Încălzirea prin inducție, întărirea și topirea prin inducție a metalelor

Cel mai perfect tip de incalzire este cel in care caldura este generata direct in corpul incalzit. Această metodă de încălzire este foarte bine realizată prin trecerea unui curent electric prin corp. Cu toate acestea, direct - includerea unui corp încălzit într-un circuit electric nu este întotdeauna posibilă din motive tehnice și practice.

În aceste cazuri, se poate realiza un tip perfect de încălzire folosind încălzirea prin inducție, unde căldura este generată și în corpul încălzit în sine, ceea ce elimină consumul de energie inutil, de obicei mare, în pereții cuptorului sau în alte elemente de încălzire. Prin urmare, în ciuda eficienței relativ scăzute de generare a curenților de frecvență crescută și înaltă, eficiența generală a încălzirii prin inducție este adesea mai mare decât cu alte metode de încălzire.

Metoda de inducție permite, de asemenea, încălzirea rapidă a corpurilor nemetalice uniform pe toată grosimea lor.Conductibilitatea termică slabă a unor astfel de corpuri exclude posibilitatea încălzirii rapide a straturilor lor interioare în mod obișnuit, adică prin furnizarea de căldură din exterior. In metoda inductiei caldura se genereaza in acelasi mod atat in straturile exterioare cat si in cele interioare, ba chiar poate exista riscul supraincalzirii acestora din urma daca nu se face izolarea termica necesara a straturilor exterioare.

O proprietate deosebit de valoroasă a încălzirii prin inducție este posibilitatea unei concentrații foarte mari de energie în corpul încălzit, ușor de adaptat la o dozare precisă. Numai arc electric se poate obține același ordin al densității energetice, dar această metodă de încălzire este greu de controlat.

Caracteristicile și avantajele binecunoscute ale încălzirii prin inducție au creat oportunități largi de aplicare a acesteia în multe industrii. În plus, vă permite să creați noi tipuri de structuri care nu sunt deloc fezabile pentru metodele convenționale de tratament termic.

Un proces fizic

În cuptoarele și dispozitivele cu inducție, căldura dintr-un corp încălzit conductiv de electricitate este eliberată de curenții induși în acesta de un câmp electromagnetic alternativ. În acest fel, aici are loc încălzirea directă.

Încălzirea prin inducție a metalelor se bazează pe două legi fizice: legea Faraday-Maxwell a inducției electromagnetice și legea Joule-Lenz. Sunt amplasate corpuri metalice (marocuri, piese etc.). câmp magnetic alternant, care stârnește în ei un vârtej câmp electric… EMF a inducției este determinată de viteza de schimbare a fluxului magnetic. Sub acțiunea EMF de inducție, curenții turbionari (închiși în interiorul corpurilor) curg în corpuri, eliberând căldură. conform legii Joule-Lenz… Acest EMF este creat în metal curent alternativ, energia termică eliberată de acești curenți determină încălzirea metalului. Încălzirea prin inducție este directă și fără contact. Vă permite să atingeți o temperatură suficientă pentru a topi cele mai refractare metale și aliaje.

Încălzirea intensă prin inducție este posibilă numai în câmpuri electromagnetice de mare intensitate și frecvență, care sunt create de dispozitive speciale - inductori. Inductoarele sunt alimentate de o rețea de 50 Hz (instalații industriale de frecvență) sau de surse de energie separate - generatoare și convertoare de frecvență medie și înaltă.

Cel mai simplu inductor al dispozitivelor de încălzire indirectă de joasă frecvență este un fir izolat (prelungit sau bobinat) plasat în interiorul unui tub metalic sau suprapus pe suprafața acestuia. Pe măsură ce curentul trece prin firul inductor din tub, acesta se încălzește curenți turbionari… Căldura din tub (poate fi și creuzet, recipient) este transferată în mediul încălzit (apa care curge prin tub, aer etc.).

Încălzirea prin inducție și întărirea metalelor

Cea mai utilizată încălzire directă prin inducție a metalelor la frecvențe medii și înalte. Pentru aceasta, se folosesc inductori cu un design special. Inductorul emite unde electromagnetice, care cade pe corpul încălzit și moare în el. Energia undei absorbite este transformată în căldură în corp. Coeficientul de încălzire este cu atât mai mare cu cât forma undei electromagnetice emise (plată, cilindrică etc.) este mai apropiată de forma corpului. Prin urmare, inductoarele plate sunt utilizate pentru încălzirea corpurilor plate, inductoarele cilindrice (solenoide) sunt utilizate pentru piesele de prelucrat cilindrice.În cazul general, ele pot avea o formă complexă datorită necesității de a concentra energia electromagnetică în direcția dorită.

O caracteristică a aportului de energie de inducție este capacitatea de a regla aranjarea spațială a zonei de curgere curenți turbionari.

În primul rând, curenții turbionari curg în zona acoperită de inductor. Numai acea parte a corpului care este în contact magnetic cu inductorul este încălzită, indiferent de dimensiunea totală a corpului.

În al doilea rând, adâncimea zonei de circulație a curenților turbionari și, prin urmare, zona de eliberare a energiei depinde, printre alți factori, de frecvența curentului inductor (crește la frecvențe joase și scade odată cu creșterea frecvenței).

Eficiența transferului de energie de la inductor la curentul încălzit depinde de mărimea decalajului dintre ele și crește pe măsură ce scade.

Încălzirea prin inducție este utilizată pentru călirea la suprafață a produselor din oțel, prin încălzire pentru deformare plastică (forjare, ștanțare, presare etc.), topire a metalelor, tratament termic (recoace, revenire, normalizare, călire), sudare, stratificare, lipire a metalelor.

Încălzirea indirectă prin inducție este utilizată pentru încălzirea echipamentelor de proces (conducte, containere etc.), încălzirea mediilor lichide, uscarea acoperirilor, materialelor (de exemplu, lemn). Cel mai important parametru al instalațiilor de încălzire prin inducție este frecvența. Pentru fiecare proces (călire la suprafață, prin încălzire) există un interval de frecvență optim care oferă cei mai buni indicatori tehnologici și economici. Pentru încălzirea prin inducție se folosesc frecvențe de la 50 Hz la 5 MHz.

Avantajele încălzirii prin inducție

1) Transferul energiei electrice direct în corpul încălzit permite încălzirea directă a materialelor conductoare. In acest caz, viteza de incalzire este crescuta fata de instalatiile cu actiune indirecta, unde produsul este incalzit doar de la suprafata.

2) Transferul energiei electrice direct în corpul încălzit nu necesită dispozitive de contact. Este convenabil în condițiile producției automate de producție, când se utilizează vid și mijloace de protecție.

3) Datorită fenomenului de efect de suprafață, puterea maximă este eliberată în stratul de suprafață al produsului încălzit. Prin urmare, încălzirea prin inducție în timpul răcirii asigură încălzirea rapidă a stratului de suprafață al produsului. Acest lucru face posibilă obținerea unei durități mari de suprafață a piesei cu un mediu relativ vâscos. Întărirea suprafeței prin inducție este mai rapidă și mai economică decât alte metode de întărire a suprafeței.

4) Încălzirea prin inducție în majoritatea cazurilor îmbunătățește productivitatea și îmbunătățește condițiile de lucru.

Cuptor de topire cu inducție

Un cuptor sau dispozitiv cu inducție poate fi considerat un tip de transformator în care bobina primară (inductorul) este conectată la o sursă de curent alternativ, iar corpul încălzit în sine servește drept bobină secundară.

Procesul de lucru al cuptoarelor de topire cu inducție se caracterizează prin mișcarea electrodinamică și termică a metalului lichid într-o baie sau creuzet, care contribuie la obținerea metalului cu aceeași compoziție și temperatură uniformă a acestuia pe tot volumul, precum și deșeuri metalice reduse (de câteva ori mai puține). ușor decât în ​​cuptoarele cu arc).

Cuptoarele de topire cu inducție sunt utilizate în producția de piese turnate, inclusiv modelate, din oțel, fontă, metale neferoase și aliaje.

Cuptoarele de topire cu inducție pot fi împărțite în cuptoare industriale cu canale de frecvență și cuptoare industriale, cu creuzet de frecvență medie și înaltă.

Un cuptor cu conductă de inducție este un transformator, de obicei la frecvența de putere (50 Hz). Înfășurarea secundară a transformatorului este o înfășurare de metal topit. Metalul este închis într-un canal refractar inelar.

Fluxul magnetic principal induce un EMF în metalul canalului, EMF creează un curent, curentul încălzește metalul, prin urmare un cuptor cu canal de inducție este similar cu un transformator care funcționează în modul de scurtcircuit.

Inductoarele cuptoarelor cu canal sunt fabricate din tub longitudinal de cupru, sunt răcite cu apă, partea canalului a focarului este răcită printr-un ventilator sau printr-un sistem de aer centralizat.

Cuptoarele cu inducție cu canale sunt proiectate pentru funcționare continuă cu tranziții rare de la o clasă de metal la alta. Cuptoarele cu inducție cu canal sunt utilizate în principal pentru topirea aluminiului și a aliajelor acestuia, precum și a cuprului și a unora dintre aliajele sale. Alte serii de cuptoare sunt specializate ca mixere pentru reținerea și supraîncălzirea fierului lichid, metalelor neferoase și aliajelor înainte de turnarea în matrițe de turnătorie.

Funcționarea unui cuptor cu creuzet cu inducție se bazează pe absorbția energiei electromagnetice de către o sarcină conductivă. Celula este plasată în interiorul unei bobine cilindrice - un inductor. Din punct de vedere electric, un cuptor cu creuzet cu inducție este un transformator de aer scurtcircuitat a cărui înfășurare secundară este o sarcină conducătoare.

Cuptoarele cu creuzet cu inducție sunt utilizate în principal pentru topirea metalelor de turnare sub presiune într-un mod de funcționare discontinuu și, indiferent de modul de funcționare, pentru topirea anumitor aliaje, cum ar fi bronzurile, care afectează negativ căptușeala cuptoarelor cu canal.