Schody. Grupa wejściowa. Przybory. Drzwi. Zamki Projekt

Do topienia metalu na małą skalę czasami potrzebne jest jakieś urządzenie. Jest to szczególnie dotkliwe w warsztacie lub w produkcji na małą skalę. Piec do topienia metalu grzejnik elektryczny czyli indukcja. Ze względu na specyfikę swojej struktury może być skutecznie stosowany w kowalstwie i stać się niezbędnym narzędziem w kuźni.

Konstrukcja pieca indukcyjnego

Piekarnik składa się z 3 elementów:

1. 1. Część elektroniczna i elektryczna.
2. 2. Cewka indukcyjna i tygiel.
3. 3. układ chłodzenia cewki.

Aby zmontować działający piec do topienia metalu, wystarczy zmontować działający obwód elektryczny i układ chłodzenia cewki indukcyjnej. Najprostszą wersję topienia metalu pokazano na poniższym filmie. Topienie odbywa się w przeciwelektromagnetycznym polu induktora, które oddziałuje z indukowanymi prądami wirowymi w metalu, który utrzymuje kawałek aluminium w przestrzeni induktora.

Aby skutecznie stopić metal, wymagane są duże prądy i wysokie częstotliwości rzędu 400-600 Hz. Do topienia metali wystarczy napięcie ze zwykłego domowego gniazdka 220 V. Konieczne jest jedynie przekształcenie 50 Hz w 400-600 Hz.
Odpowiedni jest do tego dowolny obwód do tworzenia cewki Tesli. Najbardziej spodobały mi się poniższe 2 obwody na lampie GU 80, GU 81(M). A lampa zasilana jest transformatorem MOT z kuchenki mikrofalowej.

Obwody te są przeznaczone dla cewki Tesli, ale stanowią doskonały piec indukcyjny zamiast cewki wtórnej L2, wystarczy ją umieścić przestrzeń wewnętrzna uzwojenie pierwotne L1 jest kawałkiem żelaza.

Cewka pierwotna L1 lub cewka indukcyjna składa się z miedzianej rurki zwiniętej w 5-6 zwojów, której końce są gwintowane w celu podłączenia układu chłodzenia. W przypadku topienia lewitacyjnego ostatni obrót należy wykonać w przeciwnym kierunku.
Kondensator C2 w pierwszym obwodzie i identyczny w drugim ustala częstotliwość generatora. Przy wartości 1000 pikofaradów częstotliwość wynosi około 400 kHz. Kondensator ten musi być kondensatorem ceramicznym wysokiej częstotliwości i zaprojektowanym na wysokie napięcie około 10 kV (KVI-2, KVI-3, K15U-1), inne typy nie są odpowiednie! Lepiej zastosować K15U. Kondensatory można łączyć równolegle. Warto też wziąć pod uwagę moc, na jaką zaprojektowano kondensatory (jest to napisane na ich obudowie), zabrać ją z rezerwą. pozostałe dwa kondensatory KVI-3 i KVI-2 nagrzewają się podczas długotrwałej pracy. Wszystkie inne kondensatory są również pobierane z serii KVI-2, KVI-3, K15U-1, tylko zmiany pojemności w charakterystyce kondensatorów.
Oto schemat tego, co powinno się wydarzyć. Zakreśliłem w ramkach 3 bloki.

Układ chłodzenia składa się z pompy o przepływie 60 l/min, chłodnicy z dowolnego samochodu VAZ, a naprzeciwko chłodnicy umieściłem zwykły domowy wentylator chłodzący.

Na świecie ukształtowały się już ugruntowane technologie produkcji metali i stali, z których przedsiębiorstwa metalurgiczne korzystają do dziś. Należą do nich: konwertorowa metoda produkcji metali, walcowanie, ciągnienie, odlewanie, tłoczenie, kucie, prasowanie itp. Najczęściej jednak spotyka się, gdy nowoczesne warunki jest przetapianie metali i stali w konwektorach, piecach martenowskich i piecach elektrycznych. Każda z tych technologii ma szereg wad i zalet. Jednak najdoskonalszy i najnowsza technologia dziś jest produkcja stali w piecach elektrycznych. Głównymi zaletami tej ostatniej w porównaniu z innymi technologiami jest wysoka produktywność i przyjazność dla środowiska. Zastanówmy się, jak złożyć urządzenie, w którym metal zostanie stopiony w domu własnymi rękami.

Mały indukcyjny piec elektryczny do topienia metali w domu

Topienie metali w domu jest możliwe, jeśli masz piec elektryczny, który możesz wykonać samodzielnie. Rozważmy stworzenie indukcyjnego małego rozmiaru piekarnik elektryczny w celu uzyskania jednorodnych stopów (OS). W porównaniu z analogami utworzona instalacja będzie różnić się następującymi cechami:

• niski koszt (do 10 000 rubli), podczas gdy koszt analogów wynosi od 150 000 rubli;
• możliwość regulacji reżim temperaturowy;
• możliwość szybkiego topienia metali w małych ilościach, co pozwala na zastosowanie instalacji nie tylko w dziedzinie nauki, ale także np. w jubilerstwie, stomatologii itp.
• jednorodność i szybkość ogrzewania;
• możliwość umieszczenia korpusu roboczego w piecu w próżni;
• stosunkowo małe wymiary;
• niski poziom hałasu, prawie całkowity brak dymu, co zwiększy wydajność pracy podczas pracy z instalacją;
• możliwość pracy zarówno w sieci jednofazowej, jak i trójfazowej.

Wybór typu schematu

Najczęściej przy konstruowaniu nagrzewnic indukcyjnych stosuje się trzy główne typy obwodów: półmostek, mostek asymetryczny i pełny mostek. Projektując tę ​​instalację zastosowano dwa rodzaje obwodów – półmostkowy i pełny mostek z regulacją częstotliwości. Wybór ten podyktowany był koniecznością regulacji współczynnika mocy. Pojawił się problem utrzymania trybu rezonansowego w obwodzie, ponieważ za jego pomocą można regulować wymaganą wartość mocy. Istnieją dwa sposoby regulacji rezonansu:

• zmieniając pojemność;
• poprzez zmianę częstotliwości.

W naszym przypadku rezonans wspomagany jest regulacją częstotliwości. To właśnie ta cecha spowodowała wybór rodzaju obwodu sterowanego częstotliwością.

Analiza elementów obwodu

Analizując działanie pieca indukcyjnego do topienia metalu w domu (IP), możemy wyróżnić jego trzy główne części: generator, zasilacz i zespół napędowy. Aby zapewnić wymaganą częstotliwość podczas pracy instalacji, stosuje się generator, który w celu uniknięcia zakłóceń ze strony innych jednostek instalacji łączy się z nimi za pomocą rozwiązania galwanicznego w postaci transformatora. Do zapewnienia obwodu napięcia zasilania wymagany jest zasilacz, który zapewnia bezpieczną i niezawodną pracę elementów mocy konstrukcji. W rzeczywistości to jednostka napędowa generuje niezbędne mocne sygnały, aby wytworzyć wymagany współczynnik mocy na wyjściu obwodu.

Rysunek 1 przedstawia ogólny schemat ideowy instalacji indukcyjnej.

Tworzenie schematu połączeń

Schemat połączeń (schemat połączeń) przedstawia połączenia komponenty produktów i identyfikuje przewody i kable tworzące te połączenia, a także ich punkty połączenia.

Dla wygody dalszego montażu instalacji opracowano schemat połączeń odzwierciedlający główne styki pomiędzy blokami funkcjonalnymi pieca (ryc. 2).

Generator częstotliwości

Najbardziej złożonym blokiem IP jest generator. Zapewnia wymaganą częstotliwość pracy instalacji i stwarza warunki początkowe do uzyskania obwodu rezonansowego. Jako źródło oscylacji zastosowano specjalizowany elektroniczny regulator impulsów typu KR1211EU1 (rys. 3). Wybór ten podyktowany był możliwością pracy tego mikroukładu w dość szerokim zakresie częstotliwości (do 5 MHz), co pozwala na uzyskanie dużej wartości mocy na wyjściu jednostki napędowej układu.

Rysunki 4 i 5 przedstawiają schematyczny diagram generatora częstotliwości i schemat płytki elektrycznej.

Mikroukład KR1211EU1 generuje sygnały o zadanej częstotliwości, które można zmieniać za pomocą rezystora sterującego zainstalowanego na zewnątrz mikroukładu. Następnie sygnały trafiają do tranzystorów pracujących w trybie przełączania. W naszym przypadku zastosowano krzemowe tranzystory polowe z izolowaną bramką typu KP727. Ich zalety są następujące: maksymalny dopuszczalny prąd impulsowy, jaki mogą wytrzymać, wynosi 56 A; maksymalne napięcie wynosi 50 V. Jesteśmy całkowicie zadowoleni z zakresu tych wskaźników. Ale w związku z tym pojawił się problem znacznego przegrzania. Aby rozwiązać ten problem, potrzebny jest tryb kluczowy, który skróci czas pracy tranzystorów.

jednostka napędowa

Blok ten zapewnia zasilanie jednostek wykonawczych instalacji. Jego główną cechą jest możliwość pracy w sieciach jednofazowych i trójfazowych. Aby poprawić współczynnik mocy wytwarzany w cewce indukcyjnej, zastosowano zasilacz 380 V.

Napięcie wejściowe podawane jest na mostek prostowniczy, który przetwarza napięcie prądu przemiennego 220 V na pulsujące napięcie stałe. Do wyjść mostka podłączone są kondensatory akumulacyjne, które utrzymują stały poziom napięcia po odłączeniu obciążenia od instalacji. Aby zapewnić niezawodną pracę instalacji, urządzenie zostało wyposażone w automatyczny wyłącznik.

Blok mocy

Blok ten zapewnia bezpośrednie wzmocnienie sygnału i utworzenie obwodu rezonansowego poprzez zmianę pojemności koła. Sygnały z generatora trafiają do tranzystorów, które pracują w trybie wzmocnienia. W ten sposób otwierając się w różnym czasie, wzbudzają odpowiednie obwody elektryczne przechodzące przez transformator podwyższający i przepuszczają przez niego prąd mocy różne kierunki. W rezultacie na wyjściu transformatora (Tr1) otrzymujemy zwiększony sygnał o zadanej częstotliwości. Sygnał ten doprowadzany jest do instalacji za pomocą cewki indukcyjnej. Instalacja z cewką indukcyjną (na schemacie Tr2) składa się z cewki indukcyjnej i zestawu kondensatorów (C13 - Sp). Kondensatory mają specjalnie dobraną pojemność i tworzą obwód oscylacyjny, co umożliwia regulację poziomu indukcyjności. Obwód ten musi działać w trybie rezonansowym, co powoduje gwałtowny wzrost częstotliwości sygnału w cewce indukcyjnej i wzrost prądów indukcyjnych, przez co faktycznie następuje nagrzewanie. Rysunek 7 pokazuje schemat elektryczny jednostki napędowej pieca indukcyjnego.

Cewka indukcyjna i cechy jej działania

Cewka indukcyjna to specjalne urządzenie służące do przenoszenia energii ze źródła zasilania na nagrzewany produkt; Cewki indukcyjne są zwykle wykonane z rurek miedzianych. Podczas pracy jest chłodzony bieżącą wodą.

Topienie metali nieżelaznych w warunkach domowych za pomocą pieca indukcyjnego polega na przenikaniu do środka metali prądów indukcyjnych, które powstają na skutek dużej częstotliwości zmian napięcia przyłożonego do zacisków cewki. Moc instalacji uzależniona jest od wielkości przyłożonego napięcia i jego częstotliwości. Częstotliwość wpływa na intensywność prądów indukcyjnych, a co za tym idzie, na temperaturę w środku cewki indukcyjnej. Im większa częstotliwość i czas pracy instalacji, tym lepiej wymieszane są metale. Sam induktor oraz kierunki przepływu prądów indukcyjnych pokazano na rysunku 8.

Aby zapewnić równomierne wymieszanie i uniknąć zanieczyszczenia stopu pierwiastkami obcymi, np. elektrodami ze zbiornika ze stopem, stosuje się cewkę indukcyjną z odwróconym zwojem, jak pokazano na rysunku 9. To właśnie dzięki temu zwojowi następuje wytworzenie pola elektromagnetycznego stworzony, który utrzymuje metal w powietrzu, przekraczając siłę grawitacji Ziemi.

Końcowy montaż instalacji

Każdy z bloków mocowany jest do korpusu pieca indukcyjnego za pomocą specjalnych stojaków. Odbywa się to w celu uniknięcia niepożądanego kontaktu części pod napięciem z metalową powłoką samej obudowy (ryc. 10).

Dla bezpiecznej pracy instalacja jest całkowicie pokryta trwałą obudową (rys. 11), tworząc w ten sposób barierę pomiędzy niebezpiecznymi elementami konstrukcyjnymi a ciałem pracującej z nią osoby.

Dla wygody skonfigurowania instalacji indukcyjnej jako całości wykonano tablicę sygnalizacyjną, w której mieszczą się urządzenia metrologiczne, za pomocą których monitorowane są wszystkie parametry instalacji. Do urządzeń metrologicznych zalicza się: amperomierz pokazujący prąd w cewce, woltomierz podłączony do wyjścia cewki, wskaźnik temperatury oraz regulator częstotliwości generowania sygnału. Wszystkie powyższe parametry umożliwiają regulację trybów pracy jednostki indukcyjnej. Konstrukcja wyposażona jest także w system ręcznej aktywacji oraz system sygnalizacji procesów grzewczych. Za pomocą wyświetlaczy na urządzeniach faktycznie monitoruje się działanie instalacji jako całości.

Projektowanie małej instalacji indukcyjnej jest dość złożonym procesem technologicznym, ponieważ musi zapewniać zgodność duża ilość kryteria takie jak: łatwość projektowania, niewielkie rozmiary, przenośność itp. Instalacja ta działa na zasadzie bezdotykowego przekazywania energii do obiektu i podgrzewania go. W wyniku ukierunkowanego ruchu prądów indukcyjnych w cewce indukcyjnej sam proces topienia zachodzi bezpośrednio, a jego czas trwania wynosi kilka minut.

Stworzenie tej instalacji jest dość opłacalne, ponieważ zakres jej zastosowania jest nieograniczony, zaczynając od zwykłego użytkowania praca laboratoryjna a kończąc na produkcji złożonych jednorodnych stopów z metali ogniotrwałych.

W ostatnio Za granicą ponownie wzrosło zainteresowanie piecami indukcyjnymi jako możliwymi urządzeniami do produkcji wlewków, zwłaszcza z zastosowaniem wsadu metalizowanych peletów.
Stosowanie pieców tego typu w hutach jest na całym świecie ograniczone do celów produkcji stopów lub stopów, dlatego ich pojemność z reguły nie przekracza 5 ton.
Z kolei odlewnie obsługują duże piece. Największa instalacja na świecie obejmuje 4 piece o pojemności 60 ton i mocy 20 kW każdy o łącznej wydajności 160 t/h. Stosowany złom podgrzewa się do temperatury 600°C.
Dla całego asortymentu najważniejsze parametry piece tego typu są lepsze od elektrycznych pieców łukowych. W związku z tym pojawiają się pytania dotyczące możliwych warunków brzegowych ich zastosowania w hutnictwie stali. Obecna praktyka sugeruje, że dopuszczalne napięcie może wynosić 3000 V, a prąd 70 000 A. Dzięki temu moc pozorna będzie mogła w przyszłości zostać zwiększona do 210 MB*A. Indukowana moc rzeczywista, zależna od grubości ścianek tygla, odnoszona jest do mocy pozornej w stosunku 1:5-1:7.
Ruch metalu w piecu indukcyjnym, co jest w zasadzie czynnikiem bardzo pozytywnym z metalurgicznego punktu widzenia, przy nadmiernym gęstość mocy może jednak wiązać się z emisją metali. Według tego wskaźnika moc właściwa dużych pieców jest obecnie ograniczona do 330 kW/t metalu.
Na moc pieców indukcyjnych istotny wpływ może mieć grubość wyłożenia tygla. Podszewka musi być wystarczająco niezawodna i trwała. Jednak wraz ze wzrostem jego grubości moc użyteczna pieca maleje, np. dla pieca o pojemności 100 ton i mocy pozornej 210 MB*A maleje do 38 MW przy grubości ścianki 15 cm i do 28 MW przy grubości ścianki 40 cm Wybór materiału ściennego jest również dzisiaj duży problem. Wykładzina kwasowa wytrzymuje dużą liczbę temperatur, co pozwala na zużycie materiału ogniotrwałego na poziomie 0,7 kg/t stali przy temperaturze produkcji stali wynoszącej 1550 °C. Jednak taka wykładzina nie jest odpowiednia we wszystkich przypadkach i z reguły nie jest dopuszczalna do wytapiania stali ze zwykłego złomu ze względu na niemożność usunięcia w tym przypadku siarki i fosforu z metalu. Ponadto węgiel i mangan w metalu będą oddziaływać z krzemionką okładziny, co może prowadzić do konsekwencji, które należy ograniczyć.
Usunięcie z metalu zanieczyszczeń takich jak krzem, siarka, mangan można w pewnym stopniu osiągnąć poprzez wtryskiwanie odpowiednich materiałów proszkowych bez nadmiernego zużywania się okładziny. Możliwe jest również zapewnienie wrzenia metalu ze znanym zmniejszeniem mocy w tym okresie, aby uniknąć emisji.
Z punktu widzenia asymilacji środków stopowych, topienia wsadu lekkiego, usuwania gazów z metalu i zmniejszania jego nasycenia gazem piece indukcyjne mają niewątpliwą przewagę nad łukowymi. Ponadto piece indukcyjne, ze względu na swoją zasadę działania, są zasadniczo urządzeniami ciągłymi i dlatego mogą być bardziej odpowiednie do przetwarzania wsadu metalicznego. Ważne jest również, aby pracy pieców indukcyjnych nie towarzyszyły tak duże wahania parametry elektryczne jak praca pieców łukowych.
Koszty inwestycyjne i operacyjne produkcji stali w piecach indukcyjnych i łukowych są do siebie zbliżone. Jednakże organizując proces ciągłego wytapiania, można spodziewać się redukcji kosztów w przypadku stosowania pieców indukcyjnych ze względu na uproszczone projektowanie budynków i oczyszczanie gazu, eliminację kosztów kontroli hałasu, niższe koszty personelu obsługującego i materiałów ogniotrwałych, bardziej elastyczną kontrolę temperatury i skład chemiczny stal.
Zastosowanie pieców indukcyjnych do przetapiania metalizowanych pelletów ma szereg dodatkowych zalet.
Dzięki intensywnemu ruchowi metalu w piecu indukcyjnym, metalizowane pelety można szybko wciągnąć w głąb kąpieli, co zabezpieczy je przed utlenianiem w procesie topienia. Ponadto samo topienie odbywa się bez przegrzania pelletu, co zapewnia minimalne straty żelaza i uwalnianie pyłu z pieca.
Przy danej mocy wejściowej pieca temperaturę metalu można łatwo regulować szybkością podawania peletu.
Można skrócić koszty kapitału, ponieważ instalacja może posiadać dwa tygle, z których jeden jest w naprawie, a drugi działa. W tym przypadku osiąga się wysoki stopień wykorzystania mocy zainstalowanej.
Krótki czas kontaktu pelletu z atmosferą oraz brak stref wysokie temperatury, jak ma to miejsce w przypadku łuki elektryczne w piecu łukowym, pozwolą na uzyskanie bardzo niskiej zawartości azotu w metalu – na poziomie ich zawartości w metalu wytapianym w konwertorach tlenowych.
Jeżeli chodzi o procesy metalurgiczne w piecu indukcyjnym podczas przetapiania metalizowanych peletów, to zasadniczo sprowadzają się one do dwóch procesów: usuwania fosforu i usuwania węgla z jednoczesną redukcją tlenków żelaza zawartych w peletach. Zawartość siarki w peletach podczas redukcji gazu można uzyskać na niskim poziomie.
Na szeregu instalacji indukcyjnych w Niemczech o wydajności od kilkudziesięciu kilogramów do dwóch ton przeprowadzono dość różnorodne eksperymenty z przetapianiem metalizowanych peletów, co pozwoliło zidentyfikować wiele cech tego procesu, jego zalety i wady , a także w pewnym stopniu determinują perspektywy na przyszłość.
Szybkość nagrzewania żelaza gąbczastego w indukcyjnym piecu tyglowym ciepłem Joule'a zależy zarówno od parametrów samego żelaza gąbczastego, jak i pieca. Podczas przeprowadzania eksperymentów porównawczych w dwóch piecach o mocy 54 i 30 kW przy częstotliwości prądu odpowiednio 250 i 2000 Hz, o masie wytopu od 4 do 22 kg, przy użyciu pięciu gatunków żelaza gąbczastego o różnej wielkości kawałków od 2 -16 do 6-40 mm, gęstość nasypowa od 1,01 do 2,52 g/cm3 i stopień metalizacji od 83,9 do 99,2, ustalono następujące podstawowe wzory. Wielkość mocy indukowanej we wsadzie oraz szybkość nagrzewania żelaza gąbczastego wzrastały wraz ze wzrostem częstotliwości prądu i mocy pieca, a także wielkości kawałków żelaza gąbczastego, stopnia jego metalizacji i gęstości nasypowej. Biorąc jednak pod uwagę zidentyfikowaną techniczną możliwość topienia żelaza gąbczastego w piecu indukcyjnym przy braku pewnej ilości stopionego metalu, tzw. „bagna”, stwierdzono niewłaściwość takiego procesu. Żelazo gąbczaste zaczęło się topić na dnie tygla, a znajdująca się powyżej warstwa żelaza gąbczastego nie opadała i była tak mocno spieczona, że ​​dalsze obciążanie żelaza gąbczastego było niemożliwe. Próby stopienia tej warstwy mogą prowadzić do przegrzania już stopionego metalu i wypalenia tygla. Aby uzyskać dużą moc indukowaną niezbędną do topienia, potrzebne są instalacje wysokiej częstotliwości, które są znacznie droższe, a ponadto metal w nich jest bardzo słabo wymieszany. Ostatecznie osiągnięto niezbędne ogrzewanie żelazka gąbczastego w bardzo wysokiej temperaturze wysokie natężenie przepływu prąd, tj. przy znacznie niższej wydajności. piecu niż przy topieniu złomu.
Dalsze eksperymenty z piecem wysokiej częstotliwości (2000 Hz) o pojemności 120 kg potwierdziły mało obiecujące zastosowanie pieców tego typu do topienia żelaza gąbczastego. Nawet przy ładowaniu żelaza gąbczastego na czystą powierzchnię wstępnie roztopionego metalu, granulki szybko topiły się jedynie w początkowym okresie ich obciążania, nie przenosząc się w głąb kąpieli. Następnie zaczął tworzyć się żużel, którego powierzchnia w wyniku promieniowania i efektu chłodzącego żelaza gąbczastego pokryła się skorupą, co uniemożliwiło przedostawanie się świeżych porcji żelaza gąbczastego do kąpieli metalicznej.
Dużo bardziej zachęcające były doświadczenia przeprowadzone w piecu niskiej częstotliwości (150 Hz) o pojemności 1,5 tony, podczas którego wytopiono żelazo gąbczaste o stopniu metalizacji od 87,6 do 97,0 o wielkości kawałka 6-40 mm. Każde wytapianie rozpoczynano od około 1 tony roztopionego metalu w piecu i dodatkowo ładowano około 300 kg żelaza gąbczastego; po przetopieniu wydzielało się około 250 kg metalu i pobierano żużel. Jednocześnie energochłonność w przypadku wytapiania stali o zawartości C 0,5% wyniosła średnio 2617 MJ/t, a w przypadku wytapiania stali o zawartości 1,8% 2318 MJ/t. Na każdy 1% spadek stopnia metalizacji zużycie energii elektrycznej wzrosło o 36 MJ na 1 tonę wytopu metalu. Czas topienia każdej porcji żelaza gąbczastego wynosił 16 minut, natomiast temperatura kąpieli na skutek niewystarczającego poboru mocy obniżyła się o 90°C. Zatem wydajność topienia nie była określona przez prędkość topienia, ale przez dostarczoną moc. Ponieważ skała płonna żelaza gąbczastego miała charakter kwaśny (2,5% SiO2; 0,1% CaO i 0,2% Al2O3), zużycie wyłożenia tygla głównego było dość znaczne, narastało od góry do dołu i sięgało 15% początkowej grubości 13 cm Udział zredukowanych tlenków żelaza podczas wytapiania wynosił około 65%. W przypadkach, gdy żużel nie był odtleniony krzemem i manganem, był on porowaty i szybko schładzał się z powierzchni, co wymuszało przerwanie załadunku żelaza gąbczastego w celu usunięcia żużla, jeśli stopień metalizacji żelaza gąbczastego nie przekraczał 90 %.
Zastosowanie przemysłowego pieca indukcyjnego o pojemności 2 ton i mocy zainstalowanej 750 kW, specjalnie wybudowanego w zakładzie w Oberhausen, interakcji żużla z ogniotrwałą wyściółką tygla oraz reakcji na styku gąbki badano żelazo - stop i stop - żużel. Grubość murowanych ścian wynosiła na początku kampanii 100 mm, pozwolono ją zmniejszyć do 40 mm. Wykorzystano żelazo gąbczaste, pozyskiwane z instalacji Purofer, o różnej zawartości węgla i skał płonnych oraz stopniu redukcji (tab. 27).

Podczas przetapiania żelaza klasy A o niskiej zawartości fosforu i kwaśnej skały płonnej możliwa była obróbka kwaśnych żużli i wyłożenia tygla kwarcowego. W tym przypadku nasycony żużel zawierał około 82% SiO2; 10% FeO i 8% Al2O3. Nie zaobserwowano zużycia dolnej części tygla, natomiast jego górna część zużywała się dość szybko, ale nie z powodu interakcja chemiczna z żużlem, ale w wyniku opadania utlenionych kropli metalu na ścianki i tworzenia się niskotopliwych krzemianów. Zjawisko to można wyeliminować wykonując tę ​​część tygla z tlenku glinu.
Podczas przetapiania żeliwa gąbczastego klasy B zasadowość żużla wynosiła około 1,5, a jego ilość nie przekraczała 110 kg/t. Żużel ten powodował korozję okładziny ze stopionego lub kalcynowanego magnezytu, tygiel wykonany z materiału zawierającego 80% MgO i 20% Cr2O3 stał przez trzy tygodnie w pracy trzyzmianowej.
Badając procesy metalurgiczne podczas przetapiania żelaza gąbczastego, zwrócono uwagę na dwie ważne okoliczności.
1. Przy dobranych parametrach elektrycznych pieca metal w nim się intensywnie mieszał, a żelazo gąbczaste szybko wciągano w głąb wanny. Dzięki temu, a także obecności tlenu i węgla w samym żelazie gąbczastym, reakcja odwęglania była bardzo rozwinięta i przebiegała z dużymi prędkościami, pomimo niekorzystnego stosunku powierzchni kąpieli do jej objętości w piecu indukcyjnym w porównaniu do piec łukowy. W eksperymentach szybkość dekarbonizacji osiągnęła 1 kg/(m2*min) i prawdopodobnie można ją zwiększyć. Dzięki temu szybkość topienia żelaza gąbczastego w piecu indukcyjnym o pojemności 100 ton może sięgać 50 ton/godz.
2. Temperatura żużla w piecu indukcyjnym nie może przekraczać temperatury metalu, a ponieważ dodatkowo fosfor w żelazie gąbczastym znajduje się w skale płonnej, możliwość uzyskania niskiej zawartości fosforu w metalu jest znacznie ułatwiona. Dla stali z żeliwa gąbczastego gatunku B typowy był następujący skład chemiczny,%: C 0,1; Mn 0,04; P 0,011; S 0,005 i N2 0,0015. Doświadczenia te wykazały, że w przypadku okresowego obciążania żelaza gąbczastego przy właściwym doborze parametrów geometrycznych i elektrycznych pieca nie powstają szczególne trudności techniczne w procesie jego przetapiania, jednakże koszt topienia związany jest z uzyskiem użytecznego metalu jest większa niż przy topieniu złomu, wzrasta zużycie energii i odtleniaczy, większe zużycie okładziny, większa strata czasu na pobieranie żużla. Dlatego przetapianie żelaza gąbczastego w piecu indukcyjnym może być ekonomicznie wykonalne, jeśli jego koszt będzie niższy niż koszt złomu lub możliwe będzie znalezienie źródeł kompensacji tych strat (większa jednorodność i czystość żelaza gąbczastego, łatwość załadunku i transportu, itp.).
Szczególnie duże korzyści można uzyskać zapewniając ciągłe ładowanie i uwalnianie metalu. W tym przypadku w zasadzie możliwe jest znaczne ograniczenie operacji ręcznych, osiągnięcie wysokiego stopnia automatyzacji procesu, praca z pełnym tyglem przy maksymalnej mocy przy jednoczesnym dopasowaniu dostarczanej i pobieranej mocy elektrycznej oraz zapewnieniu stacjonarnego procesu topienia, temperatury i skład chemiczny metalu.
Według danych, w procesie okresowym, ale przy 30-60% metalu pozostającego w tyglu, zużywana moc elektryczna wynosi 75-100% wartości nominalnej (ryc. 101).
Sprawdzenie tych założeń przeprowadzone w serii eksperymentów w piecu o pojemności 130 kg potwierdziło je w dużym stopniu, ale jednocześnie ujawniło szereg nowych cech procesu, które wiązały się z trudnościami.
W tyglu kwasowym stopiono 116 kg żelaza gąbczastego o stopniu metalizacji 96,9% przez 970 minut, przy czym metal podgrzano do maksymalnej temperatury 1600°C i zawartość węgla od 1,2 do 3,5%. Ładowanie żelaza gąbczastego odbywało się w sposób ciągły poprzez rurę o średnicy wewnętrznej na dnie 80 mm, ciągłe uwalnianie metalu zapewniało nachylone położenie tygla podczas doświadczeń. Zużycie tygla w temperaturach kąpieli poniżej 1500°C było nieznaczne, natomiast w temperaturach powyżej 1560°C zaobserwowano znaczne zużycie już po godzinie, szczególnie w górnej części. Zużycie energii elektrycznej na 1 tonę żelaza gąbczastego było w dużym stopniu zależne od dostarczanej mocy i zmniejszyło się o połowę przy wzroście z 42 do 78 kW (ryc. 102). W tym samym czasie wydajność topienia wzrosła z 10 do 28 t/m2, ale wzrosła temperatura metalu i zawartość w nim węgla. Zatem praca z pełnym tyglem i maksymalną mocą może znacząco poprawić ekonomikę procesu. Założenie, że żelazo gąbczaste ze względu na niską przewodność cieplną będzie topić się wolniej niż złom, nie zostało w pełni potwierdzone. Szybkość topienia w stanie ustalonym procesu determinowana była jedynie ilością dostarczonego ciepła. Utrzymanie wymaganej zawartości węgla w stanie stacjonarnym nie powoduje trudności, pomimo występowania reakcji odwęglenia i ciągłego rozpuszczania żelaza gąbczastego w kąpieli o zawartości węgla innej niż jego zawartość w kąpieli.

Przeprowadzone doświadczenia, choć nie dały ostatecznej odpowiedzi na temat możliwej efektywności ekonomicznej procesu przetapiania żelaza gąbczastego w warunkach przemysłowych, wyjaśniły wiele aspektów technologicznych i ekonomicznych problemu. Dość wyraźnie ustalono, że ilość żużla powinna być minimalna, a stopień metalizacji maksymalny. W tym przypadku proces jest znacznie ułatwiony, ale należy zauważyć, że jednocześnie wzrasta również koszt żelaza gąbczastego. Praca na kwaśnych żużlach jest możliwa przy zastosowaniu wyłącznie kwaśnej wyściółki i gdy zawartość fosforu w żelazie gąbczastym nie jest wyższa niż dopuszczalna w stali. Jednak temperatura ogrzewania metalu w tym przypadku nie powinna przekraczać 1500 °C. Stosowanie tygli magnezytowo-chromitowych pozwala na podgrzanie metalu do wyższych temperatur, jednak konieczność zneutralizowania krzemionki w żużlu wiąże się ze wzrostem zużycia odtleniaczy, energii elektrycznej, środków żużlotwórczych i spadkiem uzysku. We wszystkich przypadkach konieczne jest podjęcie działań zapobiegających zamarzaniu żużla i może zaistnieć konieczność opracowania metod jego podgrzewania.
Bardzo ważną okolicznością jest zapewnienie takiego wymiary geometryczne tygla i parametry elektryczne instalacji, przy których środkowa część powierzchni metalu w tyglu będzie wolna od żużla, dzięki czemu żelazo gąbczaste spadnie bezpośrednio na metal i zostanie przeniesione w jego grubość. W przeciwnym razie konieczne będzie podjęcie specjalnych środków, aby żelazo gąbczaste mogło przejść przez żużel. Według propozycji firmy Thyssen można to osiągnąć stosując stosunek mocy właściwej pieca do pierwiastka kwadratowego z częstotliwości równy 49,5.
Możliwe, że uwzględnienie tych wszystkich ograniczeń doprowadzi do powstania pewnego rodzaju procesu, w którym piec indukcyjny będzie pełnił jedynie funkcję urządzenia do ciągłego topienia wsadu metalizowanego, a pozostałe operacje (ogrzewanie, odtlenianie, stapianie, wykańczanie składu chemicznego itp.) .) będzie realizowane w niepiecowych jednostkach metalurgicznych. Jako taka jednostka, pierwszorzędne znaczenie może mieć opracowany przez ASEA i SKF zespół piecowo-kadziowy, w którym można przeprowadzić cały kompleks powyższych operacji.
Niemniej jednak żelazo gąbczaste otrzymywane metodą Hoganäsa od dawna stosowane jest jako wsad w ilościach od 10 do 60% przy wytopie stali narzędziowych i konstrukcyjnych, ciężkich stali kuźniczych i w pewnym stopniu stali nierdzewnych w kwasowych piecach indukcyjnych o wydajności do 12 ton, a także w piecach głównych, głównie przy wytopie tych ostatnich. Jednocześnie znacznie zwiększa się skrawalność, czystość i jednorodność stali.
Żelazo gąbczaste stosuje się w postaci brykietów o długości 75 mm i średnicy około 88 mm, zawierających 0,17% C i około 1% O2. Ten stosunek tlenu do węgla pozwala na utrzymanie umiarkowanej temperatury wrzenia kąpieli i, jeśli to konieczne, pozwala na uzyskanie nawet bardzo niskiej zawartości węgla. Reakcja pomiędzy tymi pierwiastkami rozpoczyna się już w temperaturze 700°C, ale ich oddziaływanie z chromem i innymi pierwiastkami mającymi do nich powinowactwo nie rozwija się zbyt mocno. Otwiera to możliwość łączenia zastosowania żelaza gąbczastego z żelazochromem o wyższej zawartości węgla, niż jest to zwykle stosowane w wytapianiu stali niskowęglowych.
Aby uniknąć niepotrzebnych strat chromu i wzrostu zawartości węgla w wytopie, zaleca się następującą kolejność załadunku pieca indukcyjnego.
Na dno pieca ładowany jest nikiel i molibden, następnie podawane są brykiety żelaza gąbczastego, po przetopieniu tej części wsadu pobierany jest żużel, a dopiero potem dodawany jest złom i pozostałe dodatki stopowe.
Odzysk chromu, zużycie energii i wydajność pieca są na tym samym poziomie, co przy zastosowaniu wsadu konwencjonalnego.
W tabeli Na rys. 28 przedstawiono wyniki ekstrakcji pierwiastków stopowych podczas wytapiania austenitycznej stali nierdzewnej w 12-tonowym piecu indukcyjnym z wsadem: 12,3% żelaza gąbczastego, 24,0% złomu z recyklingu, 9,25% niklu, 18,5% żelazochromu, 2,85% żelazomolibdenu, 31,0% złomu stalowego (0,05% C) i 2,1% żelazomanganu.
Firmy „Thyssen” i „Brown Boveri” zawarły porozumienie w sprawie realizacji wspólnego wynalazku dotyczącego konstrukcji potężnych pieców indukcyjnych i procesu przetwarzania w nich metalizowanych surowców, otrzymywanych metodą Purofer. Wynalazek przewiduje wykonanie przemysłowych pieców częstotliwościowych o pojemności powyżej 100 ton i mocy właściwej 350 kW/t przy częstotliwości prądu 50 Hz lub 385 kW/t przy częstotliwości prądu 60 Hz. Wsad metalowy będzie w sposób ciągły dostarczany do środkowej części powierzchni metalu w tyglu, pozbawionej żużla i spęcznionej pod wpływem ruchu elektromagnetycznego. W tym przypadku planuje się wykorzystać doświadczenia istniejącego pieca o pojemności 60 ton i mocy 21 MW służącego do topienia surówki i wdrożyć proces na piecu o pojemności ponad 100 ton i mocy 21 MW. moc 45 MW.

Piece indukcyjne znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle metalurgicznym. Takie piece są często wykonywane niezależnie. Aby to zrobić, musisz znać ich zasadę działania i cechy konstrukcyjne. Zasada działania takich pieców była znana już dwa wieki temu.

Piece indukcyjne są w stanie rozwiązać następujące problemy:

• Topienie metalu.
• Obróbka cieplna części metalowych.
• Oczyszczanie metali szlachetnych.

Takie funkcje dostępne są w piekarnikach przemysłowych. Do warunków domowych i ogrzewania pomieszczeń służą specjalnie zaprojektowane piece.

Zasada działania

Piec indukcyjny działa poprzez ogrzewanie materiałów przy wykorzystaniu właściwości prądów wirowych. Aby wytworzyć takie prądy, stosuje się specjalną cewkę indukcyjną, która składa się z cewki indukcyjnej z kilkoma zwojami drutu o dużym przekroju.

Zasilanie jest podłączone do cewki indukcyjnej AC. W cewce prąd przemienny wytwarza pole magnetyczne, które zmienia się wraz z częstotliwością sieci i przenika wewnętrzną przestrzeń cewki. Kiedy w tej przestrzeni zostanie umieszczony jakikolwiek materiał, powstają w nim prądy wirowe, które go podgrzewają.

Woda w pracującym induktorze nagrzewa się i wrze, a metal zaczyna się topić po osiągnięciu odpowiedniej temperatury. Piece indukcyjne można z grubsza podzielić na typy:

• Piece z rdzeniem magnetycznym.
• Bez rdzenia magnetycznego.

Piec pierwszego typu zawiera induktor zamknięty w metalu, co tworzy specjalny efekt zwiększający gęstość pola magnetycznego, dzięki czemu nagrzewanie odbywa się sprawnie i szybko. W piecach bez rdzenia magnetycznego cewka indukcyjna znajduje się na zewnątrz.

Rodzaje i cechy pieców

Piece indukcyjne można podzielić na typy, które mają swoją własną charakterystykę działania i cechy charakterystyczne. Niektóre wykorzystywane są do pracy w przemyśle, inne w życiu codziennym, do gotowania.

Piece indukcyjne próżniowe

Piec ten przeznaczony jest do topienia i odlewania stopów metodą indukcyjną. Składa się z szczelnej komory, w której umieszczony jest tyglowy piec indukcyjny z formą odlewniczą.

W próżni można zapewnić doskonałe procesy metalurgiczne i uzyskać wysokiej jakości odlewy. Obecnie produkcja próżniowa została przeniesiona na nową procesy technologiczne z łańcuchów ciągłych w środowisku próżniowym, co pozwala na tworzenie nowych produktów i redukcję kosztów produkcji.

Zalety topienia próżniowego

• Ciekły metal można przechowywać w próżni przez długi czas.
• Zwiększone odgazowanie metali.
• Podczas procesu wytapiania można w każdej chwili doładować piec i wpłynąć na proces rafinacji i odtleniania.
• Możliwość ciągłego monitorowania i regulacji temperatury stopu i jego składu chemicznego podczas pracy.
• Wysoka czystość odlewów.
• Szybkie nagrzewanie i prędkość topienia.
• Zwiększona jednorodność stopu dzięki wysokiej jakości mieszaniu.
• Dowolna forma surowca.
• Przyjazny dla środowiska i ekonomiczny.

Zasada działania pieca próżniowego polega na tym, że ładunek stały topi się w tyglu w próżni za pomocą induktora wysokiej częstotliwości, a ciekły metal jest oczyszczany. Próżnia powstaje poprzez wypompowanie powietrza. Topienie próżniowe pozwala na znaczną redukcję wodoru i azotu.

Kanałowe piece indukcyjne

Piece z rdzeniem elektromagnetycznym (kanałowym) znajdują szerokie zastosowanie w odlewniach metali nieżelaznych i żelaznych jako piece podgrzewające i mieszalniki.

1 - Kąpiel
2 - Kanał
3 - Rdzeń magnetyczny
4 - Cewka pierwotna

Zmienny strumień magnetyczny przechodzi przez obwód magnetyczny, kontur kanału w postaci pierścienia z ciekłego metalu. Pierścień jest podekscytowany prąd elektryczny, który podgrzewa ciekły metal. Strumień magnetyczny jest wytwarzany przez uzwojenie pierwotne działające na prąd przemienny.

Aby zwiększyć strumień magnetyczny, stosuje się zamknięty obwód magnetyczny wykonany ze stali transformatorowej. Przestrzeń pieca połączona jest dwoma otworami z kanałem, dzięki czemu po napełnieniu pieca ciekłym metalem powstaje zamknięta pętla. Bez zamkniętego obwodu piekarnik nie będzie działał. W takich przypadkach rezystancja obwodu jest duża i płynie w nim niewielki prąd, który nazywa się prądem jałowym.

Z powodu przegrzania metalu i działania pola magnetycznego, które ma tendencję do wypychania metalu z kanału, ciekły metal w kanale stale się porusza. Ponieważ metal w kanale nagrzewa się wyżej niż w kąpieli piecowej, metal stale unosi się do kąpieli, z której pochodzi metal o niższej temperaturze.

Jeśli metal zostanie spuszczony poniżej dopuszczalna norma, wówczas ciekły metal zostanie wyrzucony z kanału pod wpływem siły elektrodynamicznej. W rezultacie piec samoistnie się wyłączy, a obwód elektryczny ulegnie przerwaniu. Aby uniknąć takich przypadków, piece pozostawiają trochę metalu w postaci płynnej. Nazywa się to bagnem.

Piece kanałowe dzielą się na:

• Piece do topienia.
• Miksery.
• Trzymanie piekarników.

Aby zgromadzić pewną ilość ciekłego metalu, uśrednić jego skład chemiczny i utrzymać go, stosuje się mieszalniki. Objętość mieszalnika oblicza się na nie mniej niż dwukrotność godzinowej wydajności pieca.

Piece kanałowe dzielą się na klasy ze względu na lokalizację kanałów:

• Pionowy.
• Poziomy.

W zależności od kształtu komory roboczej:

• Piece indukcyjne bębnowe.
• Piece indukcyjne cylindryczne.

Piec bębnowy wykonany jest w formie spawanego stalowego cylindra z dwiema ściankami na końcach. Rolki napędowe służą do obracania piekarnika. Aby obrócić piekarnik, należy włączyć napęd silnikiem elektrycznym z dwiema prędkościami i napędem łańcuchowym. Silnik posiada hamulce tarczowe.

NA ściany końcowe Jest syfon do nalewania metalu. Znajdują się w nim otwory do załadunku dodatków i usuwania żużla. Istnieje również kanał do dozowania metalu. Blok kanałowy składa się z wzbudnicy pieca z kanałami w kształcie litery V wykonanymi w okładzinie za pomocą szablonów. Podczas pierwszego topienia szablony te topią się. Uzwojenie i rdzeń chłodzone są powietrzem, korpus urządzenia chłodzony jest wodą.

Jeżeli piec kanałowy ma inny kształt, metal jest uwalniany poprzez przechylenie wanny za pomocą cylindrów hydraulicznych. Czasami metal jest wyciskany nadciśnienie gaz

Zalety pieców kanałowych

• Niskie zużycie energii dzięki niewielkim stratom ciepła z kąpieli.
• Zwiększona sprawność elektryczna cewki indukcyjnej.
• Niski koszt.

Wady pieców kanałowych

• Trudność w dostosowaniu składu chemicznego metalu, ponieważ obecność ciekłego metalu pozostawionego w piecu stwarza trudności przy przejściu z jednego składu na drugi.
• Niska prędkość ruchu metalu w piecu ogranicza możliwości technologii wytapiania.

Cechy konstrukcyjne

Rama piekarnika wykonana jest z blachy ze stali niskowęglowej o grubości od 30 do 70 mm. W dolnej części ramy znajdują się okienka, do których przymocowane są cewki indukcyjne. Cewka indukcyjna wykonana jest w postaci stalowego korpusu, cewki pierwotnej, obwodu magnetycznego i wykładziny. Jego korpus jest odłączalny, a części są odizolowane od siebie uszczelkami, dzięki czemu części korpusu nie tworzą zamkniętej pętli. W przeciwnym razie powstanie prąd wirowy.

Rdzeń magnetyczny wykonany jest ze specjalnych płytek ze stali elektrotechnicznej o grubości 0,5 mm. Płyty są izolowane od siebie, aby zmniejszyć straty spowodowane prądami wirowymi.

Cewka jest wykonana z przewodnik miedziany przekrój w zależności od prądu obciążenia i sposobu chłodzenia. W przypadku chłodzenia powietrzem dopuszczalny prąd wynosi 4 ampery na mm2, przy chłodzeniu wodą dopuszczalny prąd wynosi 20 amperów na mm2. Pomiędzy okładziną a wężownicą zamontowany jest ekran, który chłodzony jest wodą. Ekran wykonany jest ze stali magnetycznej lub miedzi. Zainstalowano wentylator, który usuwa ciepło z wężownicy. Aby uzyskać dokładne wymiary kanału, stosuje się szablon. Wykonany jest w formie pustego odlewu stalowego. Szablon umieszcza się w cewce aż do wypełnienia masą ogniotrwałą. Znajduje się on w cewce podczas nagrzewania i suszenia wykładziny.

Do wykładzin stosuje się masy ogniotrwałe typu mokrego i suchego. Masy mokre stosuje się w formie materiałów drukowanych lub wylewanych. Beton wylewany stosuje się, gdy wzbudnik ma złożony kształt, gdy nie ma możliwości zagęszczenia masy w całej objętości wzbudnika.

Cewka jest wypełniana tą masą i zagęszczana za pomocą wibratorów. Masy suche zagęszcza się za pomocą wibratorów wysokiej częstotliwości, masy ubijane zagęszcza się za pomocą ubijaków pneumatycznych. Jeśli żeliwo jest wytapiane w piecu, okładzina wykonana jest z tlenku magnezu. Jakość wykładziny zależy od temperatury wody chłodzącej. Bardzo skuteczna metoda sprawdzenie okładziny polega na sprawdzeniu wartości rezystancji indukcyjnej i czynnej. Pomiary te przeprowadza się za pomocą przyrządów kontrolnych.

Wyposażenie elektryczne pieca obejmuje:

• Transformator.
• Bateria kondensatorów kompensująca straty energii elektrycznej.
• Dławik do podłączenia cewki 1-fazowej do sieci 3-fazowej.
• Panele sterowania.
• Kable zasilające.

Aby piec działał normalnie, jest on podłączony do źródła zasilania o napięciu 10 kilowoltów, które ma 10 stopni napięcia na uzwojeniu wtórnym w celu regulacji mocy pieca.

Wyściółkowe materiały opakowaniowe zawierają:

• 48% suchego kwarcu.
• 1,8% kwas borowy, przesiany przez drobne sito o oczkach 0,5 mm.

Masę wykładzinową przygotowuje się w postaci suchej za pomocą mieszalnika, a następnie przesiewa przez sito. Przygotowanej mieszaniny nie należy przechowywać dłużej niż 15 godzin po przygotowaniu.

Tygiel wyłożony jest poprzez zagęszczenie wibratorami. Wibratory elektryczne służą do wykładania dużych pieców. Wibratory zanurza się w przestrzeni szablonu i zagęszcza masę przez ścianki. Podczas zagęszczania wibrator jest przesuwany za pomocą dźwigu i obracany w pionie.

Piece indukcyjne tyglowe

Głównymi elementami pieca tyglowego są cewka indukcyjna i generator. Aby wykonać cewkę indukcyjną, stosuje się rurkę miedzianą w postaci nawiniętej na 8-10 zwojów. Kształty cewek mogą być różne.

Ten typ piekarnika jest najczęstszy. Konstrukcja pieca nie zawiera rdzenia. Powszechną formą pieca jest cylinder wykonany z materiału ognioodpornego. Tygiel znajduje się we wnęce cewki indukcyjnej. Doprowadzane jest do niego zasilanie prądem przemiennym.

Zalety pieców tyglowych

• Energia jest uwalniana podczas ładowania materiału do pieca, więc dodatkowe elementy grzejne nie są potrzebne.
• Uzyskuje się wysoką jednorodność stopów wieloskładnikowych.
• W piecu można przeprowadzić reakcję redukcji lub utleniania, niezależnie od ciśnienia.
• Wysoka wydajność pieca dzięki zwiększonej gęstości mocy przy dowolnej częstotliwości.
• Przerwy w topieniu metalu nie wpływają na wydajność pracy, ponieważ ogrzewanie nie wymaga dużej ilości prądu.
• Możliwość dowolnych ustawień i prosta obsługa z możliwością automatyzacji.
• Nie dochodzi do miejscowego przegrzania, temperatura jest wyrównana w całej objętości kąpieli.
• Szybkie topienie, umożliwiające tworzenie wysokiej jakości stopów o dobrej jednorodności.
• Bezpieczeństwo środowiska. Środowisko zewnętrzne nie jest narażony na żadne szkodliwe działanie piekarnika. Topienie nie szkodzi również środowisku.

Wady pieców tyglowych

• Niska temperatura żużla stosowanego do obróbki powierzchni stopu.
• Niska trwałość wykładziny przy nagłych zmianach temperatury.

Pomimo istniejących wad tyglowe piece indukcyjne zyskały dużą popularność w produkcji i innych obszarach.

Piece indukcyjne do ogrzewania pomieszczeń

Najczęściej taki piec jest instalowany w kuchni. Główną częścią jego konstrukcji jest falownik spawalniczy. Konstrukcja pieca najczęściej łączona jest z kotłem wodnym, dzięki czemu możliwe jest ogrzanie wszystkich pomieszczeń w budynku. Istnieje również możliwość podłączenia zasilania tarapaty do budynku.

Sprawność działania takiego urządzenia jest niska, jednak często wykorzystuje się taki sprzęt do ogrzewania domu.

Konstrukcja części grzewczej kotła indukcyjnego jest podobna do transformatora. Obwód zewnętrzny to uzwojenia pewnego rodzaju transformatora podłączonego do sieci. Drugi obwód wewnętrzny to urządzenie wymiennika ciepła. Płyn chłodzący krąży w nim. Po podłączeniu zasilania cewka wytwarza napięcie przemienne. W rezultacie wewnątrz wymiennika ciepła indukują się prądy, które go nagrzewają. Metal podgrzewa płyn chłodzący, który zwykle składa się z wody.

Na tej samej zasadzie opiera się praca urządzeń gospodarstwa domowego. kuchenki indukcyjne, w którym naczynia wykonane ze specjalnego materiału pełnią rolę obwodu wtórnego. Piec ten jest znacznie bardziej ekonomiczny niż piece konwencjonalne ze względu na brak strat ciepła.

Podgrzewacz wody w kotle wyposażony jest w urządzenia sterujące, które umożliwiają utrzymanie temperatury płynu chłodzącego na określonym poziomie.

Ogrzewanie prądem to kosztowna przyjemność. Nie może z nim konkurować paliwo stałe i gaz olej napędowy i gaz skroplony. Jednym ze sposobów obniżenia kosztów jest zainstalowanie akumulatora ciepła, a także załączenie kotła w nocy, ponieważ w nocy często obowiązuje preferencyjna opłata za prąd.

Aby podjąć decyzję o montażu kotła indukcyjnego w swoim domu, należy zasięgnąć porady profesjonalnych specjalistów z zakresu ciepłownictwa. Kocioł indukcyjny nie ma praktycznie żadnej przewagi nad kotłem konwencjonalnym. Wadą jest wysoki koszt sprzęt. Konwencjonalny kocioł z elementami grzejnymi jest sprzedawany w stanie gotowym do montażu, ale wymagana jest nagrzewnica indukcyjna dodatkowe wyposażenie i ustawienia. Dlatego przed zakupem takiego kotła indukcyjnego należy dokonać dokładnych obliczeń ekonomicznych i planowania.

Wykładzina pieca indukcyjnego

Proces wykładania jest niezbędny, aby chronić korpus pieca przed działaniem podwyższonych temperatur. Pozwala znacznie zmniejszyć straty ciepła i zwiększyć efektywność topienia metalu lub nagrzewania materiału.

Na wyściółkę wykorzystuje się kwarcyt będący modyfikacją krzemionki. Istnieją pewne wymagania dotyczące materiałów podszewkowych.

Materiał taki powinien zapewniać 3 strefy stanów materialnych:

• Monolityczny.
• Bufor.
• Mediator.

Tylko obecność trzech warstw w powłoce może chronić obudowę pieca. Na podszewkę negatywnie wpływa niewłaściwe ułożenie materiału, zła jakość materiałowych i trudnych warunków pracy pieca.

Wytapianie metali metodą indukcji jest szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu: metalurgii, budowie maszyn, jubilerstwie. Możesz zmontować prosty piec indukcyjny do topienia metalu w domu własnymi rękami.

zasada działania
Nagrzewanie i topienie metali w piecach indukcyjnych następuje w wyniku wewnętrznego nagrzewania i zmian w sieci krystalicznej metalu, gdy przechodzą przez nią prądy wirowe o wysokiej częstotliwości. Proces ten opiera się na zjawisku rezonansu, w którym prądy wirowe mają maksymalną wartość. Aby spowodować przepływ prądów wirowych przez roztopiony metal, umieszcza się go w obszarze działania pole elektromagnetyczne cewka indukcyjna - cewka. Może mieć kształt spirali, ósemki lub koniczyny. Kształt cewki indukcyjnej zależy od wielkości i kształtu nagrzewanego przedmiotu obrabianego.
Cewka indukcyjna jest podłączona do źródła prądu przemiennego. W przemysłowych piecach do topienia stosuje się prądy o częstotliwości przemysłowej 50 Hz, do topienia małych ilości metali w biżuterii stosuje się generatory wysokiej częstotliwości, ponieważ są one bardziej wydajne.

gatunek
Prądy wirowe są zamknięte wzdłuż ograniczonego konturu pole magnetyczne induktor. Dzięki temu możliwe jest nagrzewanie elementów przewodzących zarówno wewnątrz cewki, jak i na jej zewnątrz. Dlatego piece indukcyjne występują w dwóch rodzajach:
kanał, w którym zbiornikiem do topienia metali są kanały umieszczone wokół cewki indukcyjnej, a wewnątrz niej znajduje się rdzeń;
tygiel, używają specjalnego pojemnika - tygla wykonanego z materiału żaroodpornego, zwykle wyjmowanego.

Piec kanałowy jest za duży i jest przeznaczony do przemysłowego wytapiania metali. Stosowany jest do wytapiania żeliwa, aluminium i innych metali nieżelaznych. Piec tyglowy jest dość kompaktowy, jest używany przez jubilerów i radioamatorów; taki piec można złożyć własnymi rękami i używać w domu.

urządzenie
Domowy piec do topienia metali ma dość prostą konstrukcję i składa się z trzech głównych bloków umieszczonych we wspólnym korpusie:
generator prądu przemiennego wysokiej częstotliwości;
cewka indukcyjna - uzwojenie spiralne wykonane z drutu lub rurki miedzianej, wykonane ręcznie;
tygiel.

Tygiel umieszcza się w cewce indukcyjnej, końce uzwojenia podłącza się do źródła prądu. Gdy przez uzwojenie przepływa prąd, wokół niego pojawia się pole elektromagnetyczne o zmiennym wektorze. W polu magnetycznym powstają prądy wirowe, skierowane prostopadle do jego wektora i przepływające po zamkniętej pętli wewnątrz uzwojenia. Przechodzą przez metal umieszczony w tyglu, podgrzewając go do temperatury topnienia.

Piec indukcyjny i jego elementy zalety:

Szybkie i równomierne nagrzewanie metalu natychmiast po włączeniu instalacji;
kierunek nagrzewania - podgrzewany jest tylko metal, a nie cała instalacja;
wysoka prędkość topienia i jednorodność stopu;
nie ma odparowania składników stopów metali;
Instalacja jest przyjazna dla środowiska i bezpieczna.

Falownik spawalniczy może pełnić funkcję generatora dla pieca indukcyjnego do topienia metalu. Możesz także zmontować generator, korzystając z poniższych schematów własnymi rękami.

Piec do topienia metalu za pomocą falownika spawalniczego
Taka konstrukcja jest prosta i bezpieczna, ponieważ wszystkie falowniki są wyposażone w wewnętrzne zabezpieczenie przed przeciążeniem. Cały montaż pieca w tym przypadku sprowadza się do wykonania induktora własnymi rękami. Zwykle wykonuje się go w postaci spirali z cienkościennej rurki miedzianej o średnicy 8-10 mm. Gięty jest według szablonu wymagana średnica, umieszczając zwoje w odległości 5-8 mm. Liczba zwojów wynosi od 7 do 12, w zależności od średnicy i charakterystyki falownika. Całkowita rezystancja cewki musi być taka, aby nie powodować przetężenia w falowniku, w przeciwnym razie zostanie wyłączony przez wewnętrzne zabezpieczenie. Cewkę można zamocować w obudowie wykonanej z grafitu lub tekstolitu, a wewnątrz można zamontować tygiel. Cewkę można po prostu umieścić na powierzchni odpornej na ciepło. Obudowa nie może przewodzić prądu, w przeciwnym razie będą przez nią przepływać prądy wirowe i moc instalacji spadnie. Z tego samego powodu nie zaleca się umieszczania ciał obcych w strefie topienia. W przypadku pracy z falownika spawalniczego jego obudowa musi być uziemiona! Gniazdo i okablowanie muszą być przystosowane do prądu pobieranego przez falownik.

Piec indukcyjny z tranzystorami: schemat

Jest ich wiele na różne sposoby zmontuj nagrzewnicę indukcyjną własnymi rękami.
Do samodzielnego montażu instalacji potrzebne będą następujące części i materiały:
dwa tranzystory polowe typu IRFZ44V;
dwie diody UF4007 (można zastosować również UF4001)
rezystor 470 Ohm, 1 W (można wziąć dwa 0,5 W połączone szeregowo)
kondensatory foliowe na 250 V: 3 sztuki o pojemności 1 μF; 4 sztuki - 220 nF; 1 sztuka - 470 nF; 1 sztuka - 330 nF;
miedziane druty nawojowe w izolacji emaliowanej Ø1,2 mm;
miedziane druty nawojowe w izolacji emaliowanej Ø2 mm;
dwa pierścienie z cewek wymontowanych z zasilacza komputera.

* Tranzystory polowe są instalowane na grzejnikach. Ponieważ obwód nagrzewa się bardzo podczas pracy, grzejniki muszą być odpowiednio duże. Można je zamontować na jednym grzejniku, jednak wówczas należy odizolować tranzystory od metalu za pomocą uszczelek i podkładek wykonanych z gumy i tworzywa sztucznego.
* Konieczne jest wykonanie dwóch dławików. Do ich wykonania potrzebny jest drut miedziany o średnicy 1,2 mm; jest on nawinięty na pierścienie wyjęte z zasilacza dowolnego komputera. Pierścienie te wykonane są ze sproszkowanego żelaza ferromagnetycznego. Konieczne jest nawinięcie na nie od 7 do 15 zwojów drutu, starając się zachować odległość między zwojami.
* Zbierz powyższe kondensatory do baterii o łącznej pojemności 4,7 μF. Połączenie kondensatorów jest równoległe.
* Uzwojenie cewki wykonane jest z drutu miedzianego o średnicy 2 mm. Owiń 7-8 zwojów uzwojenia wokół cylindrycznego przedmiotu odpowiedniego do średnicy tygla, pozostawiając końce wystarczająco długie, aby połączyć się z obwodem.
* Połącz elementy na płytce zgodnie ze schematem. Jako źródło zasilania zastosowano akumulator 12 V, 7,2 A/h. Prąd w trybie pracy wynosi około 10 A, pojemność akumulatora w tym przypadku wystarczy na około 40 minut. W razie potrzeby korpus pieca jest wykonany z materiału żaroodpornego, na przykład tekstolitu. Moc urządzenia można zmieniać zmieniając liczbę zwojów uzwojenia cewki indukcyjnej oraz ich średnicę.

Podczas długotrwałej pracy elementy grzejne mogą się przegrzać! Aby je ochłodzić, możesz użyć wentylatora.

Piec indukcyjny z lampami

Możesz zmontować mocniejszy piec indukcyjny do topienia metali własnymi rękami za pomocą lamp elektronicznych. Aby wygenerować prąd o wysokiej częstotliwości, stosuje się 4 lampy połączone równolegle. Jako cewkę indukcyjną zastosowano rurkę miedzianą o średnicy 10 mm. Instalacja wyposażona jest w kondensator strojeniowy umożliwiający regulację mocy. Pokazana częstotliwość to 27,12 MHz.

Aby utworzyć diagram, potrzebujesz:
4 lampy próżniowe - tetrody, można zastosować 6L6, 6P3 lub G807;
4 dławiki przy 100...1000 µH;
4 kondensatory przy 0,01 µF;
neonowa lampka kontrolna;
kondensator trymera.

Samodzielny montaż urządzenia:
1. Cewka jest wykonana z rurki miedzianej poprzez zgięcie jej w spiralę. Średnica zwojów wynosi 8-15 cm, odległość między zwojami wynosi co najmniej 5 mm. Końcówki są zniszczone. Średnica induktora powinna być o 10 mm większa od średnicy tygla znajdującego się wewnątrz.
2. Umieść cewkę w obudowie. Może być wykonany z żaroodpornego, nieprzewodzącego materiału lub z metalu, zapewniającego izolację termiczną i elektryczną od elementów obwodu.
3. Zmontować kaskady lamp zgodnie z obwodem z kondensatorami i dławikami. Kaskady są połączone równolegle.
4. Podłącz lampkę kontrolną neonową - będzie ona sygnalizować gotowość obwodu do pracy. Lampa jest wyprowadzona do korpusu instalacyjnego.
5. W obwodzie znajduje się kondensator strojeniowy o zmiennej pojemności, jego uchwyt jest również doprowadzony do obudowy.

Piec indukcyjny - obieg chłodzenia

Huty przemysłowe wyposażone są w wymuszony system chłodzenia wodą lub środkiem przeciw zamarzaniu. Wykonanie chłodzenia wodnego w domu będzie wymagało dodatkowych kosztów porównywalnych cenowo do kosztu samej instalacji do topienia metalu. Wykonać chłodzenie powietrzem możliwe jest zastosowanie wentylatora, pod warunkiem, że wentylator będzie umieszczony w odpowiedniej odległości. W przeciwnym razie metalowe uzwojenie i inne elementy wentylatora będą służyć jako dodatkowy obwód zamykający prądy wirowe, co zmniejszy wydajność instalacji. Elementy obwodów elektronicznych i lamp mogą również aktywnie się nagrzewać. Aby je ochłodzić, zapewniono radiatory.

Środki bezpieczeństwa podczas pracy
Głównym niebezpieczeństwem podczas pracy z domową instalacją jest ryzyko poparzenia elementami grzejnymi instalacji i stopionym metalem.
Obwód lampy zawiera elementy z Wysokie napięcie dlatego należy go umieścić w zamkniętej obudowie zabezpieczającej przed przypadkowym dotknięciem elementów.
Pole elektromagnetyczne może oddziaływać na obiekty znajdujące się poza korpusem urządzenia. Dlatego przed pracą lepiej założyć ubranie pozbawione metalowych elementów i usunąć z pola operacyjnego skomplikowane urządzenia: telefony, aparaty cyfrowe.

Piec indukcyjny do topienia metali w domu można wykorzystać także do szybkiego nagrzania elementów metalowych np. podczas ich cynowania czy formowania. Charakterystykę pracy prezentowanych instalacji można dostosować do konkretnego zadania poprzez zmianę parametrów wzbudnika i sygnału wyjściowego zespołów prądotwórczych – w ten sposób można osiągnąć ich maksymalną sprawność.