Индукционная печь представляет собой электрическую печь , в которой тепло применяется индукционного нагрева из металла . [1] [2] [3] Производительность индукционных печей варьируется от менее одного килограмма до ста тонн, и они используются для плавки чугуна и стали , меди , алюминия и драгоценных металлов .
Преимущество индукционной печи - это чистый, энергоэффективный и хорошо контролируемый процесс плавления по сравнению с большинством других способов плавления металлов.
Большинство современных литейных заводов используют этот тип печи, и теперь все больше чугунолитейных заводов заменяют вагранки индукционными печами для плавления чугуна , поскольку первые выделяют много пыли и других загрязняющих веществ . [4]
Поскольку не используется дуга или горение, температура материала не выше, чем требуется для его плавления; это может предотвратить потерю ценных легирующих элементов. [5]
Одним из основных недостатков использования индукционных печей в литейном производстве является недостаточная мощность рафинирования; шихтовые материалы должны быть чистыми от продуктов окисления и иметь известный состав, а некоторые легирующие элементы могут быть потеряны из-за окисления (и должны быть повторно добавлены в расплав).
Типы
В случае без сердечника металл [6] помещается в тигель, окруженный катушкой соленоида переменного тока с водяным охлаждением . Индукционная печь канального типа имеет петлю из расплавленного металла, которая образует одновитковую вторичную обмотку через железный сердечник. [7] [8]
Операция
Индукционная печь состоит из непроводящего тигля, содержащего шихту расплавляемого металла, окруженного катушкой из медной проволоки. По проводу протекает мощный переменный ток . Катушка создает быстро меняющееся магнитное поле , пронизывающее металл. Магнитное поле индуцирует вихревые токи , круговые электрические токи внутри металла за счет электромагнитной индукции . [9] Вихревые токи, протекающие через электрическое сопротивление массивного металла, нагревают его за счет джоулева нагрева . В ферромагнитных материалах, таких как железо , материал также может нагреваться за счет магнитного гистерезиса , изменения направления молекулярных магнитных диполей в металле. После плавления вихревые токи вызывают интенсивное перемешивание расплава, обеспечивая хорошее перемешивание.
Преимущество индукционного нагрева заключается в том, что тепло генерируется внутри самой загрузки печи, а не передается за счет горящего топлива или другого внешнего источника тепла, что может быть важно в тех случаях, когда загрязнение является проблемой.
Диапазон рабочих частот от полезной частоты (50 или 60 Гц ) до 400 кГц или выше, как правило , в зависимости от материала плавится, емкость (объем) печи и скорость плавления требуется. Как правило, чем меньше объем расплавов, тем выше частота использования печи; это происходит из-за глубины скин-слоя, которая является мерой расстояния, на которое переменный ток может проникнуть под поверхность проводника . При той же проводимости более высокие частоты имеют небольшую толщину скин-слоя, т.е. меньшее проникновение в расплав. Более низкие частоты могут вызвать перемешивание или турбулентность металла.
Предварительно нагретый чугун весом в одну тонну может расплавить холодную шихту до готовности к выпуску в течение часа. Электропитание варьируется от 10 кВт до 42 МВт с размером расплава от 20 кг до 65 тонн металла соответственно. [ необходима цитата ]
Работающая индукционная печь обычно издает гудение или вой (из-за колебаний магнитных сил и магнитострикции ), шаг которого может использоваться операторами, чтобы определить, правильно ли работает печь или на каком уровне мощности. [ необходима цитата ]
Огнеупорная футеровка
При литье используется одноразовая футеровка , в зависимости от состава сплава.
Смотрите также
- Электродуговая печь - для другого типа электропечи, используемой в более крупных литейных цехах и на мини-заводах по выплавке стали.
Рекомендации
- ^ Laughton, Массачусетс; Варн, Д. Ф. (2002). Справочник инженера-электрика, 16-е изд . Newnes. С. 17–19. ISBN 0080523544.
- ^ Кэмпбелл, Flake C. (2013). Производство металлов: понимание основ . ASM International. С. 63–65. ISBN 978-1627080187.
- ^ Бауччо, Майкл (1993). Справочник по металлам ASM, 3-е изд . Американское общество металлов. п. 50. ISBN 0871704781.
- ^ «Технические основы и применение индукционных печей» .
- ^ Филипп Ф. Оствальд, Хайро Муньос, Производственные процессы и системы (9-е издание), John Wiley & Sons, 1997 ISBN 978-0-471-04741-4 стр. 48
- ^ Робьетт, AG (1935). "V: индукционные печи без сердечника". Электроплавка . Чарльз Гриффин и компания, стр. 153–252.
- ^ Robiette 1935 "Глава IV: Тип канала или 'Low Frequency' Индукционные печи", стр 153-252.
- ^ Индукционный и диэлектрический нагрев . Серия «Электричество и производительность», №6. Британская ассоциация развития электротехники. 1962. С. 8–9.
- ^ Бхаттачарья, СК (2009). Основы силовой электроники . Vikas Publishing House Pvt. С. 142–143. ISBN 978-8125918530.
дальнейшее чтение
- Браун, Джон (2000). Справочник Foseco Ferrous Foundryman's Handbook (11-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0750642842.
Внешние ссылки
- «Как индукционные печи делают его горячим для оси» , Popular Science , ноябрь 1943 г. Подробная статья об основах с многочисленными иллюстрациями