Индукционные печи: плавка металлов (сталь, чугун, алюминий) без загрязнений. Энергоэффективный и контролируемый процесс. Современные литейные производства.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Электрическая печь с использованием индукционного нагрева
Electric furnace using induction heat
Индукционная печь – это электрическая печь, в которой тепло генерируется посредством индукционного нагрева металла. Мощность индукционных печей варьируется от менее одного килограмма до ста тонн и используется для плавления железа и стали, меди, алюминия и драгоценных металлов. Преимущество индукционной печи заключается в чистоте, энергоэффективности и точности управления процессом плавления по сравнению с большинством других способов плавления металлов. Большинство современных литейных предприятий используют этот тип печей, а многие железолитейные заводы заменяют мартеновские печи на индукционные для плавления чугуна, поскольку первые выделяют значительное количество пыли и других загрязняющих веществ. Индукционные печи не требуют наличия электрической дуги, как в электродуговых печах, или процесса горения, как в доменных печах. В результате температура загружаемого материала (материала, помещаемого в печь для нагрева, что не следует путать с электрическим зарядом) не превышает необходимой для его плавления, что может предотвратить потерю ценных легирующих элементов. Основным недостатком использования индукционной печи на литейном производстве является отсутствие возможности рафинирования: загружаемый материал должен быть свободен от оксидов и иметь известный химический состав, а некоторые легирующие элементы могут быть потеряны в результате окисления, поэтому их необходимо повторно добавлять в расплав.
An induction furnace is an electrical furnace in which the heat is applied by induction heating of metal. Induction furnace capacities range from less than one kilogram to one hundred tons, and are used to melt iron and steel, copper, aluminum, and precious metals. The advantage of the induction furnace is a clean, energy efficient and well controlled melting process, compared to most other means of metal melting. Most modern foundries use this type of furnace, and many iron foundries are replacing cupola furnaces with induction furnaces to melt cast iron, as the former emit much dust and other pollutants. Induction furnaces do not require an arc, as in an electric arc furnace, or combustion, as in a blast furnace. As a result, the temperature of the charge (the material entered into the furnace for heating, not to be confused with electric charge) is no higher than required to melt it; this can prevent the loss of valuable alloying elements. The one major drawback to induction furnace usage in a foundry is the lack of refining capacity: charge materials must be free of oxides and be of a known composition, and some alloying elements may be lost due to oxidation, so they must be re added to the melt.
Типы
В безъядерном типе металл помещают в тигель, окруженный водоохлаждаемой катушкой переменного тока. Канальная индукционная печь имеет контур из расплавленного металла, который образует одновитковую вторичную обмотку, проходящую через железный сердечник.
In the coreless type, metal is placed in a crucible surrounded by a water cooled alternating current solenoid coil. A channel type induction furnace has a loop of molten metal, which forms a single turn secondary winding through an iron core.
Операция
Индукционная печь состоит из непроводящего тигля, содержащего шихту металла, подлежащего расплавлению, окруженного катушкой медной проволоки. Через проволоку протекает мощный переменный ток. Катушка создает быстро меняющееся магнитное поле, которое проникает в металл. Магнитное поле индуцирует вихревые токи – круговые электрические токи – внутри металла посредством электромагнитной индукции. Вихревые токи, протекая через электрическое сопротивление металла, нагревают его за счет джоулева нагрева. В ферромагнитных материалах, таких как железо, материал также может нагреваться за счет магнитного гистерезиса – перемагничивания молекулярных магнитных диполей в металле. После расплавления вихревые токи вызывают интенсивное перемешивание расплава, обеспечивая хорошее смешение. Преимущество индукционного нагрева заключается в том, что тепло генерируется непосредственно в шихте печи, а не подводится сжигаемым топливом или другим внешним источником тепла, что особенно важно в приложениях, где требуется избежать загрязнения. Рабочие частоты варьируются от сетевой частоты (50 или 60 Гц) до 400 кГц и выше, обычно в зависимости от расплавляемого материала, объема печи и требуемой скорости плавления. Как правило, чем меньше объем расплава, тем выше частота, используемая в печи; это связано с глубиной проникновения, которая определяет расстояние, на которое переменный ток может проникнуть под поверхность проводника. При одинаковой проводимости более высокие частоты имеют меньшую глубину проникновения – то есть, меньше проникают в расплав. Низкие частоты могут создавать перемешивание или турбулентность в металле. Предварительно нагретая печь емкостью одна тонна может расплавить холодную шихту до готовности к выпуску металла в течение часа. Мощность источников питания варьируется от 10 кВт до 42 МВт, что соответствует размерам шихты от 20 кг до 65 тонн металла соответственно. Работающая индукционная печь обычно издает гул или свист (из-за колебаний магнитных сил и магнитострикции), высота тона которого может использоваться операторами для определения правильности работы печи или ее текущего уровня мощности.
An induction furnace consists of a nonconductive crucible holding the charge of metal to be melted, surrounded by a coil of copper wire. A powerful alternating current flows through the wire. The coil creates a rapidly reversing magnetic field that penetrates the metal. The magnetic field induces eddy currents, circular electric currents, inside the metal, by electromagnetic induction. The eddy currents, flowing through the electrical resistance of the bulk metal, heat it by Joule heating. In ferromagnetic materials like iron, the material may also be heated by magnetic hysteresis, the reversal of the molecular magnetic dipoles in the metal. Once melted, the eddy currents cause vigorous stirring of the melt, assuring good mixing. An advantage of induction heating is that the heat is generated within the furnace's charge itself rather than applied by a burning fuel or other external heat source, which can be important in applications where contamination is an issue. Operating frequencies range from utility frequency (50 or 60 Hz) to 400 kHz or higher, usually depending on the material being melted, the capacity (volume) of the furnace and the melting speed required. Generally, the smaller the volume of the melts, the higher the frequency of the furnace used; this is due to the skin depth which is a measure of the distance an alternating current can penetrate beneath the surface of a conductor. For the same conductivity, the higher frequencies have a shallow skin depth—that is less penetration into the melt. Lower frequencies can generate stirring or turbulence in the metal. A preheated, one ton furnace melting iron can melt cold charge to tapping readiness within an hour. Power supplies range from 10 kW to 42 MW, with melt sizes of 20 kg to 65 tons of metal respectively. An operating induction furnace usually emits a hum or whine (due to fluctuating magnetic forces and magnetostriction), the pitch of which can be used by operators to identify whether the furnace is operating correctly or at what power level.
Огнеупорная подкладка
При литье используется одноразовая огнеупорная футеровка.
There is a disposable refractory lining used during casting.