Indukcijsko segrevanje, kaljenje in indukcijsko taljenje kovin

Najpopolnejši način ogrevanja je tisti, pri katerem se toplota ustvarja neposredno v segretem telesu. Ta način ogrevanja se zelo dobro izvede s prepuščanjem električnega toka skozi telo. Vendar neposredna - vključitev ogrevanega telesa v električni tokokrog ni vedno mogoča iz tehničnih in praktičnih razlogov.

V teh primerih lahko popoln način ogrevanja izvedemo z indukcijskim ogrevanjem, kjer se toplota ustvarja tudi v samem ogrevanem telesu, kar odpravlja nepotrebno, običajno veliko, porabo energije v stenah peči ali v drugih grelnih telesih. Zato je kljub relativno nizki učinkovitosti ustvarjanja tokov povečane in visoke frekvence skupna učinkovitost indukcijskega ogrevanja pogosto višja od z drugimi načini ogrevanja.

Indukcijska metoda omogoča tudi hitro segrevanje nekovinskih teles enakomerno po vsej debelini.Slaba toplotna prevodnost takih teles izključuje možnost hitrega segrevanja njihovih notranjih plasti na običajen način, to je z dovajanjem toplote od zunaj. Pri indukcijski metodi se toplota enako ustvarja tako v zunanjih kot v notranjih plasteh, pri čemer lahko obstaja celo nevarnost pregrevanja slednjih, če ni izvedena potrebna toplotna izolacija zunanjih plasti.

Posebno dragocena lastnost indukcijskega ogrevanja je možnost zelo visoke koncentracije energije v segretem telesu, ki jo je mogoče enostavno dozirati. Samo električni lok lahko dobimo enak vrstni red energijske gostote, vendar je to metodo ogrevanja težko nadzorovati.

Značilnosti in znane prednosti indukcijskega ogrevanja so ustvarile široke možnosti za njegovo uporabo v številnih panogah. Poleg tega vam omogoča ustvarjanje novih vrst struktur, ki sploh niso izvedljive za običajne metode toplotne obdelave.

Fizični proces

V indukcijskih pečeh in napravah se toplota v električno prevodnem segretem telesu sprošča s tokovi, ki jih v njem inducira izmenično elektromagnetno polje. Na ta način tukaj poteka neposredno ogrevanje.

Indukcijsko segrevanje kovin temelji na dveh fizikalnih zakonih: Faraday-Maxwellov zakon elektromagnetne indukcije in Joule-Lenzov zakon. Postavljena so kovinska telesa (obdelki, deli itd.). izmenično magnetno polje, ki v njih sproži vrtinec električno polje… EMF indukcije je določen s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka. Pod delovanjem indukcijskega EMF v telesih tečejo vrtinčni tokovi (zaprti v telesih), pri čemer se sprošča toplota. po Joule-Lenzovem zakonu… Ta EMF nastane v kovini izmenični tok, toplotna energija, ki jo sproščajo ti tokovi, povzroči segrevanje kovine. Indukcijsko ogrevanje je direktno in brezkontaktno. Omogoča doseganje temperature, ki zadostuje za taljenje najbolj ognjevzdržnih kovin in zlitin.

Intenzivno indukcijsko segrevanje je možno le v elektromagnetnih poljih visoke intenzitete in frekvence, ki jih ustvarjajo posebne naprave - induktorji. Induktorji se napajajo iz omrežja 50 Hz (industrijske frekvenčne instalacije) ali ločenih virov energije - srednje- in visokofrekvenčnih generatorjev in pretvornikov.

Najenostavnejši induktor nizkofrekvenčnih indirektnih indukcijskih grelnih naprav je izolirana žica (podaljšana ali navita), nameščena v kovinsko cev ali na njeno površino. Ko tok teče skozi induktorsko žico v cevi, se ta segreje vrtinčni tokovi… Toplota iz cevi (lahko tudi lonček, posoda) se prenaša na segreti medij (voda, ki teče skozi cev, zrak itd.).

Indukcijsko segrevanje in kaljenje kovin

Najpogosteje uporabljeno neposredno indukcijsko segrevanje kovin pri srednjih in visokih frekvencah. Za to se uporabljajo induktorji s posebnim dizajnom. Induktor oddaja elektromagnetno valovanje, ki pade na razgreto telo in v njem umre. Energija absorbiranega valovanja se v telesu pretvori v toploto. Grelni koeficient je tem večji, čim bližje je oblika oddanega elektromagnetnega valovanja (ploščato, valjasto itd.) obliki telesa. Zato se ploščati induktorji uporabljajo za ogrevanje ploščatih teles, cilindrični (solenoidni) induktorji se uporabljajo za cilindrične obdelovance.V splošnem primeru imajo lahko zapleteno obliko zaradi potrebe po koncentraciji elektromagnetne energije v želeni smeri.

Značilnost indukcijskega vnosa energije je možnost regulacije prostorske razporeditve pretočnega območja vrtinčni tokovi.

Najprej vrtinčni tokovi tečejo v območju, ki ga pokriva induktor. Segreje se samo tisti del telesa, ki je v magnetnem stiku z induktorjem, ne glede na celotno velikost telesa.

Drugič, globina območja kroženja vrtinčnega toka in s tem območja sproščanja energije sta med drugim odvisna od frekvence induktorskega toka (narašča pri nizkih frekvencah in pada z naraščajočo frekvenco).

Učinkovitost prenosa energije od induktorja do ogrevanega toka je odvisna od velikosti reže med njimi in se povečuje, ko se zmanjšuje.

Indukcijsko ogrevanje se uporablja za površinsko kaljenje jeklenih izdelkov, s segrevanjem za plastično deformacijo (kovanje, vtiskovanje, stiskanje itd.), taljenje kovin, toplotno obdelavo (žarjenje, popuščanje, normaliziranje, kaljenje), varjenje, plastenje, spajkanje kovin.

Indirektno indukcijsko ogrevanje se uporablja za ogrevanje procesne opreme (cevovodov, posod itd.), ogrevanje tekočih medijev, sušenje premazov, materialov (na primer lesa). Najpomembnejši parameter naprav za indukcijsko ogrevanje je frekvenca. Za vsak proces (površinsko utrjevanje, s segrevanjem) obstaja optimalno frekvenčno območje, ki zagotavlja najboljše tehnološke in ekonomske kazalce. Za indukcijsko ogrevanje se uporabljajo frekvence od 50 Hz do 5 MHz.

Prednosti indukcijskega ogrevanja

1) Prenos električne energije neposredno v segreto telo omogoča neposredno segrevanje prevodnih materialov. V tem primeru je stopnja segrevanja povečana v primerjavi z napravami s posrednim delovanjem, kjer se izdelek segreje samo s površine.

2) Prenos električne energije neposredno v segreto telo ne zahteva kontaktnih naprav. Primeren je v pogojih avtomatizirane proizvodne proizvodnje, ko se uporabljajo vakuum in zaščitna sredstva.

3) Zaradi pojava površinskega učinka se največja moč sprosti v površinski plasti segretega izdelka. Zato indukcijsko segrevanje med hlajenjem zagotavlja hitro segrevanje površinske plasti izdelka. To omogoča pridobitev visoke površinske trdote dela z relativno viskoznim medijem. Indukcijsko površinsko kaljenje je hitrejše in bolj ekonomično kot druge metode površinskega kaljenja.

4) Indukcijsko ogrevanje v večini primerov izboljša produktivnost in izboljša delovne pogoje.

Indukcijska talilna peč

Indukcijsko peč ali napravo si lahko predstavljamo kot vrsto transformatorja, v katerem je primarna tuljava (induktor) povezana z virom izmeničnega toka, segreto telo pa samo služi kot sekundarna tuljava.

Za delovni proces indukcijskih talilnih peči je značilno elektrodinamično in toplotno gibanje tekoče kovine v kopeli ali lončku, kar prispeva k pridobivanju kovine z enako sestavo in enakomerno temperaturo po vsej prostornini, pa tudi nizke kovinske odpadke (nekajkrat manj). nekoliko kot v obločnih pečeh).

Indukcijske talilne peči se uporabljajo pri izdelavi ulitkov, vključno z oblikovanimi, iz jekla, litega železa, barvnih kovin in zlitin.

Indukcijske talilne peči lahko razdelimo na industrijske frekvenčne kanalske peči ter industrijske, srednje in visokofrekvenčne peči s lončkom.

Indukcijska kanalska peč je transformator, običajno pri frekvenci napajanja (50 Hz). Sekundarno navitje transformatorja je navitje staljene kovine. Kovina je zaprta v obročastem ognjevarnem kanalu.

Glavni magnetni tok inducira EMF v kovini kanala, EMF ustvarja tok, tok segreva kovino, zato je indukcijska kanalska peč podobna transformatorju, ki deluje v načinu kratkega stika.

Induktorji kanalskih peči so izdelani iz vzdolžne bakrene cevi, vodno hlajeni, kanalski del kurišča pa se hladi z ventilatorjem ali s centralnim zračnim sistemom.

Kanalne indukcijske peči so zasnovane za neprekinjeno delovanje z redkimi prehodi iz enega razreda kovin v drugega. Kanalne indukcijske peči se uporabljajo predvsem za taljenje aluminija in njegovih zlitin ter bakra in nekaterih njegovih zlitin. Druge serije peči so specializirane kot mešalniki za zadrževanje in pregrevanje tekočega železa, barvnih kovin in zlitin pred ulivanjem v livarske kalupe.

Delovanje indukcijske peči na lončku temelji na absorpciji elektromagnetne energije s prevodnim nabojem. Celica je nameščena znotraj cilindrične tuljave - induktorja. Z električnega vidika je indukcijska peč v lončku kratkostični zračni transformator, katerega sekundarno navitje je prevodni naboj.

Indukcijske lončene peči se uporabljajo predvsem za taljenje kovin za tlačno litje v šaržnem načinu delovanja in ne glede na način delovanja za taljenje nekaterih zlitin, kot so bron, ki negativno vplivajo na oblogo kanalskih peči.