Индукционные тигельные печи реферат

Обновлено: 04.07.2024

Индукционный нагрев — нагрев тел в электромагнитном поле за счёт теплового действия вихревых электрических токов, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нём благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведённым током. Индуцированными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева тел или плавки тех или иных материалов. Индукционная печь — часть индукционной установки, включающая в себя индуктор, каркас, камеру для нагрева или плавки, вакуумную систему, механизмы наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве и др. Индукционная тигельная печь (ИТП), которую иначе называют индукционной печью без сердечника, представляет собой плавильный тигель, обычно цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещённый в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта загружается в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

Достоинства тигельных плавильных печей:
1. Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;
2. Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;
3. Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;
4. Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;
5. Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;
6. Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;
7. Высокая гигиеничность процесса плавка и малое загрязнение воздуха.

К недостаткам тигельных печей относятся относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Шлак в ИТП разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже, а так же сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких температурах расплава и наличие теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла). Однако преимущества ИТП перед другими плавильными агрегатами значительны, и они нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности.
В зависимости от того, идёт ли процесс плавки на воздухе или в защитной атмосфере, различают печи:

  • открытые (плавка на воздухе),
  • вакуумные (плавка в вакууме),
  • компрессорные (плавка под избыточным давлением).

По организации процесса во времени:

  • периодического действия
  • полунепрерывного действия
  • непрерывного действия

По конструкции плавильного тигля:

  • с керамическим (футерованным) тиглем,
  • с проводящим металлическим тиглем,
  • с проводящим графитовым тиглем,
  • с холодным (водоохлаждаемым) металлическим тиглем.

Футеровка индукционной тигельной печи


В настоящее время в практике изготовления ИТП используют следующие методы:
1. Набивку по шаблону непосредственно в печи, когда сваренный из листовой стали шаблон по форме внутренней поверхности тигля устанавливают на подине точно на оси печи, порошкообразные огнеупорные массы засыпают в зазор между индуктором и шаблоном, и послойно трамбуют пневматической или электрической трамбовкой.
2. Изготовление футеровки внепечным методом: тигли прессуют, трамбуют или формуют в специальных разборных пресс-формах, затем тигли устанавливают в индуктор печи и засыпают боковое пространство порошкообразным огнеупорным материалом, что предупреждает прорыв жидкого металла к индуктору через сквозные трещины, которые могут образоваться в предварительно обожженных тиглях. Смену футеровки при таком методе можно осуществить быстрее, что сокращает время простоя печи.
3. Выполнение футеровки из фасонных огнеупорных изделий. Толщина изделий (кольца, блоки, секционные шпунтовые изделия, стандартные кирпичи клиновидной формы) должна быть такой, чтобы при кладке не образовалось пространство (кольцевой зазор) размером 25—30 мм между наружной стенкой кладки и витками индуктора для создания буферного слоя из порошкообразных материалов.
4. Прослойную наварку футеровки путем торкретирования или плазменным напылением контактных рабочих слоев на изготовленную любым методом футеровку. Метод напыления позволяет выполнить химически чистую и высокоогнеупорную контактную поверхность футеровки, в соответствии с требованиями в выплавляемым сплавам. Для ИТП применяют кислую, основную и нейтральную футеровку, состав которых очень разнообразен. Это позволяет для данного технологического процесса плавки подобрать соответствующие футеровочные материалы, рецептуру огнеупорных масс и технологию изготовления в соответствии с ранее перечисленными требованиями. Кислую футеровку изготовляют из кремнезёмистых огнеупорных материалов (кварцевого песка, кварцита, молотого динасового кирпича) с содержанием окиси кремния не менее 93—98 %. В качестве связующего (упрочняющего) материала применяют сульфитно-целлюлозный экстракт, а в качестве минерализатора добавляют 1—1,5 % раствор борной кислоты. Зерновой состав огнеупорной массы: 5 % зёрен 3—2 мм, 50 % зёрен 2—0,5 мм, 45 % зёрен [1] огнеупоров, электрокорунда, двуокиси циркония и циркона (ортосиликат циркония ZrSiO4). Возможно также изготовление тиглей нейтрального состава из некоторых тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов, сульфидов), которые могут быть перспективными для плавки небольших количеств химически чистых тугоплавких металлов в вакууме и в восстановительных или нейтральных средах. Плавку в тиглях большой ёмкости, которая бы оправдала применение таких дорогостоящих футеровочных материалов, пока не применяют.

Крышка печи, служащая для уменьшения тепловых потерь излучением, выполняется из конструкционной стали [2] и футеруется изнутри. Открывание крышки осуществляется вручную или с помощью системы рычагов (на малых печах), либо с помощью специального привода (гидро- или электромеханического).

Подина печи, служащая основанием, на которое устанавливают тигель, обычно выполняется из шамотных кирпичей или блоков (для больших печей) или из асбоцементных [3] плит, уложенных одна на другую (для малых печей небольшой ёмкости).

Индуктор печи

Индуктор является основным элементом печи, предназначенным для создания электромагнитного поля, индуцирующего ток в загрузке. Кроме своего основного назначения, он также должен выполнять функцию важного конструктивного элемента, воспринимающего механическую и тепловую нагрузку со стороны плавильного тигля и во многом определяющего надёжность работы печи в целом.
На индуктор действуют значительные радиальные электродинамические усилия:

  • витки подвержены вибрациям, которые могут привести к разрушению изоляции индуктора;
  • распределяющая в процессе нагрева футеровка тигля создаёт значительные осевые усилия, стремящиеся сместить витки индуктора в осевом направлении;
  • механические изгибающие усилия, возникающие при наклоне печи могут также привести к деформации витков индуктора.


Кроме того, охлаждение индуктора должно обеспечивать отвод тепла, вызываемого электрическими потерями, а электрическая изоляция витков индуктора должна исключать возможность электрического пробоя, приводящего к прожогу трубки индуктора и к возникновению аварийной ситуации.
Таким образом, индуктор ИТП должен обеспечивать:

  • В общем случае — для индукционной печи любого типа:
    • минимальные электрические потери,
    • требуемый расход охлаждающей воды,
    • необходимую механическую прочность и достаточную жёсткость,
    • надёжную электроизоляцию витков.
    • Концентрацию электромагнитного поля в малом объёме


    Эти требования удовлетворяются в ИТП следующим образом. Обычно индуктор представляет собой цилиндрическую однослойную катушку (соленоид), витки которой уложены в виде спирали (спиральный индуктор) с постоянным углом наклона, определяемым шагом набивки, или катушку, все витки которой располагаются в горизонтальных плоскостях, а переходы между соседними витками осуществляются короткими наклонными участками, — такой индуктор называют индуктором с транспозицией витков. Достоинство — простота набивки (на барабан, укладывая виток к витку), однако торцевые плоскости витков индуктора при этом не горизонтальны, что затрудняет осевую стяжку индуктора. Изготовление индуктора с транспозицией сложнее, т. к. требуются специальные приспособления для выполнения транспозиции, однако торцы индуктора при этом оказываются лежащими в горизонтальных плоскостях, что облегчает стяжку витков индуктора с помощью торцевых плит, натяжных колец и др. Ввиду больших токовых нагрузок индуктор ИТП практически всегда выполняют с водяным охлаждением.
    Для обеспечения минимальных электрических потерь в индукторе необходимо соблюдение следующих условий:

    • материал индуктора должен обладать малым удельным сопротивлением;
    • материал индуктора должен быть немагнитным;
    • толщина индуктирующего витка, обращенная к расплаву должна быть не менее 1,57∆.

    Для обеспечения жесткости и механической прочности индуктора применяются следующие способы крепления его витков:

    • с помощью шпилек, выполняемых обычно из латуни, и припаянных или приваренных к наружной стороне индуктора; каждый его виток крепится к вертикальным изоляционным стойкам, выполненным из текстолита, асбоцемента или твердых пород дерева;
    • с помощью верхнего и нижнего прижимных колец или фланцев все витки индуктора вместе стягиваются в осевом направлении продольными стяжками, а радиальная фиксация витков осуществляется вертикальными рейками, выполненными из изолирующего материала или пакетами магнитопроводов;
    • необходимая жёсткость может быть также обеспечена заливкой его в компаунд.

    Система водяного охлаждения индуктора предназначена для отвода активной мощности, теряемой в индукторе (Ри) и мощности тепловых потерь теплопроводностью от расплавленного металла через футеровку тигля (Рт.п.).
    Условия надёжности работы системы:
    1. механических примесей в охлаждающей воде должно быть не более 80 г/м³ и величина карбонатной (временной) жёсткости должна быть 7 г-экв/м³;
    2. температура отходящей (нагретой) воды должна быть такой, чтобы предотвратить образование накипи, обычно её принимают равной 35—40 °C, что соответствует температуре стенки индуктора 40—50 °C;
    3. температура индуктора не должна быть ниже температуры окружающего воздуха, так как иначе на индукторе будет конденсироваться влага из воздуха, что приведёт к пробою между витками;
    4. необходимый напор при входе в индуктор по условиям заводских водопроводных магистралей следует ограничить до 200 кПа. Если по расчёту этот напор превышает предел, то систему водоохлаждения приходится разбивать на секции и все секции охлаждения индуктора присоединять к охлаждающей магистрали параллельно;
    5. скорость течения охлаждающей воды должна быть определённой: не менее 0,5 м/с для создания турбулентного движения воды, предотвращающего осаждение на стенках трубки индуктора механических примесей и выпадающих из воды солей (вследствие уменьшения их растворимости при нагреве воды), и не более 1,5 м/с, чтобы не увеличить потери давления сверх допустимого значения.

    Каркас индукционной тигельной печи

    Магнитопроводы и экраны индукционной тигельной печи

    На практике применяются три способа уменьшения потерь в каркасе печи от полей рассеяния:
    1. удаление металлических элементов каркаса на достаточное расстояние от индуктора с устранением замкнутых контуров тока в каркасе;
    2. применение пакетов магнитопроводов, устанавливаемых между индуктором и каркасом, выполненных из листовой электротехнической стали толщиной 0,2; 0,35 или 0,5 мм;
    3. применение магнитных экранов в виде сравнительно тонких медных или алюминиевых листов, располагающихся непосредственно у внутренней поверхности кожуха.
    Поскольку металлический корпус образует замкнутый контур вокруг индуктора, то применение экранов в этом случае оказывается неизбежным. Как правило, в промышленных печах используют магнитные экраны (магнитопроводы). Магнитопроводы, кроме своего основного назначения (проведение внешнего магнитного потока внутри каркаса), выполняют функцию конструктивного элемента, обеспечивающего жесткость индуктора и печи в целом. Это достигается благодаря тому, что фиксацию и радиальную стяжку индуктора осуществляют пакетами магнитопроводов, прижимаемых к индуктору специальными нажимными болтами, смонтированными в корпус печи. Усилие нажатия может регулироваться. Фиксация индуктора в осевом направлении может осуществляться с помощью кронштейнов, приваренных к боковым щекам магнитопроводов (к верхним скобам) и шпилек, притягивающих пакеты магнитопроводов к днищу печи. Благодаря такому конструктивному решению, все усилия, возникающие при работе печи, и воспринимаемые индуктором, передаются через магнитопроводы на корпус и днище, что позволяет разгрузить футеровку и повысить её стойкость и надежность печи в целом.

    Контактное устройство индукционной тигельной печи

    Электрооборудование включает в себя:

    • печь,
    • комплект измерительных приборов с трансформаторами, повышенной или высокой частоты,
    • коммутационную и защитную аппаратуру,
    • конденсаторную батарею, ёмкость которой можно менять.

    Электрооборудование и измерительные приборы в случае повышенной и высокой частоты должно иметь специальное исполнение, допускающее использование специальной аппаратуры в зоне повышенных частот.


    Переключатель S позволяет изменять в процессе плавки коэффициент связи индуктора и садки. Такое изменение необходимо в связи с тем, что активное сопротивление шихты различно в различные моменты процесса. Контакторы К1, К2, К3 позволяют изменять в процессе плавки ёмкость компенсирующей конденсаторной батареи и поддерживать cos.=1 в цепи индуктора. Это приходится делать, потому что во время плавки также изменяется и индуктивное сопротивление садки, так как изменяется магнитная проницаемость, величины вихревых токов и т. д.

    Механизм наклона индукционной тигельной печи

    Механизм наклона печи предназначен для слива металла и является одним из важных узлов конструкции любой тигельной плавильной печи. Для уменьшения длины струи металла и для того, чтобы не перемещать разливочный ковш в соответствии с перемещением носка печи (как, например, при эксплуатации дуговых сталеплавильных печей), ось наклона ИТП помещают вблизи носка. Для наклона печей малой ёмкости (60 и 160 кг) используют тельфер печного пролёта, предназначенный для загрузки шихты в тигель. Для наклона печи крюк тельфера сцепляют с серьгой, укреплённой на каркасе печи. При вращении барабана тельфера крюк поворачивает печь на требуемый угол (порядка 95—100°). Основной частью гидравлического механизма наклона печи являются рабочие цилиндры одностороннего действия, установленные по одному с каждой стороны печи. Плунжеры цилиндров, шарнирно связанные с корпусом печи, давлением рабочей жидкости (обычно масла) перемещаются вверх и наклоняют печь. Цилиндры устанавливают на шарнирах, позволяющих цилиндрам в процессе наклона печи поворачиваться в соответствии с дугой, описываемой головкой плунжера. Печь опускается под действием собственного веса, когда в цилиндрах снимают давление рабочей жидкости. Если печь должна наклоняться в обе стороны (когда она выполняет роль обогреваемого копильника-миксера), гидравлический механизм наклона снабжён двумя парами рабочих цилиндров, каждая из которых наклоняет печь в одну сторону, причём осью поворота печи служат цапфы плунжеров второй пары цилиндров. Гидравлический механизм наклона прост по конструкции, обеспечивает плавный поворот, но для его работы необходимо иметь гидравлическую напорную установку. Недостатком этого механизма наклона следует также считать необходимость довольно значительного пространства под печью для установки гидравлических (рабочих) цилиндров, что в некоторых случаях исключает его применение.

    Механизм подъёма и поворота свода

    Обычно применяют простые рычажные или кулачковые механизмы подъёма, позволяющие легко приподнимать крышку на 1—2 см, после чего её отводят в сторону поворота кронштейна, на котором она висит. Можно поднимать крышку небольшим гидравлическим цилиндром. Наиболее часто таким образом поднимают герметичные крышки вакуумных индукционных печей.


    В промышленной сфере используется различное оборудование, особенно если предприятие занимается металлургической или производственной деятельностью. Тогда для обработки металлов, администрация предприятия покупает вакуумные тигельные печи, чтобы превращать твёрдые металлы в жидкость, а затем изготавливать предметы, регулярно используемые в быту.

    Что такое индукционная тигельная печь

    Тигельная индукционная печь – промышленное устройство, предназначающееся для термической обработки металлов (нагревания, плавления, отжига, закалки и пр.). Конструкция работает, благодаря потреблению электроэнергии, из-за чего является экономичной и простой в эксплуатации.

    Благодаря тигельной печи изготавливают:

    • Слитки золота, серебра.
    • Железную посуду.
    • Проволоку, запчасти для автомобилей и пр.

    Нагревание расплавляемого материала происходит под влиянием переменного электрополя, имеющегося внутри рабочей барокамеры в запущенной тигельной печи. Однако эта печь ещё и индукционная, поэтому под воздействием индукционных токов, она превращает электрополе в тепловую энергию.

    Как выглядит тигельная индукционная печь

    Среди всех известных печей плавления, тигельная индукционная самая популярная. Её конструктивной особенностью, является отсутствие сердечника, а корпус исполнен в цилиндрической форме из огнеупорного материала. Внутри индуктора расположен тигель, к которому подключается переменный ток.

    Преимущества тигельных печей:

    • При индукции и плавлении отсутствуют выбросы в окружающую среду, чем обеспечивается экологичность устройства.
    • Дополнительных нагревательных ТЭНов не требуется, поскольку энергия начинает выделяться при загрузке устройства материалами.
    • Методом индукции можно добиться быстрого возрастания температуры, что ускоряет рабочий процесс.
    • Температура равномерно распространяется по камере и выравнивается по объёму ванной, чтобы создать однородный многокомпонентный сплав высокого качества.
    • Устройство простое в применении.
    • Тигельная печь, работающая на индукционных токах, может работать в автоматизированном режиме или вручную. Специалисты могут вносить коррективы во время плавления.
    • Удельная мощность повышает производительность установки.

    Также конструкция позволяет создавать реакции окисления и восстановления, независимо от величины давления. К недостаткам устройства относится малая футеровочная стойкость при низких температурных скачках и низкая температура шлаков, используемых для работы с расплавом. Однако множество промышленных предприятий нашли способы, как устранить эти недостатки и активно применяют метод индукции при плавке металлов различной плотности.

    Разновидности тигельных печей

    Сегодня разработаны и используются различные модели индукционных тигельных печей. Каждая из них имеет собственные особенности, поэтому установки плавильных печей были классифицированы по:

    • Объёму, вмещающегося внутрь сырья.
    • Типу тигля.
    • Частоте питающего тока.
    • Характеру рабочей атмосферы.
    • Конструктивным особенностям.

    Тигель, является резервуаром для размещения шихты . Его изготавливают в 2-х вариантах, в зависимости от электропроводящих свойств материала (из которого исполнили тигель индукционной печи):

    Конструкции, относящиеся к 1 типу, объединяют электропроводимые материалы (графит, легированную сталь) с тиглем. Они оснащаются дополнительной теплоизоляцией. Непроводящие устройства изготовлены из керамики диэлектрического типа. Размещённые внутрь барокамеры материалы накаляются, путём индуктированного тигельного тока.

    Схема тигельной индукционной печи

    Отталкиваясь от конструктивных особенностей, различают:

    • Экранированные.
    • Закрытые.
    • Открытые.

    Принцип их работы идентичен, однако имеются небольшие отличия в способе проведения внетигельного потока.

    По рабочей атмосфере индукционные тигельные печки делят на:

    В отличие от вакуумных печей, открытые работают в атмосфере. В первом случае переработанные металлы выходят с минимальной концентрацией вредных примесей и ненужных газов.

    Частотность питающего тока – один из важнейших критерий мощности устройства, поэтому, в зависимости от требуемого рабочего объёма тигельные печи (работающие методом индукции) изготавливают с различным питанием:

    • Электрические (до 50Гц).
    • Статистических частотных умножителей (до 250 Гц).
    • Ламповых генераторов (высокочастотные).

    Сегодня, производители тигельных печей выпускают конструкции, имеющие емкость от 100 гр. -120 т. наиболее популярной установкой стала, обладающая объёмом 140 дм 3 и функционирующая на промышленных и повышенных частотах.

    Нормы и технические параметры индукционных тигельных печей

    Технические параметры и нормативы, разработаны для каждой модели индукционных тигельных печей отдельно, но они схожи в некоторых параметрах. Рассмотрим более подробно на примере тигельной индукционной печи, модели ИЧТ-1/0,4 С2.

    Данная конструкция разработана для переплавки чугунного материала. Тигельная индукционная печь изготовлена в соответствии с ГОСТом 15150-69, и предназначается для эксплуатации в таких условиях:

    • Удары и вибрации вблизи установки должны отсутствовать.
    • Нельзя использовать установку над уровнем моря, свыше 1000 м.
    • Запрещается использование конструкции на промышленных предприятиях с концентрированными показателями пыли и паров (ГОСТ 2.1.005-88).
    • Допускается применение конструкции при температуре окружающей среды +5 °С-(+40 °С).
    • (Во избежание росы) не следует использовать воду для охлаждения более, чем на 15 °С ниже окружающей среды.
    • В охлаждаемой жидкости должны отсутствовать примеси, создающие осадок.
    • Рекомендуемая температура охлаждающей воды — +5 °С-(+25 °С).

    Данная индукционная печь соответствует нормативам пожарной безопасности, однако установку следует помещать исключительно в закрытые невзрывоопасные помещения, лишённые не агрессивных газообразных сфер и примесей, способных повредить металлы и изоляцию.

    Слив расплава с тигельной печи, исполненной в соответствии с нормативами

    Технические характеристики индукционной плавильной печи:

    Важно! Данные характеристики, являются номинальными, но при оценке эффективности следует учитывать технологические особенности плавления, время (выделенное на расплавление), разновидность шихты, вариант загрузки и другие факторы, способные повлиять на производительность электропечи.

    Принцип работы индукционной тигельной печи и конструктивные особенности модели ИЧТ–1/0,4 С2

    Электропечь индукционно-тигельного типа, является аналогом трансформатора, поскольку работает по аналогичному принципу. Дополнительные сходства у устройств, работающих методом индукции и трансформаторов – наличие:

    • Индуктора-катушки, охлаждаемого водой.
    • Второстепенной обмотки (она же нагрузка, представляющая собой расположенное внутри тигельной камеры сырьё).

    Устройство расправляет металлическое сырьё, благодаря токам, возникающим внутри камеры из-за магнито-электрического поля, образуемого индуктором. Также появляется электродинамическая сила, создающая перемещение, температурную равномерность и однородность, получаемого в итоге сырья.

    Локализация функционирующих комплектующих внутри тигельной индукционной печи.

    Согласно ГОСТу, в комплекте с электрической печью данной модели идёт дополнительное оборудование, требуемое для работы с конструкцией. Плавильная установка ИЧТ–1/0,4 С2, состоит из:

    • Плавильного узла.
    • Индуктора.
    • Опорной рамы.
    • Магнитопроводов.
    • Футерованного пояса-воротника.
    • Футеровки подины.
    • Тигля.

    Узел располагается внутри корпуса конструкции и легко извлекается из электропечи за специальные проушины, при помощи крана.

    Опорная рама тигельной индукционной печи сконструирована:

    • Из верхней части, проворачивающейся 2-мя плунжерами.
    • Нижней, сохраняющей неподвижность.

    Основная часть конструкции – индуктор, исполненный в виде многовитковой, охлаждающейся жидкостью катушки. Она оснащена 2-мя секциями: функционирующей и холостой. Последняя применяется для охлаждения тигля. Чтобы защитить конструкцию от негативных влияний, с наружной части индуктора располагаются магнитопровода, выполненные из трансформаторной стали.

    Главное, что тигельные печи проверяются на качество ещё до поступления в продажу. Тогда лаборатории испытывают 1 устройство из партии и, если оно соответствует всем параметрам ГОСТа, всю серию отпускают в магазины промышленного оборудования. Следовательно, приобрести некачественное устройство, практически невозможно.

    ВВЕДЕНИЕ 3
    1. Индукционный нагрев 5
    1.2 Принцип индукционного нагрева 6
    2. Описание метода. 8
    3. Применение: 10
    4. Преимущества. 10
    5. Установки индукционного нагрева 11
    6. Недостатки 14
    7. Замечания. 16
    8. Вывод 17
    ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18
    ЛИТЕРАТУРА 21

    Индукционный нагрев может быть использован для нагрева практически любых материалов: сплавов металлов, проводников, диэлектриков, шлаков, газов и т.д. Его применение позволяет осуществить передачу теплоты нагреваемому объекту без непосредственного контакта и обеспечить практически любые скорости нагрева при минимальных тепловых потерях в окружающую среду. Максимальный же уровень создаваемых температур при индукционном нагреве определяется в основном только стойкостью применяемых огнеупорных материалов. Отсутствие необходимости непосредственного контакта между электрической цепью и нагреваемым материалом позволяет осуществлять нагрев в вакууме или защитной атмосфере. В то же время, наличие относительно холодных шлаков, затрудняющих проведение рафинировочных процессов, сложное и дорогое электрооборудование, низкая стойкость футеровки при резких колебаниях температур между плавками, размывающее действие расплава при электродинамическом явлении перемешивания металла ограничивают сферу применения этого способа передачи энергии.
    В основе индукционного нагрева лежит трансформаторный принцип передачи энергии индукцией от первичной электрической цепи к вторичной. При этом электрическая энергия переменного тока подводится к первичной цепи индуктора, который представляет собой многовитковую катушку (соленоид), выполненную из медной профилированной вод охлаждаемой трубки. В результате вокруг него формируется переменное магнитное поле. Под его воздействием в нагреваемом теле, помещенном внутрь индуктора, как вторичной обмотке трансформатора, наводится электрическое поле, линии напряженности которого располагаются в плоскости перпендикулярной направлению линий магнитного потока индуктора и имеют вихревой характер.
    Под воздействием этого поля внутренние электрические заряды в расплавляемом теле приходят в движение, образуя вихревые токи. При этом энергия электрического поля необратимо переходит в тепловую в соответствии с законом Джоуля-Ленца.
    При использовании в качестве шихты ферромагнитных материалов их нагрев до достижения температуры точки Кюри (740…770оС) осуществляется не только за счет вихревых токов проводимости, но и за счет потерь энергии на перемагничивание. После превышения уровня этой температуры, нагреваемые проводники теряют свои магнитные свойства и работа индукционной печи становится аналогичной работе воздушного трансформатора (без сердечника).
    Следовательно, величина ЭДС индукции пропорциональна частоте изменения магнитного потока во времени, а также величине магнитного потока, т.е. числу силовых линий, сцепленных с витком. Тепловая мощность, выделяемая вихревыми токами в толще нагреваемого тела, зависит от частоты переменного поля. Для эффективной работы тигельных индукционных печей их питание осуществляют электрическими токами повышенной или высокой частоты, что достигается установкой специальных генераторов, вырабатывающих ток требуемой частоты. Их применение снижает общий КПД установки.
    Практически для индукционного нагрева используют следующие интервалы частот:
    а) при нагреве стальных деталей диаметром меньше 0,03 м – 200000 Гц и выше;
    б) при нагреве стальных изделий диаметром 0,03…0,15 м и толщине закаливаемого слоя свыше 2 мм – 1000…10000 Гц;
    в) при термической обработке деталей свыше 0,15 м при нагреве на большую глубину – 50 Гц;
    г) для питания плавильных печей используют 50…10000 Гц.
    При частоте до 10000 Гц применяют машинные генераторы, а свыше 10000 Гц – электронно-ламповые.
    Преимущества индукционного нагрева
    1) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело позволяет осуществить прямой нагрев проводниковых материалов. При этом повышается скорость нагрева по сравнению с установками косвенного действия, в которых изделие нагревается только с поверхности.
    2) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело не требует контактных устройств. Это удобно в условиях автоматизированного поточного производства, при использовании вакуумных и защитных средств.
    3) Благодаря явлению поверхностного эффекта максимальная мощность, выделяется в поверхностном слое нагреваемого изделия. Поэтому индукционный нагрев при закалке обеспечивает быстрый нагрев поверхностного слоя изделия. Это позволяет получить высокую твердость поверхности детали при относительно вязкой середине. Процесс поверхностной индукционной закалки быстрее и экономичнее других методов поверхностного упрочнения изделия.
    4) Индукционный нагрев в большинстве случаев позволяет повысить производительность и улучшить условия труда.
    ЛИТЕРАТУРА

    1. Основы теории теплогенерации: Учебник для вузов/ М.Д. Казяев, С.Н. Гущин; В.И. Лобанов и др. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1999. 285 с.
    2. Егоров А.В., Моржин В.Ф. Электрические печи (для производства сталей). М.: Металлургия, 1975. 352 с.
    3. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. Учебное пособие для вузов. М.: Энергия, 1967. 416 с.
    4. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Т.2. По ред. В.А. Кривандина. М.: Металлургия, 1986. 376 с.
    5. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. Л.: Энергия, 1965, 552 с.
    6. Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. М.: НТО ЧиЦМ, 1958, 704 с.
    7. Романов Д.И. Электроконтактный нагрев металлов 2-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение, 1981г. - 166 с.
    8. Алиферов А.И., Лупи С. Электроконтактный нагрев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004г. - 224 с.
    9. Хасин Г.А., Дианов А.И., Попов Т.П. - М.: Металлургия, 1984 г. – 284 с.
    10. Болотов А.В., Шепель Г.Л., Электро-технологические установки.- М. Машиностроение, 1980г. - 160 с.
    11. Мостовяк И.В. Цепи уравновешивания режимов трёхфазных систем с установками электроконтактного нагрева. - Киев. ИЭД, 1988 г. – 266 с.
    12. Болотин И.Б., Эйдель Л.З. Измерения в переходных режимах короткого замыкания. - Л.: Энергия, 1981г. – 192 с.

    Нет нужной работы в каталоге?


    Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

    Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

    Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

    Бесплатные доработки и консультации

    Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

    Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

    Техподдержка 7 дней в неделю

    Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

    Строгий отбор экспертов

    computer

    Требуются доработки?
    Они включены в стоимость работы


    Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

    ТИГЕЛЬНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ, ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ, ТИГЕЛЬ, ШИХТА.

    ознакомиться с тигельными индукционными печами;
    изучить устройство и принцип действия индукционных тигельных печей;

    1. Классификация индукционных установок………………………………. 6

    2. Индукционные тигельные печи: достоинства, недостатки,


    3. Принцип работы индукционной тигельной печи…………………….…..…12


    4. Конструкция основных элементов тигельных печей……………….….…14

    5. Технические характеристики индукционныхтигельных печей……. …20
    6. Электрооборудование и схемы питания индукционных тигельных печей………………………………………………. 23
    7. Эксплуатация индукционных тигельных печей и техника безопасности………………………………………………………………..27
    Заключение…………………………………………………………..29
    Список использованной литературы………………………. …….30

    В связи сбыстрым развитием автомобилестроения, самолетостроения и других новейших направлений машиностроения в гражданских и оборонных отраслях, значительно возросла выплавка сплавов цветных металлов. Мировая тенденция развития печных агрегатов для производства сплавов цветных металлов характеризуется следующими положениями:
    - печи на коксе практически не используются из-за высокого загрязнениясплавов, трудности получения отливок высокого качества, низкой экологичности и высокого энергопотребления;
    - сокращается использование пламенных отражательных печей ввиду повышения угара металла и насыщения его газами, особенно при использовании легковесной садки и существенного загрязнения продуктами сгорания топлива;
    - по сути прекратилось применение электродуговых печей также по причинебольшого угара металла, трудности регулирования химсостава и гомогенности сплава, а также из-за больших затрат энергии при теплосохранении расплава;
    - печи сопротивления используются только как теплосохраняющие и практически не применяются как плавильные агрегаты из-за низкой производительности;
    - быстро расширяется сфера применения индукционных печей: тигельных и канальных на промышленнойчастоте, тигельных плавильных на средней частоте и тигельных с укороченным индуктором для выдержки металла, - которые используются во всех видах выплавки цветных металлов, процессах теплосохранения и разливки.
    Тигельные печи средней частоты вытесняют индукционные печи промышленной частоты и применяются для скоростных плавок малыми партиями. Канальные индукционные печи промышленной частоты наиболееэффективны как теплосохраняющие и разливочные. Крупные канальные индукционные печи используются для выплавки и накопления отдельных марок цветного металла в ночное время, когда стоимость электроэнергии самая низкая, а в дневное время обеспечивается непрерывная разливка или литье в крупные формы.

    Читайте также: