изготовлена из медной трубы, через которую также происходит охлаждение посредством холодной воды. Электричество и вода подключены к катушке при помощи гибких кабелей, которые соединены последовательно. При помощи гидравлических плунжеров обеспечивается наклон установки до 95°.

Все оборудование индукционной печи для плавки металла питается от частотного преобразователя тиристорного типа, который преобразовывает трехфазный ток в однофазный. Фронтовая панель имеет датчики защиты и оборудование, контролирующее работу преобразователя.

Регулировка частоты происходит в автоматическом режиме по заданной программе. На воронке слива установлены системы оповещения и контроля охлаждения процессов, а также уровня конденсации рабочей зоны.

Промышленные индукционные тигельные плавильные печи для плавки металла от компании ПРОМИНДУКТОР изготовлены по всем мировым стандартам и с использованием самых последних технологий.

Читайте также: