Fémek indukciós hevítése, edzése és indukciós olvasztása

A legtökéletesebb fűtési mód az, amelyben a hő közvetlenül a felmelegedett testben keletkezik. Ez a fűtési módszer nagyon jól használható elektromos áram átvezetésével a testen. Közvetlen azonban - a fűtött test elektromos áramkörbe való beépítése technikai és gyakorlati okokból nem mindig lehetséges.

Ezekben az esetekben egy tökéletes fűtési mód valósítható meg indukciós fűtéssel, ahol magában a fűtött testben is keletkezik a hő, ami kiküszöböli a felesleges, általában nagy energiafelhasználást a kemence falaiban vagy más fűtőelemekben. Ezért a megnövelt és nagyfrekvenciás áramok előállításának viszonylag alacsony hatásfoka ellenére az indukciós fűtés általános hatásfoka gyakran magasabb, mint a más fűtési módszerekkel.

Az indukciós módszer lehetővé teszi a nem fémes testek gyors felmelegedését is, egyenletesen a teljes vastagságukban.Az ilyen testek rossz hővezető képessége kizárja a belső rétegeik gyors felmelegedését a szokásos módon, azaz kívülről történő hőellátással. Az indukciós módszernél a külső és a belső rétegekben azonos módon keletkezik hő, sőt ez utóbbiak túlmelegedésének veszélye is fennállhat, ha nem történik meg a külső rétegek szükséges hőszigetelése.

Az indukciós fűtés különösen értékes tulajdonsága a nagyon magas energiakoncentráció lehetősége a fűtött testben, amely könnyen alkalmazható a pontos adagolásra. Csak elektromos ív ugyanilyen nagyságrendű energiasűrűség érhető el, de ez a fűtési mód nehezen szabályozható.

Az indukciós fűtés jellemzői és jól ismert előnyei számos iparágban széles körű alkalmazási lehetőséget teremtettek. Ezenkívül lehetővé teszi olyan új típusú szerkezetek létrehozását, amelyek a hagyományos hőkezelési módszerekkel egyáltalán nem megvalósíthatók.

Fizikai folyamat

Az indukciós kemencékben és berendezésekben az elektromosan vezető fűtött testben a hőt a benne váltakozó elektromágneses tér által indukált áramok szabadítják fel. Ily módon itt közvetlen fűtés történik.

A fémek indukciós melegítése két fizikai törvényen alapul: az elektromágneses indukció Faraday-Maxwell törvénye és a Joule-Lenz törvény. Fémtestek (nyersdarabok, alkatrészek stb.) kerülnek elhelyezésre váltakozó mágneses tér, ami forgószelet kavar bennük elektromos mező… Az indukció EMF-jét a mágneses fluxus változási sebessége határozza meg. Az indukciós EMF hatására örvényáramok (a testek belsejében zárva) áramlanak a testekben, hő szabadul fel a Joule-Lenz törvény szerint… Ez az EMF a fémben jön létre váltakozó áram, az ezen áramok által felszabaduló hőenergia hatására a fém felmelegszik. Az indukciós fűtés közvetlen és érintésmentes. Lehetővé teszi olyan hőmérséklet elérését, amely elegendő a tűzálló fémek és ötvözetek megolvasztásához.

Intenzív indukciós fűtés csak nagy intenzitású és frekvenciájú elektromágneses mezőkben lehetséges, amelyeket speciális eszközök - induktorok - hoznak létre. Az induktorokat 50 Hz-es hálózat (ipari frekvenciaberendezések) vagy külön energiaforrások – közép- és nagyfrekvenciás generátorok és konverterek – táplálják.

A kisfrekvenciás indirekt indukciós fűtőberendezések legegyszerűbb induktora egy fémcső belsejében elhelyezett vagy a felületére ráhelyezett szigetelt vezeték (hosszabbított vagy tekercselt). Ahogy az áram átfolyik a csőben lévő induktor vezetéken, az felmelegszik légörvény… A csőből (lehet tégely, tartály is) a hő a fűtött közegbe kerül (a csövön átfolyó víz, levegő stb.).

Fémek indukciós hevítése és edzése

A fémek legszélesebb körben alkalmazott közvetlen indukciós melegítése közepes és magas frekvencián. Ehhez speciális kialakítású induktorokat használnak. Az induktor kibocsát elektromágneses hullám, ami a felhevült testre esik és belehal. Az elnyelt hullám energiája a testben hővé alakul. A fűtési együttható annál nagyobb, minél közelebb van a kibocsátott elektromágneses hullám alakja (lapos, hengeres stb.) a test alakjához. Ezért a lapos testek melegítésére lapos tekercseket, a hengeres munkadarabokhoz hengeres (szolenoid) induktorokat használnak.Általában összetett formájúak lehetnek, mivel az elektromágneses energiát a kívánt irányba kell koncentrálni.

Az indukciós energiabevitel jellemzője az áramlási zóna térbeli elrendezésének szabályozása légörvény.

Először is, örvényáramok áramlanak az induktor által lefedett területen. A testnek csak az a része melegszik, amely mágnesesen érintkezik az induktorral, függetlenül a test teljes méretétől.

Másodszor, az örvényáramú keringési zóna és így az energiakibocsátási zóna mélysége többek között az induktoráram frekvenciájától is függ (alacsony frekvenciákon növekszik és a frekvencia növekedésével csökken).

Az induktorból a fűtött áramba történő energiaátvitel hatékonysága a köztük lévő rés méretétől függ, és csökkenésével növekszik.

Az indukciós hevítést acéltermékek felületedzésére, hevítéssel képlékeny alakváltozásra (kovácsolás, sajtolás, préselés stb.), fémolvasztásra, hőkezelésre (hevítés, temperálás, normalizálás, edzés), hegesztésre, rétegezésre, fémforrasztásra használják.

A közvetett indukciós fűtést technológiai berendezések (csővezetékek, tartályok stb.) fűtésére, folyékony közegek melegítésére, bevonatok, anyagok (például fa) szárítására használják. Az indukciós fűtési rendszerek legfontosabb paramétere a frekvencia. Minden folyamathoz (felületedzés, hevítéssel) van egy optimális frekvenciatartomány, amely a legjobb technológiai és gazdasági mutatókat biztosítja. Az indukciós fűtéshez 50 Hz és 5 MHz közötti frekvenciákat használnak.

Az indukciós fűtés előnyei

1) Az elektromos energia közvetlenül a fűtött testbe történő átvitele lehetővé teszi a vezető anyagok közvetlen melegítését. Ebben az esetben a fűtési sebesség megnő a közvetett hatású berendezésekhez képest, ahol a terméket csak a felületről melegítik.

2) Az elektromos energia közvetlenül a fűtött testbe történő átviteléhez nincs szükség érintkező eszközökre. Kényelmes az automatizált gyártási gyártás körülményei között, amikor vákuumot és védőeszközöket használnak.

3) A felületi hatás jelensége miatt a maximális teljesítmény a felmelegített termék felületi rétegében szabadul fel. Ezért a hűtés során az indukciós melegítés a termék felületi rétegének gyors felmelegítését biztosítja. Ez lehetővé teszi az alkatrész nagy felületi keménységének elérését viszonylag viszkózus közeggel. Az indukciós felületedzés gyorsabb és gazdaságosabb, mint a többi felületedzési módszer.

4) Az indukciós fűtés a legtöbb esetben javítja a termelékenységet és javítja a munkakörülményeket.

Indukciós olvasztó kemence

Az indukciós kemence vagy készülék olyan transzformátornak tekinthető, amelyben a primer tekercs (tekercs) váltóáramú forráshoz van csatlakoztatva, és maga a fűtött test szolgál szekunder tekercsként.

Az indukciós olvasztókemencék munkafolyamatát a folyékony fém elektrodinamikai és termikus mozgása jellemzi fürdőben vagy tégelyben, ami hozzájárul ahhoz, hogy azonos összetételű és a térfogatban egyenletes hőmérsékletű fémet kapjanak, valamint alacsony fémhulladékot (többször kevesebbet). valamivel, mint az ívkemencékben).

Az indukciós olvasztókemencéket acélból, öntöttvasból, színesfémekből és ötvözetekből öntvények előállítására használják, beleértve az öntvényeket is.

Az indukciós olvasztókemencék ipari frekvenciacsatornás kemencékre és ipari, közepes és nagyfrekvenciás olvasztótégelyes kemencékre oszthatók.

Az indukciós csatorna kemence egy transzformátor, általában teljesítményfrekvencián (50 Hz). A transzformátor szekunder tekercse olvadt fém tekercs. A fém egy gyűrű alakú tűzálló csatornába van zárva.

A fő mágneses fluxus EMF-et indukál a csatorna fémében, az EMF áramot hoz létre, az áram felmelegíti a fémet, ezért az indukciós csatornás kemence hasonló a rövidzárlatos üzemmódban működő transzformátorhoz.

A csatornás kemencék induktorai hosszirányú rézcsőből készülnek, vízhűtésesek, a kandalló csatornás részét ventilátor vagy központi levegőrendszer hűti.

A csatornás indukciós kemencéket folyamatos működésre tervezték, ritka átmenetekkel az egyik fémosztályból a másikba. A csatornás indukciós kemencéket elsősorban alumínium és ötvözeteinek, valamint réz és egyes ötvözeteinek olvasztására használják. A kemencék más sorozatai keverőként specializálódtak folyékony vas, színesfémek és ötvözetek megtartására és túlhevítésére az öntödei formákba öntés előtt.

Az indukciós tégelyes kemence működése az elektromágneses energia vezető töltés általi elnyelésén alapul. A cellát egy hengeres tekercsbe helyezik - egy induktorba. Elektromos szempontból az indukciós tégely kemence egy rövidre zárt légtranszformátor, amelynek szekunder tekercselése vezető töltés.

Az indukciós tégelyes kemencék főként fémnyomásos öntvények olvasztására szolgálnak szakaszos üzemmódban, és a működési módtól függetlenül bizonyos ötvözetek, például bronzok olvasztására, amelyek hátrányosan befolyásolják a csatornakemencék bélését.