Induksjonsoppvarming, herding og induksjonssmelting av metaller

Den mest perfekte oppvarmingstypen er den der varmen genereres direkte i den oppvarmede kroppen. Denne oppvarmingsmetoden er veldig godt utført ved å føre en elektrisk strøm gjennom kroppen. Imidlertid er direkte - inkludering av en oppvarmet kropp i en elektrisk krets ikke alltid mulig av tekniske og praktiske årsaker.

I disse tilfellene kan en perfekt type oppvarming realiseres ved bruk av induksjonsoppvarming, hvor varmen også genereres i selve det oppvarmede legemet, noe som eliminerer unødvendig, vanligvis stort, energiforbruk i ovnens vegger eller i andre varmeelementer. Derfor, til tross for den relativt lave effektiviteten for å generere strømmer med økt og høy frekvens, er den totale effektiviteten til induksjonsoppvarming ofte høyere enn med andre oppvarmingsmetoder.

Induksjonsmetoden tillater også rask oppvarming av ikke-metalliske legemer jevnt gjennom hele tykkelsen.Den dårlige varmeledningsevnen til slike legemer utelukker muligheten for rask oppvarming av deres indre lag på vanlig måte, det vil si ved å tilføre varme fra utsiden. Ved induksjonsmetoden genereres varme på samme måte både i de ytre og i de indre, og det kan til og med være fare for overoppheting av sistnevnte dersom nødvendig varmeisolering av de ytre lagene ikke gjøres.

En spesielt verdifull egenskap ved induksjonsoppvarming er muligheten for en meget høy konsentrasjon av energi i den oppvarmede kroppen, lett tilgjengelig for nøyaktig dosering. Bare elektrisk lysbue samme rekkefølge av energitetthet kan oppnås, men denne oppvarmingsmetoden er vanskelig å kontrollere.

Egenskapene og de velkjente fordelene ved induksjonsoppvarming har skapt store muligheter for bruk i mange bransjer. I tillegg lar det deg lage nye typer strukturer som ikke er gjennomførbare for konvensjonelle varmebehandlingsmetoder.

En fysisk prosess

I induksjonsovner og enheter frigjøres varme i et elektrisk ledende oppvarmet legeme av strømmer indusert i det av et vekslende elektromagnetisk felt. På denne måten skjer direkte oppvarming her.

Induksjonsoppvarming av metaller er basert på to fysiske lover: Faraday-Maxwell-loven om elektromagnetisk induksjon og Joule-Lenz-loven. Metalllegemer (emner, deler osv.) plasseres vekslende magnetfelt, som vekker en virvelvind i dem elektrisk felt… EMF for induksjonen bestemmes av endringshastigheten til den magnetiske fluksen. Under påvirkning av induksjons-EMF flyter virvelstrømmer (lukket inne i kroppene) i kroppene og frigjør varme i henhold til Joule-Lenz-loven… Denne EMF er laget i metallet vekselstrøm, får den termiske energien som frigjøres av disse strømmene metall til å varme opp. Induksjonsoppvarming er direkte og berøringsfri. Den lar deg nå en temperatur som er tilstrekkelig til å smelte de mest ildfaste metaller og legeringer.

Intens induksjonsoppvarming er bare mulig i elektromagnetiske felt med høy intensitet og frekvens, som er skapt av spesielle enheter - induktorer. Induktorer drives av et 50 Hz-nettverk (industrielle frekvensinstallasjoner) eller av separate energikilder - mellom- og høyfrekvente generatorer og omformere.

Den enkleste induktoren til lavfrekvente indirekte induksjonsoppvarmingsenheter er en isolert ledning (forlenget eller kveil) plassert inne i et metallrør eller lagt på overflaten. Når strømmen flyter gjennom induktorledningen i røret, varmes den opp virvelstrømmer… Varme fra røret (kan også være en digel, beholder) overføres til det oppvarmede mediet (vann som strømmer gjennom røret, luft osv.).

Induksjonsoppvarming og herding av metaller

Den mest brukte direkte induksjonsoppvarming av metaller ved middels og høye frekvenser. For dette brukes induktorer med en spesiell design. Induktoren sender ut elektromagnetisk bølge, som faller på den oppvarmede kroppen og dør i den. Energien til den absorberte bølgen omdannes til varme i kroppen. Oppvarmingskoeffisienten er jo høyere jo nærmere formen på den utsendte elektromagnetiske bølgen (flat, sylindrisk, etc.) er kroppens form. Derfor brukes flate induktorer for oppvarming av flate legemer, sylindriske (solenoide) induktorer brukes til sylindriske arbeidsstykker.I det generelle tilfellet kan de ha en kompleks form på grunn av behovet for å konsentrere den elektromagnetiske energien i ønsket retning.

Et kjennetegn ved induksjonsenergiinngangen er evnen til å regulere det romlige arrangementet av strømningssonen virvelstrømmer.

Først flyter virvelstrømmer i området som dekkes av induktoren. Bare den delen av kroppen som er i magnetisk kontakt med induktoren blir oppvarmet, uavhengig av kroppens totale størrelse.

For det andre avhenger dybden av virvelstrømsirkulasjonssonen og derfor energifrigjøringssonen, blant andre faktorer, av frekvensen til induktorstrømmen (øker ved lave frekvenser og avtar med økende frekvens).

Effektiviteten til energioverføring fra induktoren til den oppvarmede strømmen avhenger av størrelsen på gapet mellom dem og øker etter hvert som det minker.

Induksjonsoppvarming brukes til overflateherding av stålprodukter, ved oppvarming for plastisk deformasjon (smiing, stempling, pressing, etc.), metallsmelting, varmebehandling (gløding, herding, normalisering, herding), sveising, lagdeling, metalllodding.

Indirekte induksjonsoppvarming brukes til oppvarming av prosessutstyr (rørledninger, beholdere, etc.), oppvarming av flytende medier, tørkende belegg, materialer (for eksempel tre). Den viktigste parameteren for induksjonsvarmeinstallasjoner er frekvensen. For hver prosess (overflateherding, ved oppvarming) er det et optimalt frekvensområde som gir de beste teknologiske og økonomiske indikatorene. Frekvenser fra 50 Hz til 5 MHz brukes til induksjonsoppvarming.

Fordeler med induksjonsvarme

1) Overføring av elektrisk energi direkte inn i den oppvarmede kroppen tillater direkte oppvarming av ledende materialer. I dette tilfellet økes oppvarmingshastigheten sammenlignet med installasjoner med indirekte virkning, hvor produktet kun varmes opp fra overflaten.

2) Overføring av elektrisk energi direkte inn i den oppvarmede kroppen krever ikke kontaktenheter. Det er praktisk i forholdene for automatisert produksjonsproduksjon, når vakuum og beskyttelsesmidler brukes.

3) På grunn av fenomenet overflateeffekt frigjøres maksimal kraft i overflatelaget til det oppvarmede produktet. Derfor gir induksjonsoppvarming under avkjøling rask oppvarming av overflatelaget til produktet. Dette gjør det mulig å oppnå en høy overflatehardhet på delen med et relativt viskøst medium. Induksjonsoverflateherding er raskere og mer økonomisk enn andre overflateherdingsmetoder.

4) Induksjonsoppvarming forbedrer i de fleste tilfeller produktiviteten og forbedrer arbeidsforholdene.

Induksjonssmelteovn

En induksjonsovn eller enhet kan betraktes som en type transformator der primærspolen (induktoren) er koblet til en vekselstrømkilde og selve det oppvarmede legemet fungerer som sekundærspolen.

Arbeidsprosessen til induksjonssmelteovner er preget av elektrodynamisk og termisk bevegelse av flytende metall i et bad eller digel, noe som bidrar til å oppnå metall med samme sammensetning og jevn temperatur gjennom hele volumet, samt lite metallavfall (flere ganger mindre) litt enn i lysbueovner).

Induksjonssmelteovner brukes i produksjon av støpegods, inkludert formet, fra stål, støpejern, ikke-jernholdige metaller og legeringer.

Induksjonssmelteovner kan deles inn i industrielle frekvenskanalovner og industrielle, middels og høyfrekvente smeltedigelovner.

En induksjonskanalovn er en transformator, vanligvis ved strømfrekvens (50 Hz). Sekundærviklingen til transformatoren er en smeltet metallvikling. Metallet er innelukket i en ringformet ildfast kanal.

Den viktigste magnetiske fluksen induserer en EMF i metallet i kanalen, EMF skaper en strøm, strømmen varmer opp metallet, derfor ligner en induksjonskanalovn på en transformator som opererer i kortslutningsmodus.

Induktorer til kanalovner er laget av langsgående kobberrør, det er vannkjølt, kanaldelen av ildstedet avkjøles av en vifte eller av et sentralisert luftsystem.

Kanalinduksjonsovner er designet for kontinuerlig drift med sjeldne overganger fra en metallklasse til en annen. Kanalinduksjonsovner brukes hovedsakelig til smelting av aluminium og dets legeringer, samt kobber og noen av dets legeringer. Andre serier av ovner er spesialisert som blandere for å holde og overopphete flytende jern, ikke-jernholdige metaller og legeringer før støping i støpeformer.

Driften av en induksjonsdigelovn er basert på absorpsjon av elektromagnetisk energi av en ledende ladning. Cellen er plassert inne i en sylindrisk spole - en induktor. Fra et elektrisk synspunkt er en induksjonsdigelovn en kortsluttet lufttransformator hvis sekundærvikling er en ledende ladning.

Induksjonssmeltedigelovner brukes hovedsakelig til smelting av støpemetaller i en batch-driftsmodus og, uavhengig av driftsmåte, for smelting av visse legeringer, for eksempel bronse, som påvirker foringen av kanalovner negativt.