Principem indukčního ohřevu je přeměna energie elektro magnetické pole absorbován elektricky vodivým zahřátým předmětem do tepelné energie.
V instalacích indukčního ohřevu je elektromagnetické pole vytvářeno induktorem, což je víceotáčková válcová cívka (solenoid). Střídavý elektrický proud prochází induktorem, což má za následek časově se měnící 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 vedení Toto pole se nachází v rovině kolmé ke směru magnetického toku a je uzavřené, to znamená, že elektrické pole ve vyhřívaném předmětu je vírového charakteru. Pod vlivem elektrické pole, podle Ohmova zákona vznikají vodivé proudy (vířivé proudy). Jedná se o druhou transformaci energie elektromagnetického pole, popsanou Maxwellovou druhou rovnicí.
Ve vytápěném objektu se energie indukovaného střídavého elektrického pole nevratně přeměňuje na tepelnou energii. Takový tepelný rozptyl energie, který má za následek zahřívání objektu, je dán existencí vodivých proudů (vířivých proudů). Jde o třetí přeměnu energie elektromagnetického pole a energetický vztah této přeměny popisuje Lenz-Jouleův zákon.
Popsané transformace energie elektromagnetického pole umožňují:
1) přenášet elektrická energie induktor do vyhřívaného předmětu bez použití kontaktů (na rozdíl od odporových pecí)
2) uvolňovat 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 vytápění rychlost se výrazně zvyšuje (ve srovnání s takzvanými „troubami s externí zdroj topení").
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 designem a provozními vlastnostmi: indukční jednotky s jádrem a bez něj.
Indukční ohřívací zařízení se podle technologického účelu dělí na tavicí pece pro tavení kovů a topné instalace pro tepelné zpracování (kalení, popouštění), pro průběžný ohřev obrobků před plastickou deformací (kování, lisování), pro svařování, pájení a navařování, pro chemicko-tepelné zpracování výrobků atd.
Podle četnosti změn proudu dodávajícího instalaci indukčního ohřevu se rozlišují:
1) průmyslové frekvenční instalace (50 Hz), napájené ze sítě přímo nebo přes transformátory snižující výkon;
2) vysokofrekvenční instalace (500-10000 Hz), přijímající energii z elektrických strojů nebo polovodičových frekvenčních měničů;
3) vysokofrekvenční instalace (66 000-440 000 Hz a více), napájené elektronkovými elektronickými generátory.
Jádro indukční topné jednotky
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. Nutná podmínka práce je uzavřený elektricky vodivý prstenec. Proto není možné jednotlivé kusy roztavit tvrdý kov v takové troubě. 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 - hlavní magnetický tok; Ф 1р a Ф 2р - magnetické svodové toky; U 1 a I 1 - napětí a proud v obvodu induktoru; I 2 - 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 konstrukcí takových pecí (jednofázové a vícefázové s jedním a několika kanály, s vertikálním a horizontálním uzavřeným kanálem různé tvary). 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. Designy a technické specifikace moderní indukční kanálové pece jsou uvedeny v odborné literatuře.
Indukční topné jednotky bez jádra
V tavicí peci (obr. 2) je roztavený kov v keramickém kelímku umístěném uvnitř válcového víceotáčkového induktoru. vyrobeno z měděné profilované trubky, kterou prochází chladicí voda. Můžete se dozvědět více o konstrukci induktoru.
Výsledkem je absence ocelového jádra prudký nárůst magnetický únikový tok; počet magnetických siločar propojených s kovem v kelímku bude extrémně malý. Tato okolnost vyžaduje odpovídající zvýšení frekvence změny (v čase) elektromagnetického pole. Proto pro efektivní práce indukční kelímkové pece musí být napájeny proudy se zvýšenou a v některých případech vysokou frekvencí z odpovídajících proudových měničů. Takové pece mají velmi nízkou přirozený koeficient výkon (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 rozsahy velikostí(kapacitně) vysoká, zvýšená a průmyslová frekvence, pro tavení oceli (typ IST).
Rýže. 2. Schéma struktury 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 uvolněné přímo v kovu, vysoká stejnoměrnost kovu napříč chemické složení a teplotu, nepřítomnost zdrojů kovové kontaminace (jiné než obložení kelímku), snadnost kontroly a regulace procesu tavení, 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, díky čemuž je docela snadné ji izolovat pracovní prostor z prostředí a provést 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.
Použitá literatura:
1. Egorov A.V., Morzhin A.F. Elektrické trouby(pro výrobu oceli). M.: „Hutnictví“, 1975, 352 s.
Technologické procesy výroby a zpracování různé materiályčasto zahrnují fázi tepelné expozice. Tímto způsobem se vytvrzování a sušení provádí při vysoké teploty, pájení a další postupy. Ne vždy je možné taková opatření realizovat v konvenčních pecích, a to ani pro průmyslové účely. Omezení může souviset s nepřípustností kontaktu se vzduchem. Proto se k řešení takových problémů používá vakuová pec, jejíž zpracování také eliminuje procesy nadměrné deformace a deformace obrobků.
Operace tepelného vypalování ve vakuu se používají ve strojírenství a výrobě přístrojů, ve stavebnictví, v různých průmyslových odvětvích atd. Například při výrobě nástrojů se pomocí takové jednotky provádí obsluha odplyňovacích prvků, které později se stávají součástí různých zařízení. Ve stejném směru umožňuje vakuová pec vysoce kvalitní pájení a finální utěsnění jednotlivých sekcí na deskách elektrických obvodů.
Obvyklá je také operace spékání. S jeho pomocí se při konstrukci a výrobě předávají potřebné výkonové vlastnosti. keramické výrobky, pevné slitiny, žáruvzdorné kovové prášky atd. Samostatně stojí za zmínku hutní průmysl, který se také zajímá o operace tepelného zpracování. Například vakuová pec umožňuje realizaci postupů pro kalení, stárnutí a popouštění slitin. Těmto úpravám lze podrobit různé oceli, bronz a hořčík.
Výkon konstrukce pece se často stává hlavním kritériem pro výběr modelu. V v tomto případě instalace mají potenciál 3 až 20 kW. Tento ukazatel má navíc minimální vliv na kvalitu a účinnost tepelných účinků. Výkon se zpravidla zvyšuje s rostoucím objemem zatížení, což závisí na rozměrech konstrukce. Standardní průmyslové modely tohoto typu lze tedy zatížit v průměru 15 až 40 kg materiálu. Existují však také jednotky, které umožňují provozovat najednou až 100 kg. Indukční tavicí pec s průměrnými charakteristikami je schopna obsloužit až 9000 kg za jednu směnu. Pokud jde o kvalitu a účinnost dopadu uvnitř komory, je třeba vzít v úvahu teplotní rozsah. Pohybuje se od 1800 do 2000 °C.
Technologie tradičních jednotek je založena na působení obloukového výboje. Dojde ke kontaktu elektrický proud a směs plynů. Dále výsledný oblouk díky své vysoké koncentraci ve vakuu poskytuje zvýšený tepelný efekt. I při nízkém výkonu je vakuová oblouková pec schopna tavit ocelové obrobky.
V tomto případě existují dva principy přenosu tepla ve vztahu k materiálu. Jedná se o přímé a nepřímé účinky. V prvním případě oblouk generuje energii mezi elektrodou a obrobkem, který v této konfiguraci přijímá maximum tepla. Nepřímé vytápění zahrnuje práci se dvěma elektrodami, které působí na předmět v určité vzdálenosti. Je zřejmé, že vakuová pec s přímým přenosem tepla je účinnější, ale umožňuje vyšší procento negativní faktory tepelné zpracování.
Základním modelem konstrukce vakuové pece je výše popsaná oblouková konstrukce. Pomocí takového zařízení můžete provádět servis většiny typů složitých kovových slitin, včetně žáruvzdorných výrobků. Dalším typem je indukční tavicí pec, která má nakloněný kelímek. Právě v kelímku je realizován proces tavení materiálu naloženého do pracovní komory. Indukční princip provozu je považován za nejnákladnější na údržbu, proto se používá méně často a pouze tehdy, když je potřeba pracovat s komplexní kovy. NA speciální typy vakuové pece odkazuje na jednotku elektronového paprsku. Takové zařízení vyrábí čištěné slitiny a kovové ingoty. Konstrukčně je zařízením tepelná pistole, která prostřednictvím přímého působení realizuje paprskové odpalování produktu.
Ve srovnání s konvenčními pecemi pro tepelné zpracování umožňuje vakuum vysoce účinné tepelné zpracování obrobků. Obsluha má zároveň možnost flexibilně upravovat parametry ohřevu, což například zajišťuje vakuová indukční pec s kelímkem. Mezi výhody takových návrhů patří možnost získat relativně čisté kovový materiál. To znamená, že samotná technologie eliminuje nadměrné znečištění pole cizími částicemi - produkty tepelného zpracování.
Pokud jde o nevýhody, jsou spojeny s nízkou životností dílů, které tvoří konstrukci. Nejde ani o vady materiálu základní prvky, ale v drsných podmínkách, které jsou nutné pro zajištění produktivního tepelného zpracování a které ovlivňují strukturu pracovních ploch. Kromě toho je pro několik podniků k dispozici vakuová pec, jejíž cena je v průměru 500–700 tisíc rublů. Vysoce kvalitní slinování a tavení je však nákladná metoda, která omezuje její použití.
Vakuové pece dodávají pouze velké podniky, které spolupracují s projekčními a vývojovými ústavy průmyslová zařízení. Dnes jsou k dispozici vysoce kvalitní jednotky tohoto typu domácím trhu zásobování zahraniční výrobci SCHMETZ a XERION. Tyto produkty jsou zaměřeny jak na standardní tepelné operace, tak na specializované úkoly, jako je difúzní žíhání. Moskevský závod průmyslového vybavení, který se specializuje na výrobu vakuových elektrických pecí, také nabízí jednotky se slušnými vlastnostmi. S pomocí takového zařízení může majitel provádět temperování kovů, slinování a standardní tepelné procesy. Automatické modely nabízí závod Spetszhelezobeton, který vyvíjí vysokovakuové jednotky s objemovými nakládacími komorami.
Příklad technologie vakuového žíhání ukazuje, že nová řešení se za provozu vždy nevyplatí. Ačkoli se stejný moskevský závod průmyslového vybavení snaží optimalizovat jednotky pro potřeby širokého spektra spotřebitelských podniků, vysoké náklady na procesy vakuového tepelného zpracování činí tuto metodu pro mnoho potenciálních klientů nedostupnou. Opuštění takových pecí je způsobeno nejen jejich cenou, ale i nedostatkem potřeby získat vysoce kvalitní produkt. Vyspělé společnosti působící v high-tech odvětvích se však již bez použití takových prostředků tepelného zpracování neobejdou.
Těleso vakuové komory indukční pece: dvouvrstvé vodou chlazené, vyrobené ze speciální oceli SUS304. Vakuové těsnění zajišťuje kroužek ve tvaru "O". Pouzdro je vybaveno systémem vodního chlazení (zabraňuje stárnutí „O“ kroužku). Na těle vakuové komory je umístěno spojovací potrubí vakuový systém. Uvnitř topeniště je vybavena vylévací plošinou nebo otvorem. Při lití se pec otáčí pomocí pohonu umístěného mimo komoru.
Induktor vakuové pece je vyroben z vysoce kvalitní bezkyslíkaté elektrické mědi TU1 čtvercový řez s vodním chlazením. Byl použit induktor německé firmy Leybold.
Kryt vakuové indukční pece: dvouvrstvý vodou chlazený, vnitřní stěna je vyrobena ze speciální oceli SUS304. Kryt pece je vybaven vodním chlazením, kontrolním okénkem a uzamykací jednotkou.
Pec je vybavena výkonným středofrekvenčním tyristorovým měničem výkonu, konstruovaným na bázi tyristorů nové generace, vysokorychlostních proudových a napěťových senzorů, zajišťujících vysokou spolehlivost, odolnost proti rušení a všestrannost.
Systém vodního chlazení vakuové pece je rozdělen do tří částí: chladicí systém středofrekvenčního měniče, chladicí systém tělesa pece, induktor a vakuový systém.
Vakuový systém se obvykle skládá z mechanického čerpadla s elektromagnetickým pneumatickým diferenčním tlakovým ventilem (zabraňuje úniku oleje z vakuového čerpadla), Rootsova čerpadla, plnicího čerpadla, pneumatických ventilů, ventilu pro přívod vzduchu, odvzdušňovacího ventilu, vakuového potrubí, a vlnité trubky.
Úroveň vakua se měří pomocí digitálního kombinovaného vakuometru. Pro měření koeficientu nárůstu tlaku se používají pokročilé snímače odtlakování helia, což zaručuje spolehlivost a přesnost technických indikátorů.
Pro připojení čerpadel a vakuového potrubí se používá rychlokovová spojka. vlnité trubky(snižuje vibrace). Úroveň vakua se měří digitálním vakuometrem.
MAGMATEX používá k měření koeficientu nárůstu tlaku pokročilé senzory odtlakování helia, což zaručuje spolehlivost a přesnost technických indikátorů.
Zahřívání těles pomocí elektromagnetického pole vznikajícího působením indukovaného proudu se nazývá indukční ohřev. Elektrotermické zařízení nebo indukční pec má různé modely navržené k provádění úkolů pro různé účely.
Podle technických charakteristik je zařízení součástí zařízení používaného v hutním průmyslu. Princip fungování indukční pece závisí na AC , výkon instalace je určen účelem zařízení, jehož konstrukce zahrnuje:
Moderní spotřebitelský trh má velký počet modely zařízení pracujících podle schématu tvorby vířivých proudů. Princip činnosti a konstrukční vlastnosti průmyslové indukční pece umožňují provádět řadu specifických operací souvisejících s tavením neželezných kovů, tepelným zpracováním kovových výrobků, slinováním syntetických materiálů a čištěním drahokamů a polodrahokamů. kameny. Domácí spotřebiče používá se k dezinfekci předmětů pro domácnost a vytápění prostor.
Funkcí indukční pece je ohřívat předměty umístěné v komoře vířivými proudy vydávanými induktorem, což je indukční cívka vyrobená ve tvaru spirály, osmičky nebo trojlístku s velkým drátem navinutým kolem ní. průřez. Induktor pracující ze střídavého proudu vytváří pulzní magnetické pole, jehož výkon se mění v souladu s frekvencí proudu. Předmět umístěný v magnetickém poli se zahřívá až k bodu varu (kapalina) nebo tání (kov).
Zařízení pracující pomocí magnetického pole se vyrábí ve dvou typech: s magnetický vodič a bez magnetického obvodu. První typ zařízení má ve své konstrukci induktor, uzavřený v kovové pouzdro zajišťující rychlé zvýšení teploty uvnitř zpracovávaného objektu. U pecí druhého typu je magnetotron umístěn mimo instalaci.
Mistr také vyžaduje dovednosti při navrhování a instalaci elektrických spotřebičů. Bezpečnost zařízení sestaveného na míru spočívá v řadě funkcí:
Kanálové pece dostaly svůj název podle přítomnosti v prostoru jednotky dvou otvorů s kanálem tvořícím uzavřenou smyčku. Podle designové prvky zařízení nemůže fungovat bez obvodu, díky kterému je tekutý hliník v nepřetržitém pohybu. Pokud nejsou dodržena doporučení výrobce, zařízení se samovolně vypne a přeruší proces tavení.
Podle umístění kanálů jsou indukční tavicí jednotky vertikální a horizontální s tvarem bubnu nebo válcové komory. Bubnová pec, ve které lze tavit litinu, je vyrobena z ocelového plechu. Otočný mechanismus vybavena hnacími kladkami, dvourychlostním elektromotorem a řetězovým pohonem.
Tekutý bronz se nalévá přes sifon umístěný na koncová stěna aditiva a strusky jsou nakládány a odebírány speciálními otvory. Problém hotové výrobky se provádí odtokovým kanálem ve tvaru V vytvořeným v ostění podle šablony, který se během pracovního procesu roztaví. Chlazení vinutí a jádra je prováděno vzduchovou hmotou, teplota pouzdra je regulována pomocí vody.
V současné době je poptávka po oceli a slitinách zvláštní účel pro letecký, letecký, jaderný a energetický průmysl rychle roste. V těchto odvětvích jsou často vyžadovány stále vyšší hodnoty pevnosti, čistoty a dalších vlastností kovu.
Pro řešení problému zlepšování jakostních vlastností tavených kovů je společnost MetaCube připravena nabídnout technologie založené na inovativních metodách tavení pro výrobu oceli a slitin se speciálními technologickými vlastnostmi. Tyto metody zahrnují vakuové indukční tavení.
Potřeba vytvořit vakuové indukční pece vznikla v souvislosti s potřebou zavést průmyslová výroba vysoce reaktivní a žáruvzdorné kovy, jako je zirkonium, titan, niob, berylium a molybden, dále tantal, wolfram, uran a řada dalších. Zvláštností takových kovů je, že při zahřívání na vzduchu intenzivně oxidují, a proto je nutné tavení provádět ve vakuu.
Vakuová technologie indukční tavení umožňuje získat vysoce čisté kovy v atmosféře bez kyslíku. Při použití vakuových indukčních pecí je možné vyrábět žáruvzdorné a vysoce legované oceli a přesné slitiny. Také ve vakuových indukčních pecích je možné provádět tepelné zpracování a tavení drahých kovů a kovů vzácných zemin, stejně jako tavení vysoce kvalitního speciálního skla a jeho použití k získání monokrystalů. Ve všech případech se výsledný materiál ve vakuových pecích vyznačuje zvýšenou čistotou a minimálním odpadem.
Důležitou roli při rafinaci ve vakuové indukční peci hraje proces odpařování nízkotavitelných nečistot - olova, arsenu, cínu a vizmutu. Vysoká kvalita vakuový kov je částečně zajištěn čištěním slitiny od těchto nečistot, které jsou obsaženy ve velmi malých množstvích, což znemožňuje jejich stanovení ani pomocí pokročilých analytických metod. To je nutné, když jsou požadavky na materiál poměrně vysoké a výsledná speciální slitina musí splňovat určité vlastnosti.
Další výhodou vakuových pecí je možnost získat monokrystalické a jemnozrnné kovové struktury. V tomto případě lze předvídat vlastnosti výsledného materiálu.
| Model | Objem pece, kg | Výkon, kW | Frekvence, kHz | Konečný studený vakuum, Pa | Spotřeba vody na chlazení, m 3 /hod | Napájecí napětí, V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VPI-10 | 10 | 50 | 2,5 | 6,67×10-3 | 5 | 380 |
| VPI-25 | 25 | 100 | 2,5 | 6,67×10-3 | 5 | 380 |
| VPI-50 | 50 | 100 | 2,5 | 6,67×10-3 | 7 | 380 |
| VPI-150 | 150 | 100 | 2,5 | 6,67×10-3 | 13 | 380 |
Provozní teplota pecí je až 2200 stupňů.
je vysokofrekvenční pec vyrobená ze žáruvzdorného kelímku, umístěného uvnitř induktoru, který je zase umístěn uvnitř utěsněného pouzdra, ze kterého vakuové pumpy plyny jsou odčerpávány. Kelímek vakuových pecí se vyrábí z práškových vysoce žáruvzdorných materiálů zabalením do induktoru podle šablony. Vakuové indukční pece jsou mechanizované jednotky. Odlévání kovu může probíhat buď otáčením pece uvnitř komory, nebo otáčením samotné komory jako celku. Vakuová indukční tavicí pec umožňuje nezávisle provádět následující operace: upravte teplotu taveniny, změňte tlak uvnitř komory, promíchejte taveninu a také přidejte do taveniny další prvky.
Modulární princip konstrukce vakuových pecí umožňuje dosáhnout zvýšené kompaktnosti pece a také možnost připojení dalších modulů - komory pro vykládání, nalévání a také odebírání výsledných produktů.
Konstrukce moderních vakuových indukčních pecí umožňuje instalovat formy a vykládat z nich ingoty bez porušení vakua v peci. Vakuové indukční pece jsou nejčastěji automatizovaná zařízení. Nakládání vsázky, zavádění přísad a přísad a odlévání kovu se provádí pomocí elektrického nebo hydraulického pohonu.
Firma MetaCube je připravena Vám nabídnout široký výběr vakuových indukčních pecí dle nízké ceny s dodávkou a uvedením do provozu po celém Rusku a zemích SNS. Naše společnost má rozsáhlé zkušenosti s dodávkami různých metalurgických zařízení do podniků v Rusku, Kazachstánu, Bělorusku a dalších zemích SNS.
