Индукционная печь
Электропечь с индукционным нагревом

Индукционная печь — это электрическая печь, в которой тепло подается путем индукционного нагрева металла . [1] [2] [3] Мощность индукционных печей варьируется от менее одного килограмма до ста тонн, и они используются для плавки железа и стали , меди , алюминия и драгоценных металлов .

Преимуществом индукционной печи является чистый, энергоэффективный и хорошо контролируемый процесс плавки по сравнению с большинством других способов плавки металлов.

Большинство современных литейных заводов используют этот тип печей, и многие чугунолитейные заводы заменяют вагранки индукционными печами для плавки чугуна , поскольку первые выбрасывают много пыли и других загрязняющих веществ . [4]

Индукционные печи не требуют дуги, как в электродуговой печи , или горения, как в доменной печи . В результате температура шихты (материала, поступающего в печь для нагрева, не путать с электрической шихтой ) не превышает требуемой для ее расплавления; это позволяет предотвратить потерю ценных легирующих элементов. [5]

Одним из основных недостатков использования индукционных печей в литейном производстве является отсутствие возможности рафинирования: шихтовые материалы должны быть свободны от оксидов и иметь известный состав, а некоторые легирующие элементы могут быть потеряны из-за окисления, поэтому их необходимо повторно добавлять в расплав.

Типы

В тигельном типе [6] металл помещается в тигель, окруженный охлаждаемой водой соленоидной катушкой переменного тока . Индукционная печь канального типа имеет петлю расплавленного металла, которая образует одновитковую вторичную обмотку через железный сердечник. [7] [8]

Операция

1 - Расплав
2 - водоохлаждаемая катушка
3 - ярма
4 - тигель

Индукционная печь состоит из непроводящего тигля, в котором находится шихта металла, подлежащего плавлению, окруженного катушкой из медной проволоки. По проволоке течет мощный переменный ток . Катушка создает быстро меняющееся магнитное поле , которое проникает в металл. Магнитное поле индуцирует вихревые токи , круговые электрические токи, внутри металла посредством электромагнитной индукции . [9] Вихревые токи, протекающие через электрическое сопротивление основного металла, нагревают его за счет джоулева нагрева . В ферромагнитных материалах, таких как железо , материал также может нагреваться за счет магнитного гистерезиса , обращения молекулярных магнитных диполей в металле. После расплавления вихревые токи вызывают энергичное перемешивание расплава, обеспечивая хорошее смешивание.

Преимущество индукционного нагрева заключается в том, что тепло генерируется внутри самой загрузки печи, а не подводится с помощью горящего топлива или другого внешнего источника тепла, что может быть важно в случаях, когда загрязнение является проблемой.

Рабочие частоты варьируются от частоты сети (50 или 60 Гц ) до 400 кГц или выше, обычно в зависимости от расплавляемого материала, мощности (объема) печи и требуемой скорости плавления. Как правило, чем меньше объем расплавов, тем выше частота используемой печи; это связано с глубиной скин-слоя , которая является мерой расстояния, на которое переменный ток может проникнуть под поверхность проводника . При той же проводимости более высокие частоты имеют малую глубину скин-слоя, то есть меньшее проникновение в расплав. Более низкие частоты могут вызывать перемешивание или турбулентность в металле.

Предварительно нагретая однотонная плавильная печь может расплавить холодную загрузку до готовности к выпуску в течение часа. Диапазон мощности источников питания составляет от 10 кВт до 42 МВт, с размерами расплава от 20 кг до 65 тонн металла соответственно. [ необходима цитата ]

Работающая индукционная печь обычно издает гул или свист (из-за флуктуирующих магнитных сил и магнитострикции ), высота тона которого может использоваться операторами для определения того, правильно ли работает печь или на каком уровне мощности. [ необходима цитата ]

Огнеупорная футеровка

В процессе литья используется одноразовая огнеупорная футеровка.

Смотрите также

  • Электродуговая печь — для другого типа электропечи, используемой на крупных литейных заводах и мини-сталеплавильных предприятиях.

Ссылки

  1. ^ Laughton, MA; Warne, DF (2002). Справочник инженера-электрика, 16-е изд. Newnes. стр. 17–19. ISBN 0080523544.
  2. ^ Кэмпбелл, Флэйк К. (2013). Изготовление металлов: понимание основ. ASM International. С. 63–65. ISBN 978-1627080187.
  3. ^ Бауччио, Майкл (1993). Справочник по металлам ASM, 3-е изд. Американское общество металлов. стр. 50. ISBN 0871704781.
  4. ^ «Технические основы и применение индукционных печей».
  5. ^ Филлип Ф. Оствальд, Хайро Муньос, Производственные процессы и системы (9-е издание), John Wiley & Sons, 1997 ISBN 978-0-471-04741-4 стр. 48 
  6. ^ Робиетт, АГ (1935). "V: Тигельные индукционные печи". Практика электроплавки . Charles Griffin & Co. стр. 153–252.
  7. ^ Робиетт 1935 «Глава IV: Канальные или «низкочастотные» индукционные печи», стр. 153–252
  8. ^ Индукционный и диэлектрический нагрев . Серия «Электричество и производительность», № 6. Британская ассоциация развития электротехники. 1962. С. 8–9.
  9. ^ Бхаттачарья, SK (2009). Основы силовой электроники. Vikas Publishing House Pvt. стр. 142–143. ISBN 978-8125918530.

Дальнейшее чтение

  • Браун, Джон (2000). Справочник литейщика черных металлов Foseco (11-е изд.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750642842.
  • «Как индукционные печи нагревают воздух для стран Оси», Popular Science , ноябрь 1943 г. Подробная статья об основах с многочисленными иллюстрациями.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Индукционная_печь&oldid=1231925131"