Indukčný ohrev, kalenie a indukčné tavenie kovov

Najdokonalejší typ vykurovania je taký, pri ktorom teplo vzniká priamo vo vyhrievanom telese. Tento spôsob ohrevu sa veľmi dobre robí prechodom elektrického prúdu cez telo. Avšak priame - zaradenie vyhrievaného telesa do elektrického obvodu nie je vždy možné z technických a praktických dôvodov.

Dokonalý typ ohrevu je v týchto prípadoch možné realizovať pomocou indukčného ohrevu, kde teplo vzniká aj v samotnom ohrievanom telese, čím odpadá zbytočná, spravidla veľká spotreba energie v stenách pece alebo v iných vykurovacích telesách. Preto aj napriek relatívne nízkej účinnosti generovania prúdov so zvýšenou a vysokou frekvenciou je celková účinnosť indukčného ohrevu často vyššia ako s inými spôsobmi ohrevu.

Indukčná metóda tiež umožňuje rýchly ohrev nekovových telies rovnomerne v celej ich hrúbke.Zlá tepelná vodivosť takýchto telies vylučuje možnosť rýchleho zahriatia ich vnútorných vrstiev obvyklým spôsobom, teda privádzaním tepla zvonku. Pri indukčnom spôsobe sa teplo vytvára rovnako vo vonkajších vrstvách aj vo vnútorných a dokonca môže hroziť aj ich prehriatie, ak sa neurobí potrebná tepelná izolácia vonkajších vrstiev.

Obzvlášť cennou vlastnosťou indukčného ohrevu je možnosť veľmi vysokej koncentrácie energie vo vyhrievanom tele, ľahko prístupná presnému dávkovaniu. Iba elektrický oblúk možno získať rovnaké poradie hustoty energie, ale tento spôsob ohrevu je ťažké ovládať.

Charakteristiky a dobre známe výhody indukčného ohrevu vytvorili široké možnosti pre jeho uplatnenie v mnohých priemyselných odvetviach. Okrem toho umožňuje vytvárať nové typy štruktúr, ktoré nie sú vôbec realizovateľné pre bežné metódy tepelného spracovania.

Fyzický proces

V indukčných peciach a zariadeniach sa teplo v elektricky vodivom vyhrievanom telese uvoľňuje prúdmi, ktoré sú v ňom indukované striedavým elektromagnetickým poľom. Týmto spôsobom tu prebieha priamy ohrev.

Indukčný ohrev kovov je založený na dvoch fyzikálnych zákonoch: Faradayov-Maxwellov zákon elektromagnetickej indukcie a Joule-Lenzov zákon. Umiestňujú sa kovové telesá (prírezy, diely atď.). striedavé magnetické pole, čo v nich rozprúdi kolotoč elektrické pole… EMF indukcie je určený rýchlosťou zmeny magnetického toku. Pri pôsobení indukčného EMF prúdia v telesách vírivé prúdy (uzavreté vo vnútri telies), ktoré uvoľňujú teplo podľa Joule-Lenzovho zákona… Toto EMP je vytvorené v kove striedavý prúdtepelná energia uvoľnená týmito prúdmi spôsobuje zahrievanie kovu. Indukčný ohrev je priamy a bezkontaktný. Umožňuje vám dosiahnuť teplotu dostatočnú na roztavenie najviac žiaruvzdorných kovov a zliatin.

Intenzívny indukčný ohrev je možný len v elektromagnetických poliach vysokej intenzity a frekvencie, ktoré sú vytvárané špeciálnymi zariadeniami - tlmivkami. Tlmivky sú napájané sieťou 50 Hz (priemyselné frekvenčné inštalácie) alebo samostatnými zdrojmi energie – strednými a vysokofrekvenčnými generátormi a konvertormi.

Najjednoduchším induktorom nízkofrekvenčných nepriamych indukčných vykurovacích zariadení je izolovaný drôt (predĺžený alebo zvinutý) umiestnený vo vnútri kovovej rúrky alebo naložený na jej povrchu. Keď prúd prechádza cez indukčný drôt v trubici, zahrieva sa vírivé prúdy… Teplo z trubice (môže to byť aj téglik, nádoba) sa prenáša do ohrievaného média (voda prúdiaca trubicou, vzduch atď.).

Indukčný ohrev a kalenie kovov

Najpoužívanejší priamy indukčný ohrev kovov na stredných a vysokých frekvenciách. Na tento účel sa používajú induktory so špeciálnym dizajnom. Induktor vyžaruje elektromagnetická vlna, ktorý padne na zohriate teleso a v ňom zahynie. Energia absorbovanej vlny sa v tele premieňa na teplo. Koeficient ohrevu je tým vyšší, čím je tvar emitovaného elektromagnetického vlnenia (plochý, valcový a pod.) bližšie k tvaru telesa. Preto sa ploché tlmivky používajú na ohrev plochých telies, valcové (solenoidové) tlmivky sa používajú na valcové obrobky.Vo všeobecnosti môžu mať zložitý tvar kvôli potrebe sústrediť elektromagnetickú energiu v požadovanom smere.

Charakteristickým znakom prívodu indukčnej energie je schopnosť regulovať priestorové usporiadanie zóny prúdenia vírivé prúdy.

Najprv tečú vírivé prúdy v oblasti pokrytej induktorom. Zohrieva sa len tá časť tela, ktorá je v magnetickom kontakte s induktorom, bez ohľadu na celkovú veľkosť tela.

Po druhé, hĺbka zóny cirkulácie vírivých prúdov a teda zóny uvoľňovania energie závisí okrem iných faktorov od frekvencie indukčného prúdu (zvyšuje sa pri nízkych frekvenciách a klesá so zvyšujúcou sa frekvenciou).

Účinnosť prenosu energie z tlmivky na ohrievaný prúd závisí od veľkosti medzery medzi nimi a zvyšuje sa so znižovaním.

Indukčný ohrev sa používa na povrchové kalenie oceľových výrobkov, ohrevom na plastickú deformáciu (kovanie, razenie, lisovanie atď.), tavenie kovov, tepelné spracovanie (žíhanie, popúšťanie, normalizácia, kalenie), zváranie, vrstvenie, spájkovanie kovov.

Nepriamy indukčný ohrev sa používa na ohrev technologických zariadení (potrubia, nádoby a pod.), ohrev kvapalných médií, sušenie náterov, materiálov (napríklad dreva). Najdôležitejším parametrom indukčných vykurovacích zariadení je frekvencia. Pre každý proces (povrchové kalenie, ohrevom) existuje optimálny frekvenčný rozsah, ktorý poskytuje najlepšie technologické a ekonomické ukazovatele. Na indukčný ohrev sa používajú frekvencie od 50 Hz do 5 MHz.

Výhody indukčného ohrevu

1) Prenos elektrickej energie priamo do ohrievaného telesa umožňuje priamy ohrev vodivých materiálov. V tomto prípade je rýchlosť ohrevu zvýšená v porovnaní s inštaláciami s nepriamym pôsobením, kde sa produkt ohrieva iba z povrchu.

2) Prenos elektrickej energie priamo do ohrievaného telesa nevyžaduje kontaktné zariadenia. Je vhodný v podmienkach automatizovanej výrobnej výroby, kde sa používa vákuum a ochranné prostriedky.

3) V dôsledku javu povrchového efektu sa v povrchovej vrstve ohrievaného produktu uvoľňuje maximálny výkon. Preto indukčný ohrev počas chladenia poskytuje rýchle zahriatie povrchovej vrstvy produktu. To umožňuje získať vysokú povrchovú tvrdosť dielu s relatívne viskóznym médiom. Indukčné povrchové kalenie je rýchlejšie a ekonomickejšie ako iné spôsoby povrchového kalenia.

4) Indukčný ohrev vo väčšine prípadov zlepšuje produktivitu a zlepšuje pracovné podmienky.

Indukčná taviaca pec

Indukčnú pec alebo zariadenie si môžeme predstaviť ako typ transformátora, v ktorom je primárna cievka (induktor) pripojená k zdroju striedavého prúdu a samotné ohrievané teleso slúži ako sekundárna cievka.

Pracovný proces indukčných taviacich pecí je charakterizovaný elektrodynamickým a tepelným pohybom tekutého kovu v kúpeli alebo tégliku, čo prispieva k získaniu kovu s rovnakým zložením a jeho rovnomernej teplote v celom objeme, ako aj nízkeho kovového odpadu (niekoľkokrát menej mierne ako v oblúkových peciach).

Indukčné taviace pece sa používajú pri výrobe odliatkov vrátane tvarových odliatkov z ocele, liatiny, neželezných kovov a zliatin.

Indukčné taviace pece možno rozdeliť na priemyselné frekvenčné kanálové pece a priemyselné, strednofrekvenčné a vysokofrekvenčné téglikové pece.

Indukčná rúrová pec je transformátor, zvyčajne pri výkonovej frekvencii (50 Hz). Sekundárne vinutie transformátora je vinutie roztaveného kovu. Kov je uzavretý v prstencovom žiaruvzdornom kanáli.

Hlavný magnetický tok indukuje EMF v kove kanála, EMF vytvára prúd, prúd ohrieva kov, preto je indukčná kanálová pec podobná transformátoru pracujúcemu v skratovom režime.

Induktory kanálových pecí sú vyrobené z pozdĺžnej medenej rúry, sú chladené vodou, kanálová časť ohniska je chladená ventilátorom alebo centralizovaným vzduchovým systémom.

Kanálové indukčné pece sú navrhnuté na nepretržitú prevádzku so zriedkavými prechodmi z jednej triedy kovu do druhej. Kanálové indukčné pece sa používajú hlavne na tavenie hliníka a jeho zliatin, ako aj medi a niektorých jej zliatin. Ďalšie rady pecí sú špecializované ako miešačky na zadržiavanie a prehrievanie tekutého železa, neželezných kovov a zliatin pred odlievaním do zlievarenských foriem.

Prevádzka indukčnej kelímkovej pece je založená na absorpcii elektromagnetickej energie vodivou náplňou. Článok je umiestnený vo vnútri valcovej cievky - induktora. Z elektrického hľadiska je indukčná tégliková pec vzduchový transformátor nakrátko, ktorého sekundárne vinutie je vodivou náplňou.

Indukčné téglikové pece sa používajú hlavne na tavenie kovov tlakového liatia v dávkovom režime prevádzky a bez ohľadu na spôsob prevádzky na tavenie určitých zliatin, ako sú bronzy, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú výstelku kanálových pecí.