Induktionsopvarmning, hærdning og induktionssmeltning af metaller

Den mest perfekte type opvarmning er den, hvor varmen genereres direkte i det opvarmede legeme. Denne opvarmningsmetode er meget godt udført ved at føre en elektrisk strøm gennem kroppen. Men direkte - inklusion af et opvarmet legeme i et elektrisk kredsløb er ikke altid muligt af tekniske og praktiske årsager.

I disse tilfælde kan en perfekt type opvarmning realiseres ved hjælp af induktionsvarme, hvor varmen også genereres i selve det opvarmede legeme, hvilket eliminerer unødvendigt, normalt stort, energiforbrug i ovnens vægge eller i andre varmeelementer. På trods af den relativt lave effektivitet ved at generere strømme med øget og høj frekvens, er den samlede effektivitet af induktionsopvarmning ofte højere end med andre opvarmningsmetoder.

Induktionsmetoden tillader også hurtig opvarmning af ikke-metalliske legemer jævnt i hele deres tykkelse.Den dårlige termiske ledningsevne af sådanne legemer udelukker muligheden for hurtig opvarmning af deres indre lag på den sædvanlige måde, det vil sige ved at levere varme udefra. Ved induktionsmetoden genereres varme på samme måde både i de ydre lag og i de indre, og der kan endda være risiko for overophedning af sidstnævnte, hvis den nødvendige varmeisolering af de ydre lag ikke udføres.

En særlig værdifuld egenskab ved induktionsopvarmning er muligheden for en meget høj koncentration af energi i den opvarmede krop, let tilgængelig for nøjagtig dosering. Kun elektrisk lysbue den samme rækkefølge af energitæthed kan opnås, men denne opvarmningsmetode er svær at kontrollere.

Induktionsopvarmningens egenskaber og velkendte fordele har skabt brede muligheder for dens anvendelse i mange industrier. Derudover giver det dig mulighed for at skabe nye typer strukturer, der slet ikke er gennemførlige for konventionelle varmebehandlingsmetoder.

En fysisk proces

I induktionsovne og enheder frigives varme i et elektrisk ledende opvarmet legeme af strømme induceret i det af et vekslende elektromagnetisk felt. På den måde sker her direkte opvarmning.

Induktionsopvarmning af metaller er baseret på to fysiske love: Faraday-Maxwells lov om elektromagnetisk induktion og Joule-Lenz-loven. Metallegemer (emner, dele osv.) placeres vekslende magnetfelt, som vækker en hvirvelvind i dem elektrisk felt… Induktionens EMF bestemmes af ændringshastigheden af ​​den magnetiske flux. Under påvirkning af induktions-EMF strømmer hvirvelstrømme (lukket inde i kroppene) i kroppene og frigiver varme i henhold til Joule-Lenz-loven… Denne EMF er skabt i metallet vekselstrøm, får den termiske energi, der frigives af disse strømme, metal til at varme op. Induktionsopvarmning er direkte og berøringsfri. Det giver dig mulighed for at nå en temperatur, der er tilstrækkelig til at smelte de mest ildfaste metaller og legeringer.

Intens induktionsopvarmning er kun mulig i elektromagnetiske felter med høj intensitet og frekvens, som er skabt af specielle enheder - induktorer. Induktorer drives af et 50 Hz netværk (industrielle frekvensinstallationer) eller af separate energikilder - mellem- og højfrekvente generatorer og omformere.

Den enkleste induktor af lavfrekvente indirekte induktionsopvarmningsanordninger er en isoleret ledning (forlænget eller oprullet) placeret inde i et metalrør eller overlejret på dets overflade. Når strømmen løber gennem induktortråden i røret, opvarmes den hvirvelstrømme… Varme fra røret (kan også være en digel, beholder) overføres til det opvarmede medium (vand, der strømmer gennem røret, luft osv.).

Induktionsopvarmning og hærdning af metaller

Den mest udbredte direkte induktionsopvarmning af metaller ved mellem- og højfrekvenser. Til dette bruges induktorer med et specielt design. Induktoren udsender elektromagnetisk bølge, som falder på det opvarmede legeme og dør i det. Energien fra den absorberede bølge omdannes til varme i kroppen. Opvarmningskoefficienten er jo højere jo tættere formen af ​​den udsendte elektromagnetiske bølge (flad, cylindrisk osv.) er på kroppens form. Derfor bruges flade induktorer til opvarmning af flade legemer, cylindriske (solenoide) induktorer bruges til cylindriske emner.I det generelle tilfælde kan de have en kompleks form på grund af behovet for at koncentrere den elektromagnetiske energi i den ønskede retning.

Et kendetegn ved induktionsenergiinputtet er evnen til at regulere det rumlige arrangement af flowzonen hvirvelstrømme.

Først flyder hvirvelstrømme i det område, der er dækket af induktoren. Kun den del af kroppen, der er i magnetisk kontakt med induktoren, opvarmes, uanset kroppens samlede størrelse.

For det andet afhænger dybden af ​​hvirvelstrømscirkulationszonen og derfor energifrigivelseszonen blandt andre faktorer af frekvensen af ​​induktorstrømmen (stiger ved lave frekvenser og falder med stigende frekvens).

Effektiviteten af ​​energioverførsel fra induktoren til den opvarmede strøm afhænger af størrelsen af ​​afstanden mellem dem og stiger, når den falder.

Induktionsopvarmning bruges til overfladehærdning af stålprodukter, ved opvarmning til plastisk deformation (smedning, stempling, presning osv.), metalsmeltning, varmebehandling (udglødning, anløbning, normalisering, hærdning), svejsning, lagdeling, metallodning.

Indirekte induktionsopvarmning bruges til opvarmning af procesudstyr (rørledninger, beholdere osv.), opvarmning af flydende medier, tørring af belægninger, materialer (f.eks. træ). Den vigtigste parameter for induktionsvarmeinstallationer er frekvensen. For hver proces (overfladehærdning, ved opvarmning) er der et optimalt frekvensområde, der giver de bedste teknologiske og økonomiske indikatorer. Frekvenser fra 50 Hz til 5 MHz anvendes til induktionsopvarmning.

Fordele ved induktionsvarme

1) Overførsel af elektrisk energi direkte til det opvarmede legeme tillader direkte opvarmning af ledende materialer. I dette tilfælde øges opvarmningshastigheden sammenlignet med installationer med indirekte virkning, hvor produktet kun opvarmes fra overfladen.

2) Overførsel af elektrisk energi direkte ind i det opvarmede legeme kræver ikke kontaktanordninger. Det er praktisk under betingelserne for automatiseret fremstillingsproduktion, når der anvendes vakuum og beskyttelsesmidler.

3) På grund af fænomenet overfladeeffekt frigives den maksimale effekt i overfladelaget af det opvarmede produkt. Derfor giver induktionsopvarmning under afkøling hurtig opvarmning af produktets overfladelag. Dette gør det muligt at opnå en høj overfladehårdhed af delen med et relativt tyktflydende medium. Induktionsoverfladehærdning er hurtigere og mere økonomisk end andre overfladehærdningsmetoder.

4) Induktionsopvarmning forbedrer i de fleste tilfælde produktiviteten og forbedrer arbejdsforholdene.

Induktionssmelteovn

En induktionsovn eller enhed kan opfattes som en type transformer, hvor den primære spole (induktoren) er forbundet med en vekselstrømkilde, og selve det opvarmede legeme fungerer som den sekundære spole.

Arbejdsprocessen for induktionssmelteovne er kendetegnet ved elektrodynamisk og termisk bevægelse af flydende metal i et bad eller digel, hvilket bidrager til at opnå metal med samme sammensætning og dets ensartede temperatur i hele volumen, samt lavt metalspild (flere gange mindre) lidt end i lysbueovne).

Induktionssmelteovne bruges til fremstilling af støbegods, herunder formede, af stål, støbejern, ikke-jernholdige metaller og legeringer.

Induktionssmelteovne kan opdeles i industrielle frekvenskanalovne og industrielle, mellem- og højfrekvente digelovne.

En induktionskanalovn er en transformer, normalt ved strømfrekvens (50 Hz). Den sekundære vikling af transformeren er en smeltet metalvikling. Metallet er indesluttet i en ringformet ildfast kanal.

Den vigtigste magnetiske flux inducerer en EMF i kanalens metal, EMF skaber en strøm, strømmen opvarmer metallet, derfor ligner en induktionskanalovn en transformer, der arbejder i kortslutningstilstand.

Induktorer af kanalovne er lavet af langsgående kobberrør, det er vandkølet, kanaldelen af ​​ildstedet afkøles af en ventilator eller af et centraliseret luftsystem.

Kanalinduktionsovne er designet til kontinuerlig drift med sjældne overgange fra en metalklasse til en anden. Kanalinduktionsovne bruges hovedsageligt til smeltning af aluminium og dets legeringer samt kobber og nogle af dets legeringer. Andre serier af ovne er specialiserede som blandere til at holde og overophede flydende jern, ikke-jernholdige metaller og legeringer før støbning i støbeforme.

Driften af ​​en induktionsdigelovn er baseret på absorption af elektromagnetisk energi af en ledende ladning. Cellen er placeret inde i en cylindrisk spole - en induktor. Fra et elektrisk synspunkt er en induktionsdigelovn en kortsluttet lufttransformator, hvis sekundære vikling er en ledende ladning.

Induktionsdigelovne bruges hovedsageligt til smeltning af trykstøbningsmetaller i en batch-driftsmåde og, uanset driftsformen, til smeltning af visse legeringer, såsom bronze, som negativt påvirker beklædningen af ​​kanalovne.