Индукционная печь для закалки своими руками. Индукционный нагрев, закалка и индукционная плавка металлов
ПЛAВИЛЬНAЯ ПEЧЬ - это устройство, предназначенное для плавки шихты черного или цветного металла. Преимущества в том, что плавильная масса отлично перемешивается, если используется индукционная плавильная печь для плавки металла, за счет действия вихревых электрических токов. Нужна плaвильнaя пeчь с хорошими характеристиками? ZAVODRR - транзисторные, тиристорные печи для меди, чугуна, алюминия, стали на 5 - 5000 кг.
Как устроены плaвильные пeчи?
Как устроены плавильные печи? ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ - это хороший способ переплавлять как черные, так и цветные металлы, такие как алюминий, сталь, чугун, нержавейка, медь. Индукционные плавильные печи имеют не сложное устройство, работают под силой электромагнитного поля, способны равномерно перемешивать металл во время плавки. На индукционных печах имеется крышка, и устройство для слива металла в литейный ковш . Компания РОСИНДУКТОР предлагает плавильные печи транзисторного или тиристорного исполнения на редукторе и гидравлики.
Преимущество печей на редукторе это возможность ручного (аварийного) слива металла, гидравлики - это плавность наклона плавильного узла. Плавильные печи поставляются с одним или двумя плавильными узлами, внутри каждого плавильного узла располагается индуктор. Индуктор выполнен в виде медной катушки состоящей из множества витков, трубка может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.
Охлаждение плавильного узла производится при помощи чиллера или градирни . Во время плавки металла необходимо охлаждать два контура: реактор (располагается внутри тиристорного преобразователя) и сам индуктор плавильного узла. Плавильный узел имеет два варианта тигиля: графитовый и футерованный (выполняется вручную из футерованной смеси). Графитовые тигиля используются для переплавки цветных металлов, для черных металлов используют футеровку.
Нижний-Новгород
Челябинск
Красноярск
Минск Белоруссия
Челябинск
Пермь
Курган
Челябинск
Москва
Оренбург
Казань
Волгоград
Челябинск
Челябинск
Луганск
Ульяновск
Челябинск
Архангельск
Плавильные печи - транзисторные
Транзисторная индукционная плавильная печь предназначена для шихты черных и цветных металлов.. Она произведена базе среднечастотного индукционного нагревателя, который собран при помощи MOSFET транзисторов и IGBT модулей, что позволяет экономить на электроэнергии до 35%, имея высокий КПД 95%.
Индукционные плавильные печи на базе транзисторов подходят небольшим промышленным литейным предприятиям, которым необходимо переплавлять небольшое количество металла. Из преимущества плавильных печей можно отметить их мобильность и простоту обслуживания, так как они используют графитовый тигель, поэтому экономиться время на изготовление футеровки и ее сушки.
Компания Росиндуктор предлагает купить индукционные плавильные печи LEGNUM (Тайвань), эти печи являются самыми популярными среди российских покупателей. Тиристорная индукционная плавильная печь Legnum поставляются в двух модификациях на гидравлике и редукторе, основными покупателями являются средние и крупные плавильные производства с производительность от 2000 тонн/год.
В комплекте поставки индукционной плавильной печи идут два плавильных узла, они устанавливаются на заранее подготовленный фундамент. Главными преимуществами является экономичность в среднем на 20-30% экономичнее любых других аналогов представленных на Российском рынке, надежность, современный дизайн и доступная цена. Росиндуктор поставляет индукционные плавильные печи не только во все регионы РОССИИ, а так же страны бывшего СНГ. Обратившись в нашу компанию, будьте уверены индукционная плавильная печь, которую вы покупаете, имеет гарантированно лучшую цену, качество, надежность и условия поставки.
Преимущества плавки металла в плавильных печах является экономичность. Это происходит из-за выделения большого количества тепла при нагреве металла, поэтому печи потребляют относительно не большую мощность. Если делать сравнение между транзисторными и тиристорными печами, то первые экономичнее на 25%, но их стоимость при одинаковой мощности заметно выше. Самые распространённые печи с температурой плавки 1650 °C, при этой температуре можно расплавить любую не тугоплавкую шихту.
Вовремя плавки металла управление печью происходит механическим способом или дистанционно. В обоих случаях управлять процессом должен обученный персонал, имеющий соответствующие разрешения и допуски. Компания Росиндуктор выполняет работы по настройке преобразователей, устранению неисправностей и поддержке плавильного оборудования в рабочем состоянии.
При выборе плавильной печи необходимо задуматься о выборе тигиля. От этого зависит какой металл будет плавиться и сколько плавок он сможет выдержать. В среднем тигель выдерживает от 20 до 60 плавок. Для долгой службы тигиля надо использовать качественные и надежные материалы. Время плавки металла занимает не более 50 минут, на разогретой плавильной печи, поэтому печь небольшого объема и мощности может иметь высокую производительность.
В комплекте поставки плавильные печи включают в себя основные элементы: тиристорный или транзисторный преобразователь частоты, плавильные узлы, конденсаторные батареи, шаблоны, водоохлаждаемые кабеля, пульты управления, системы охлаждения.
Индукционная плавильная печь 5 - 5000 кг
Индукционная плавильная тигельная печь на 5 - 5000 кг плавки, в легком корпусе из алюминиевого сплава, с ТПЧ и редуктором наклона. Индукционная тигельная печь с тиристорным преобразователем предназначена для плавки черных и цветных металлов на литейных заводах. Печь используется для нагрева расплава меди, стали и чугуна. Круглосуточный режим работы печи возможен при необходимости.
Плaвильныe печи для алюминия
Плавильные печи для алюминия имеют свои особенности, ведь температура плавления у алюминия составляет 660 °C, (390 кДж/кг). При выборе печи под алюминий вы должны знать, что тиристорный преобразователь не должен быть мощный, а сам плавильный узел отличается своими размерами от узла для стали или меди в 2-3 раза. Соответственно не рекомендуется в нем производить плавки других металлов.
Плавить алюминиевые сплавы можно в печах с нефтяным, газовым и электрическим обогревом, в пламенных отражательных печах, но самый качественный металл и высокая скорость получается при плавке в индукционных плавильных печах, за счет однородного состава шихты, которая отлично перемешивается в индукционном поле.
Плaвильныe печи для стали
Плавильные печи нагреваются до своей максимальной температуре при плавки стали 1500 - 1600 °С и сопровождается сложными физико-химическими процессом. При переплавке стали, необходимо снизить содержания кислорода, серы и фосфора, образующих оксидные и сульфидные элементы, который снижают качество стали.
Особенность плавки стали в плавильных печах является использование футеровочных смесей, в отличие от плавки меди, где применяется графитовый тигель. Плавильные печи хорошо перемешивают металл, за счет индукционного поля, которое выравнивает химический состав стали.
Указанные выше преимущества, отлично подходят при выплавке легированных сталей, с минимальными потерями легирующих элементов: вольфрама - около 2%, марганца, хрома и ванадия - 5 - 10%, кремния - 10 - 15%, учитывая дефицитность и высокую стоимость легирующих элементов.
Плавка стали имеет следующие особенности и преимущества:
- Самые важные отливки плавятся, используя метод окисления, ведь во время кипения металла, удаляются все неметаллические включения, и происходит понижение содержания фосфора. Состав шихты берется лома углеродистых сталей или чугуна, для получения среднего содержания углерода 0,5 %;
- Если вы собираетесь плавить сталь с высоким содержанием марганца, алюминия, хрома надо выбирать кислую футеровку, ведь стойкость тигля будет в два раза выше;
- Перед началом плавки тигель забивается металлом, но верх не следует забивать плотно, это может привести к образованию сводов и соответственно угару металла, так как шихта будет осаживаться во время плавки нижних кусков;
- Время плавки стали составляет от 50-70 минут, в зависимости от разогрева плавильного узла;
- Плавильные печи для стали, имеют высокую производительность при производстве отливок небольшой массы и размера.
Медь, медные сплавы, бронза, латунь можно расплавить во всех плавильных печах, где поддерживается температурный режим 1000 - 1300 °С. Однако предпочтительнее использовать индукционные плавильные печи, так как одна плавка в них не будет превышать 40 минут. Медь, которую сегодня используют в России, не отличается особой чистотой. Обычно она содержит следующие примеси: железо, никель, сурьма, мышьяк. Чистым металлом считается медь с содержанием примесей 1%.
Основное важное качество металла - это высокие показатели электропроводности и теплопроводности. Этим обуславливается невысокая температура для плавки. Температура плавки меди - 1084°С. Медь является достаточно гибким металлом, который широко используют в различных технических отраслях промышленности, вот некоторые ее особенности:
- Плавить медь можно в открытой среде, в вакууме и в среде защитных газов;
- В вакууме плавят медь для получения бескислородной меди, с возможностью понизить O (Oxygenium) кислород практический до нуля 0,001 %;
- Основная шихта при получении бескислородной меди это катодные листы 99,95 %, перед тем как загрузить листы в печь необходимо их разрезать, промыть и просушить от электролита;
- Футеровка плавильной печи выше уровня металла делают из магнезита;
- Чтобы избежать окисления, плавка ведется с применением древесного угля, флюсов, стекла и других компонентов.
Индукционная печь для плавки металла
Индукционная печь для плавки металла нагревает шихту металла токами высокой частоты (ТВЧ) в индуцируемом электромагнитном поле под воздействием вихревых электрических токов. Плавильные печи тратят большое количество электроэнергии, поэтому мы предлагаем печи не только с тиристорным преобразователем , но и экономичным транзисторным . Печь использует футеровку или графитовый тигель, в обоих случаях их хватает только на 20-40 плавок. Высокая температура плавления, позволяет производить одну плавку металла за 50 минут.
ZAVODRR - печи для плавки металлов от российских, азиатских и европейских производителей с емкостью тигля от 1 до 10 000 кг. Поставка, монтаж, запуск и не дорогое обслуживание печей.
Давайте рассмотрим особенности печей для плавки черных, цветных и драгоценных металлов:
- Печь для плавки алюминия (плавка алюминия в печах производится при температуре 660 °C, температура кипения 2400 °C, плотность 2698 кг/см³);
- Печь для плавки чугуна (плавка чугуна 1450 - 1520 °C, плотность 7900 кг/м³);
- Печь для плавки меди (плавка меди 1083°C, температура кипения 2580°C, плотность 8920 кг/см³);
- Печь для плавки золота (плавка золота 1063°C, температура кипения 2660°C, плотность 19320 кг/см³);
- Печи плавки серебра (плавка серебра 960°C, температура кипения 2180°C, плотность 10500 кг/см³);
- Печь для плавки стали (плавка стали в печах 1450 - 1520 °C, плотность 7900 кг/м³);
- Печь плавки железа (плавка железа 1539°C, температура кипения 2900°C, плотность 7850 кг/м3);
- Печи для плавки титановых сплавов (плавка титана 1680°C, температура кипения 3300°C, плотность 4505 кг/м³);
- Печь для плавки свинца (плавка свинца в печах 327°C, температура кипения 1750°C, плотность 1134 кг/см³);
- Печь плавки латуни (плавка латуни в печах 880—950 °C. плотность 8500 кг/м³);
- Печи плавки бронзы (плавка бронзы в печах, 930—1140 °C 8700 кг/м³).
Плавка металла методом индукции широко применяется в разных отраслях: металлургии, машиностроении, ювелирном деле. Простую печь индукционного типа для плавки металла в домашних условиях можно собрать своими руками.
Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.
Чтобы вызвать протекание вихревых токов через расплавляемый металл, его помещают в зону действия электромагнитного поля индуктора - катушки. Она может иметь форму спирали, восьмерки или трилистника. Форма индуктора зависит от размеров и формы нагреваемой заготовки.
Катушка индуктора подключается к источнику переменного тока. В производственных плавильных печах используют токи промышленной частоты 50 Гц, для плавки небольших объемов металлов в ювелирном деле используют высокочастотные генераторы, как более эффективные.
Виды
Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.
- Поэтому индукционные печи бывают двух типов:
- канальные, в которых емкостью для плавки металлов являются каналы, расположенные вокруг индуктора, а внутри него расположен сердечник;
- тигельные, в них используется специальная емкость - тигель, выполненный из жаропрочного материала, обычно съемный.
Канальная печь
слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов.
Тигельная печь
довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.
Устройство
- Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:
- генератор переменного тока высокой частоты;
- индуктор - спиралевидная обмотка из медной проволоки или трубки, выполненная своими руками;
- тигель.
Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором. В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки. Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.
Достоинства индукционной печи:
- быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
- направленность нагрева - греется только металл, а не вся установка;
- высокая скорость плавления и однородность расплава;
- отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
- установка экологически чиста и безопасна.
В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.
Печь для плавки металла на сварочном инверторе
Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.
Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков - от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.
Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.
При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток. 
В основе системы отопления частного дома лежит работа печи или котла, высокая производительность и долгий бесперебойный срок службы которых зависит как от марки и установки самих отопительных приборов, так и от правильного монтажа дымохода.
вы найдёте рекомендации по выбору твердотопливного котла, а в следующей — познакомитесь с видами и правилами :
Индукционная печь на транзисторах: схема
Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:
- Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:
- два полевых транзистора типа IRFZ44V;
- два диода UF4007 (можно также использовать UF4001);
- резистор 470 Ом, 1 Вт (можно взять два последовательно соединенных по 0,5 Вт);
- пленочные конденсаторы на 250 В: 3 штуки емкостью 1 мкФ; 4 штуки - 220 нФ; 1 штука - 470 нФ; 1 штука - 330 нФ;
- медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø1,2 мм;
- медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø2 мм;
- два кольца от дросселей, снятых с компьютерного блока питания.
Последовательность сборки своими руками:
- Полевые транзисторы устанавливают на радиаторы. Поскольку схема в процессе работы сильно греется, радиатор должны быть достаточно большими. Можно установить их и на один радиатор, но тогда нужно изолировать транзисторы от металла с помощью прокладок и шайб из резины и пластика. Распиновка полевых транзисторов приведена на рисунке.
- Необходимо изготовить два дросселя. Для их изготовления медную проволоку диаметром 1,2 мм наматывают на кольца, снятые с блока питания любого компьютера. Эти кольца состоят их порошкового ферромагнитного железа. На них необходимо намотать от 7 до 15 витков проволоки, стараясь выдерживать расстояние между витками.
- Собирают перечисленные выше конденсаторы в батарею общей емкостью 4,7 мкФ. Соединение конденсаторов - параллельное.
- Выполняют обмотку индуктора из медной проволоки диаметром 2 мм. Наматывают на подходящий по диаметру тигля цилиндрический предмет 7-8 витков обмотки, оставляют достаточно длинные концы для подключения к схеме.
- Соединяют элементы на плате в соответствии со схемой. В качестве источника питания используют аккумулятор на 12 В, 7,2 A/h. Потребляемый ток в режиме работы - около 10 А, емкости аккумулятора в этом случае хватит примерно на 40 минут.При необходимости изготовляют корпус печи из термостойкого материала, например, текстолита.Мощность устройства можно изменить, поменяв количество витков обмотки индуктора и их диаметр.
Индукционный нагреватель для плавки металла: видео
Индукционная печь на лампах
Более мощную индукционную печь для плавки металлов можно собрать своими руками на электронных лампах. Схема устройства приведена на рисунке.
Для генерации высокочастотного тока используются 4 лучевые лампы, соединенные параллельно. В качестве индуктора используется медная трубка диаметром 10 мм. Установка оснащена подстроечным конденсатором для регулировки мощности. Выдаваемая частота - 27,12 МГц.
Для сборки схемы необходимы:
- 4 электронные лампы - тетрода, можно использовать 6L6, 6П3 или Г807;
- 4 дросселя на 100…1000 мкГн;
- 4 конденсатора на 0,01 мкФ;
- неоновая лампа-индикатор;
- подстроечный конденсатор.
Сборка устройства своими руками:
- Из медной трубки выполняют индуктор, сгибая ее в форме спирали. Диаметр витков - 8-15 см, расстояние между витками не менее 5 мм. Концы лудят для пайки к схеме. Диаметр индуктора должен быть больше диаметра помещаемого внутрь тигля на 10 мм.
- Размещают индуктор в корпусе. Его можно изготовить из термостойкого не проводящего ток материала, либо из металла, предусмотрев термо- и электроизоляцию от элементов схемы.
- Собирают каскады ламп по схеме с конденсаторами и дросселями. Каскады соединяют в параллель.
- Подключают неоновую лампу-индикатор - она будет сигнализировать о готовности схемы к работе. Лампу выводят на корпус установки.
- В схему включают подстроечный конденсатор переменной емкости, его ручку также выводят на корпус.
Для всех любителей деликатесов, приготовленных методом холодного копчения, предлагаем узнать как быстро и просто своими руками сделать коптильню, а познакомиться с фото и видео инструкцией по изготовлению генератора дыма для холодного копчения.
Охлаждение схемы
Промышленные плавильные установки оснащены системой принудительного охлаждения на воде или антифризе. Выполнение водяного охлаждения в домашних условиях потребует дополнительных затрат, сопоставимых по цене со стоимостью самой установки для плавки металла.
Выполнить воздушное охлаждение с помощью вентилятора можно при условии достаточно удаленного расположения вентилятора. В противном случае металлическая обмотка и другие элементы вентилятора будут служить дополнительным контуром для замыкания вихревых токов, что снизит эффективность работы установки.
Элементы электронной и ламповой схемы также способны активно нагреваться. Для их охлаждения предусматривают теплоотводящие радиаторы.Меры безопасности при работе
- Основная опасность при работе - опасность получения ожогов от нагреваемых элементов установки и расплавленного металла.
- Ламповая схема включает элементы с высоким напряжением, поэтому её нужно разместить в закрытом корпусе, исключив случайное прикосновение к элементам.
- Электромагнитное поле способно воздействовать на предметы, находящиеся вне корпуса прибора. Поэтому перед работой лучше надеть одежду без металлических элементов, убрать из зоны действия сложные устройства: телефоны, цифровые камеры.
Печь для плавки металлов в домашних условиях может использоваться также для быстрого нагрева металлических элементов, например, при их лужении или формовке. Характеристики работы представленных установок можно подогнать под конкретную задачу, меняя параметры индуктора и выходной сигнал генераторных установок - так можно добиться их максимальной эффективности.
Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.
Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.
Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:
- Приборы для нагрева в котле отопления.
- Мини-печи для плавки металлов.
- Плиты для приготовления пищи.
Индукционная плита своими руками, должна быть изготовлена с соблюдением всех норм и правил для эксплуатации данных приборов. Если за пределы корпуса в боковых направлениях будет выделяться опасное для человека электромагнитное излучение, то использовать такой прибор категорически запрещается.
Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:
- Идеально проводить электромагнитное излучение.
- Не являться токопроводящим материалом.
- Выдерживать высокую температурную нагрузку.
В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.
Инструкция по изготовлению
Чертежи
Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя
Рисунок 2. Устройство.
Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя
Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:
- припой;
- текстолитовая плата.
- мини-дрель.
- радиоэлементы.
- термопаста.
- химические реагенты для травления платы.
Дополнительные материалы и их особенности:
- Для изготовления катушки , которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
- Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
- Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
- При работе такого индукционного прибора , полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
- Диоды , которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
- Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
- Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.
Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:
- Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
- Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
- Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.
Нюансы
- При проведении опытов по нагреву и закалке металлов , внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
- Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3) , при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
- Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости , является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
- В качестве используется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
- Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком , который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
- Если площадь дома значительна , то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
- Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
- Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
- Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе , который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
- Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома , при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
- Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.
- Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева , не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
- Обязательно при работе с электричеством следует соблюдать правила техники безопасност и, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
- В качестве эксперимента можно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.
Определите необходимый размер вашей печи. Для литья небольших предметов весом менее 1-2 килограмм, таких как ручная печать и т.п., достаточно будет 30-сантиметровой (12 дюймов) плавильной камеры с тиглем вместимостью 1 литр.
Подберите материалы, которые выдержат температуры, создаваемые в вашей печи. В нашем примере в качестве топлива мы используем древесный уголь, поскольку он доступен и недорог. Температура его горения (теплотворность) в потоке воздуха составляет около 1250 градусов Цельсия. В то же время температура горения каменного угля в воздушном потоке превышает 1650 градусов Цельсия, так что древесный уголь более пригоден в качестве топлива для плавильной печи, собранной из легко доступных конструкционных материалов - ведь в пламени каменного угля, обдуваемого воздухом, расплавится даже сталь. Мы используем для изготовления плавильной камеры листовую оцинкованную сталь 14-го калибра.
Сделайте из вашего материала два цилиндра. На рисунке изображены цилиндры высотой около 30 сантиметров (12 дюймов), свернутые из листового материала, хотя алюминий вполне можно расплавить и в банках из-под краски или металлических ведрах для мусора. Но такие ненадежные емкости придут в негодность после нескольких плавок, поэтому лучше, приложив небольшие усилия, сделать более надежную емкость, которая выдержит запланированное вами число плавок.
- Внутренний цилиндр должен быть достаточно большим, чтобы вместить ваш плавильный тигель, оставив при этом место для топлива вокруг тигля; также он должен быть достаточно глубоким, чтобы вы смогли накрыть этот цилиндр вместе с тиглем крышкой, как будет описано ниже. Для тигля диаметром 20 сантиметров (8 дюймов) понадобится камера диаметром 36 сантиметров (14 дюймов), а если глубина тигля также составляет 20 сантиметров (8 дюймов), то высота камеры должна быть не менее 30 сантиметров (12 дюймов).
- Внешняя стенка камеры (больший цилиндр) предназначена для обеспечения дополнительной безопасности в случае расплавления внутренней стенки, а также для лучшей теплоизоляции внутренней камеры. Внешняя камера должна быть больше в диаметре на 10 см (4 дюйма), и по крайней мере на 5-10 см (несколько дюймов) выше, чем внутренняя. Согласно приведенной выше схеме, диаметр внешнего цилиндра составляет 41 см (16 дюймов), а его высота - 41-46 см (16-18 дюймов).
Прикрепите внешний цилиндр к металлическому дну. Это можно сделать путем сварки, или прикрутив шурупами. Если размер дна значительно превышает диаметр цилиндра, это сделает конструкцию более устойчивой и безопасной.
Поставьте дно внешнего цилиндра на огнеупорные кирпичи, добившись как можно большей устойчивости. Эти термостойкие кирпичи будут поддерживать вашу печь во время плавки и термоизолируют ее раскаленное дно.
Вставьте внутренний цилиндр во внешний, проследив, чтобы он поместился ровно посередине. Пространство между стенками цилиндров можно заполнить огнеупорным известковым раствором или сухим песком, что придаст конструкции бо льшую устойчивость; можно и просто зафиксировать цилиндры относительно друг друга металлическими клиньями.
Просверлите или вырежьте во внешнем и внутреннем цилиндрах отверстие диаметром около 6 см (2 1/4 дюйма) вблизи дна под наклоном внутрь и вверх, так чтобы воздух свободно поступал к тиглю, обеспечивая горящее топливо кислородом.
Отрежьте металлическую трубку диаметром 6 см и длиной полметра или более (подойдет тонкостенная металлическая трубка для проводов) - она послужит для подвода воздуха к плавильной камере; приварите ее к отверстию во внешнем цилиндре или прикрепите шурупами.
Отрежьте круг листового металла, достаточно большой, чтобы он полностью закрывал камеру сверху. Вырежьте в этом круге отверстие размером 15X15 см (6X6 дюйма), которое будет служить для свободной циркуляции воздуха и для добавления металла в тигель; вырезанный фрагмент послужит в качестве крышки. Для удобства вы можете прикрепить крышку цепью к внешней стенке печи, а также приделать к крышке ручку.
Изготовьте тигель (плавильный котел). Можно использовать подходящий по размерам металлический баллон от старого термоса, или котел из нержавеющей стали. Для того, чтобы можно было выливать расплавленный металл из тигля, прикрепите к нему стальную ручку, которая выступала бы сверху из плавильной камеры.
Подсоедините воздуходувку к металлической трубке, встроенной ранее вблизи дна корпуса. Можно использовать старый фен или маломощную машинку для сдувания листьев, прикрепив их к трубке скотчем. Если же у вас нет ни фена, ни машинки, подойдет любое приспособление, которое обеспечит необходимый воздушный поток через трубку. При этом помните, что слишком сильный поток воздуха может привести к интенсивному и быстрому сгоранию угля, а недостаточный воздушный поток подавит горение и не обеспечит вам необходимую температуру.
В металлургической промышленности широко применяются индукционные печи. Такие печи нередко изготавливают самостоятельно. Для этого необходимо знать их принцип работы и конструктивные особенности. Принцип работы таких печей был известен еще два столетия назад.
Индукционные печи способны решать следующие задачи:
- Плавка металла.
- Термообработка металлических деталей.
- Очистка драгоценных металлов.
Такие функции имеются в промышленных печах. Для бытовых условий и обогрева помещения существуют печи специальной конструкции.
Принцип действия
Работа индукционной печи заключается в нагревании материалов путем использования свойств вихревых токов. Чтобы создать такие токи применяется специальный индуктор, который состоит из катушки индуктивности с несколькими витками провода большого поперечного сечения.
К индуктору подводится сеть питания переменного тока. В индукторе переменный ток создает магнитное поле, которое меняется с частотой сети, и пронизывает внутреннее пространство индуктора. При помещении какого-либо материала в это пространство, в нем возникают вихревые токи, осуществляющие его нагревание.
Вода в работающем индукторе нагревается и кипит, а металл начинает плавиться при достижении соответствующей температуры. Условно можно разделить индукционные печи на типы:
- Печи с магнитопроводом.
- Без магнитопровода.
Первый тип печей содержит индуктор, заключенный в металл, что создает особый эффект, повышающий плотность магнитного поля, поэтому нагревание осуществляется качественно и быстро. В печах без магнитопровода индуктор находится снаружи.
Виды и особенности печей
Индукционные печи можно разделить на виды, которые обладают своими особенностями работы и отличительными признаками. Одни служат для работ в промышленности, другие применяются в быту, для приготовления пищи.
Вакуумные индукционные печи
Такая печь предназначена для плавки и литья сплавов индукционным методом. Она состоит из герметичной камеры, в которой расположена тигельная индукционная печь с литейной формой.
В вакууме можно обеспечить совершенные металлургические процессы, получать качественные отливки. В настоящее время вакуумное производство перешло на новые технологические процессы из непрерывных цепочек в вакуумной среде, которая дает возможность создавать новые изделия, и уменьшать издержки производства.
Достоинства вакуумной плавки
- Жидкий металл можно выдерживать в вакууме длительное время.
- Повышенная дегазация металлов.
- В процессе плавки можно производить дозагрузку печи и воздействовать на процесс рафинирования и раскисления в любое время.
- Возможность постоянного контроля и регулировки температуры сплава и его химического состава во время работы.
- Высокая чистота отливок.
- Быстрый нагрев и скорость плавки.
- Повышенная гомогенность сплава из-за качественного перемешивания.
- Любая форма сырья.
- Экологическая чистота и экономичность.
Принцип действия вакуумной печи состоит в том, что в тигле, находящемся в вакууме с помощью индуктора высокой частоты плавят твердую шихту и очищают жидкий металл. Вакуум создается путем откачки воздуха насосами. При вакуумной плавке достигается большое снижение водорода и азота.
Канальные индукционные печи
Печи с электромагнитным сердечником (канальные) широко применяются в литейном производстве для цветных и черных металлов в качестве раздаточных печей, миксеров.
1 — Ванна
2 — Канал
3 — Магнитопровод
4 — Первичная катушка
Переменный магнитный поток проходит по магнитопроводу, контуру канала в виде кольца из жидкого металла. В кольце возбуждается электрический ток, который разогревает жидкий металл. Магнитный поток образуется первичной обмоткой, работающей от переменного тока.
Чтобы усилить магнитный поток, используется замкнутый магнитопровод, который выполнен из трансформаторной стали. Пространство печи соединяется двумя отверстиями с каналом, поэтому при наполнении печи жидким металлом создается замкнутый контур. Печь не сможет работать без замкнутого контура. В таких случаях сопротивление контура большое, и в нем течет малый ток, который назвали током холостого хода.
Вследствие перегрева металла и действия магнитного поля, которое стремится вытолкнуть металл из канала, жидкий металл в канале постоянно движется. Так как металл в канале нагрет выше, чем в ванне печи, то металл постоянно поднимается в ванну, из которой поступает металл с меньшей температурой.
Если металл слить ниже допустимой нормы, то жидкий металл будет выбрасываться из канала электродинамической силой. В итоге произойдет самопроизвольное выключение печи и разрыв электрического контура. Чтобы избежать таких случаев печи оставляют некоторое количество металла в жидком виде. Его называют болотом.
Канальные печи разделяют на:
- Плавильные печи.
- Миксеры.
- Раздаточные печи.
Чтобы накопить некоторое количество жидкого металла, усреднения химического состава его и выдержки, используют миксеры. Объем миксера рассчитывают равным не ниже двукратной часовой выработки печи.
Канальные печи разделяют на классы по расположению каналов:
- Вертикальные.
- Горизонтальные.
По форме рабочей камеры:
- Барабанные индукционные печи.
- Цилиндрические индукционные печи.
Барабанная печь выполнена в виде стального сварного цилиндра с двумя стенками на торцах. Для поворота печи применяются приводные ролики. Чтобы повернуть печь, необходимо включить привод электродвигателя с двумя скоростями и цепной передачей. Двигатель имеет пластинчатые тормоза.
На торцевых стенках есть сифон для заливки металла. Для загрузки присадок и снятия шлаков имеются отверстия. Также для выдачи металла имеется канал. Канальный блок состоит из индуктора печи с V-образными каналами, сделанными в футеровке при помощи шаблонов. При первой же плавки эти шаблоны расплавляются. Обмотка и сердечник охлаждаются воздухом, корпус блока охлаждается водой.
Если канальная печь имеет другую форму, то выдача металла осуществляется с помощью наклона ванны гидроцилиндрами. Иногда металл выдавливают избыточным давлением газа.
Достоинства канальных печей
- Малый расход электроэнергии вследствие малых потерь тепла ванны.
- Повышенный электрический КПД индуктора.
- Малая стоимость.
Недостатки канальных печей
- Сложность регулировки химического состава металла, так как наличие оставленного жидкого металла в печи создает трудности при переходе от одного состава к другому.
- Малая скорость движения металла в печи уменьшает возможности технологии плавки.
Конструктивные особенности
Каркас печи изготавливается из листовой стали с низким содержанием углерода толщиной от 30 до 70 мм. Внизу каркаса есть окна с присоединенными индукторами. Индуктор выполнен в виде стального корпуса, первичной катушки, магнитопровода и футеровки. Его корпус сделан разъемным, а части изолированы между собой прокладками для того, чтобы части корпуса не создавали замкнутый контур. В противном случае будет создаваться вихревой ток.
Магнитопровод выполнен из пластин специальной электротехнической стали 0,5 мм. Пластины изолированы между собой для снижения потерь от вихревых токов.
Катушка изготавливается из медного проводника сечением, зависящим от тока нагрузки и метода охлаждения. При воздушном охлаждении допустимый ток 4 ампера на мм 2 , при охлаждении водой допустимый ток 20 ампер на мм 2 . Между футеровкой и катушкой монтируют экран, который охлаждается водой. Экран изготовлен из магнитной стали или меди. Для отведения тепла от катушки монтируют вентилятор. Чтобы получить точные размеры канала, применяют шаблон. Он выполнен в виде полой стальной отливки. Шаблон ставится в индуктор до того момента, пока не будет заполнения огнеупорной массой. Он находится в индукторе при разогреве и сушке футеровки.
Для футеровки применяют огнеупорные массы влажного и сухого вида. Влажные массы используют в виде набивных или заливных материалов. Заливные бетоны используют при сложной форме индуктора, если нельзя уплотнить массу по всему объему индуктора.
Такой массой наполняют индуктор и уплотняют вибраторами. Сухие массы уплотняют вибраторами высокой частоты, набивные массы уплотняют пневматическими трамбовками. Если в печи будет выплавляться чугун, то футеровку выполняют из оксида магния. Качество футеровки определяется по температуре охлаждающей воды. Наиболее эффективным методом проверки футеровки является проверка по значению индуктивного и активного сопротивления. Эти измерения проводятся с помощью контрольных приборов.
В электрооборудование печи входит:
- Трансформатор.
- Батарея конденсаторов для компенсации потерь электрической энергии.
- Дроссель для подсоединения 1-фазного индуктора к 3-фазной сети.
- Щиты управления.
- Кабели питания.
Чтобы печь нормально функционировала, к питанию подключают на 10 киловольт, который имеет на вторичной обмотке 10 ступеней напряжения для регулировки мощности печи.
Набивочные материалы футеровки содержат:
- 48% сухого кварца.
- 1,8% кислоты борной, просеянной через мелкое сито с ячейками 0,5 мм.
Массу для футеровки готовят в сухом виде с помощью смесителя, и последующей просевкой через сито. Приготовленная смесь не должна храниться более 15 часов после подготовки.
Футеровку тигля производят с помощью уплотнения вибраторами. Электрические вибраторы используются для футеровки больших печей. Вибраторы погружают в пространство шаблона и производят уплотнение массы через стенки. При уплотнении вибратор передвигают краном и вертикально вращают.
Тигельные индукционные печи
Основными компонентами тигельной печи являются индуктор и генератор. Для изготовления индуктора используется медная трубка в виде намотанных 8-10 витков. Формы индукторов могут выполняться различных видов.
Этот вид печи наиболее распространенный. В конструкции печи нет сердечника. Распространенная форма печи представляет собой цилиндр из огнестойкого материала. Тигель находится в полости индуктора. К нему подводится питание переменного тока.
Преимущества тигельных печей
- Энергия выделяется при загрузке материала в печь, поэтому вспомогательные нагревательные элементы не нужны.
- Достигается высокая однородность многокомпонентных сплавов.
- В печи можно создать реакцию восстановления, окисления, независимо от величины давления.
- Высокая производительность печей из-за повышенной удельной мощности на любых частотах.
- Перерывы в плавке металла не влияют на эффективность работы, так как для разогрева не требуется много электроэнергии.
- Возможность любых настроек и простая эксплуатация с возможностью автоматизации.
- Нет местных перегревов, температура выравнивается по всему объему ванны.
- Быстрое плавление, позволяющее создать качественные сплавы с хорошей однородностью.
- Экологическая безопасность. Внешняя среда не подвергается никакому вредному воздействию печи. Плавка также не оказывает вреда природе.
Недостатки тигельных печей
- Малая температура шлаков, применяющихся для обработки зеркала расплава.
- Малая стойкость футеровки при резких температурных перепадах.
Несмотря на имеющиеся недостатки, тигельные индукционные печи получили большую популярность на производстве и в других областях.
Индукционные печи для отопления помещения
Чаще всего такая печь устанавливается в помещении кухни. В ее конструкции основной частью является сварочный инвертор. Конструкция печи обычно совмещается с водонагревательным котлом, который дает возможность для отопления всех помещений в здании. Также есть возможность подключения подачи горячей воды в здание.
Эффективность работы такого устройства небольшая, однако, нередко такое оборудование все-таки применяется для отопления дома.
Конструкция нагревающей части индукционного котла подобна трансформатору. Наружный контур – это обмотки своеобразного трансформатора, которые подключаются к сети. Второй контур внутренний – это устройство обмена теплом. В нем происходит циркуляция теплоносителя. При подключении питания катушка создает переменное . В итоге внутри теплообменника индуцируются токи, которые осуществляют его нагревание. Металл нагревает теплоноситель, который обычно состоит из воды.
На таком же принципе основана работа бытовых индукционных плит, в которых в качестве вторичного контура выступает посуда из специального материала. Такая плита намного экономичнее обычных плит из-за отсутствия тепловых потерь.
Водонагреватель котла оснащен устройствами управления, которые дают возможность поддержания температуры теплоносителя на определенном уровне.
Отопление электроэнергией
Для того, чтобы принять решение об установке индукционного котла для дома, необходимо получить консультацию у профессиональных специалистов по теплотехнике. У индукционного котла практически нет преимуществ перед обычным котлом. Недостатком является высокая стоимость оборудования. Обычные котел с ТЭНами продается уже готовым к установке, а индукционный нагреватель требует дополнительного оборудования и настройки. Поэтому, прежде чем приобрести такой индукционный котел, необходимо произвести тщательный экономический расчет и планировку.
Футеровка индукционных печей
Процесс футеровки необходим для обеспечения защиты корпуса печи от воздействия повышенных температур. Она дает возможность значительно сократить потери тепла, увеличить эффективность плавки металла или нагрева материала.
Для футеровки применяют кварцит, являющийся модификацией кремнезема. К материалам для футеровки предъявляются некоторые требования.
Такой материал должен обеспечить 3 зоны состояний материала:
- Монолитная.
- Буферная.
- Промежуточная.
Только наличие трех слоев в покрытии способно защитить кожух печи. На футеровку отрицательно влияет неправильная укладка материала, плохое качество материала и тяжелые условия работы печи.
