Принцип работы и устройство
Индукционно-плавильная печь представляет собой электротермическое оборудование, предназначенное для плавки материалов за счёт индукционного нагрева. Этот метод основан на возбуждении электрических токов в электропроводящих материалах под действием переменного электромагнитного поля. Ключевым элементом, создающим это поле, является нагревательный индуктор. Он состоит из индуктирующего провода, формирующего электромагнитное поле, и токопроводов для подключения к источнику питания.
Электромагнитное поле генерируется токами различной частоты: низкой (промышленная частота 50 Гц), средней (до 10 кГц) и высокой (свыше 10 кГц). Для питания индукторов, как правило, применяются специальные преобразователи или ламповые генераторы. Индукционный нагрев считается одним из наиболее эффективных способов преобразования электрической энергии в тепловую.
История и классификация
Широкое промышленное применение индукционных плавильных печей началось в XX веке. Существует две основные модификации таких печей: тигельная и канальная, различающиеся по конструкции и принципу действия.
Тигельные индукционные печи
Тигельная печь состоит из индуктора-соленоида, который изготавливается из медной трубки с водяным охлаждением. Внутри индуктора размещается тигель — ёмкость для расплава, которую делают из графита, стали или других материалов в зависимости от свойств расплавляемого металла.
Такие печи используются для плавки широкого спектра материалов: от драгоценных металлов до стали, чугуна, алюминия, меди и магния. Ёмкость тигля может варьироваться от нескольких килограммов до сотен тонн. Конструктивно печи могут быть открытыми, вакуумными, компрессионными или газонаполненными. Питание осуществляется токами низкой, средней или высокой частоты.
Канальные индукционные печи
Канальная печь имеет более сложную конструкцию и состоит из плавильной ванны и индукционной единицы. Последняя включает в себя индуктор, магнитный сердечник и подовый (или родовой) камень. Главное отличие от тигельного типа заключается в том, что преобразование электромагнитной энергии в тепловую происходит в специальном канале тепловыделения, который должен быть постоянно заполнен электропроводящим материалом.
При первом запуске в этот канал заливают расплавленный металл или помещают шаблон из будущего шихтового материала. После завершения плавки металл из печи сливают не полностью, оставляя так называемую «болото» в канале для следующей плавки. Конструкция часто предусматривает съёмные индукционные единицы, что позволяет заменять изношенный подовый камень. Канальные печи в основном применяются для плавки чугуна, цветных металлов и их сплавов.
Характеристики и перспективы
Основной технической характеристикой для обоих типов печей является ёмкость, которая может достигать от сотен килограммов до нескольких сотен тонн. Питание осуществляется переменным током различной частоты.
Плавка в индукционных печах характеризуется высокой производительностью и отличным качеством получаемого металла. Благодаря этому их используют не только для переплава, но и для хранения и перегрева жидкого металла перед разливкой. Дальнейшее развитие конструкций индукционно-плавильных печей направлено на повышение их производительности, качества плавки и расширение областей применения.