Литейные вакуумные индукционные печи. Выплавка в вакуумной печи жаропрочных сплавов

Вакуумная печь — это устройство, которое в первую очередь предназначено для образования внутри системы высокой температуры. Проделывается весь этот путь, для того, чтобы достичь оптимальных условий для плавки металла в вакууме с помощью энергии электрической дуги.

Навигация:

Если говорить о том, где задействуются подобные устройства, то на данный момент вакуумные печи нашли свое применение во многих отраслях производства, где они играют одни из самых важных ролей. К примеру, вакуумные печи нашли свое применение в таких отраслях, как:

Ракетостроение
Космическая промышленность
Атомная энергетика
Металлургия

Все эти отрасли требуют качественной выплавки высококачественных сталей, которые смогут выдерживать самые трудные погодные условия. А без участия вакуумных печей, достичь подобной кондиции попросту невозможно.

Также можно рассмотреть главные преимущества вакуумной печи, которых на самом деле огромное количество. Пройдя через вакуумную печь, в сплаве остается минимальное содержание газов и неметаллических веществ.

Благодаря качественной конструкции вакуумных печей, а именно отдельных её элементов, удалось достичь максимальной прочности агрегата. Этот фактор позволяет достигать внутри системы максимальных температур, вплоть до 2000 градусов. При этом, сплавы являются действительно очень качественными и не содержат в себе каких-то нежеланных элементов. А сами печи, вне зависимости от ценовой категории никаким образом не портятся и остаются все такими же эффективными.

Но стоит отметить тот факт, что вакуумная печь, цена которой довольно высока — это не такой часто встречаемый продукт, и купить подобный агрегат будет весьма проблематично.

Дуговая печь

В отличие от обычной вакуумной печи, дуговая печь работает по мене запутанному алгоритму, но результаты, которые она предоставляет, ничем не уступают обычной версии вакуумной печи. Но стоит напомнить, что у этих печей абсолютно разное предназначение и каждая из них выполняет собственные задачи.

Дуговая печь работает за счет теплового эффекта электрической дуги, который приводит в действие весь механизм. Главная задача этого агрегата — это плавка металла, но кроме него, печь в силах справится и с другими материалами, и показывает себя в этом только с лучшей стороны.

Дуговые печи имеют три версии сборки, из-за чего их и разделили на три отдельных категории.

Печи прямого нагрева — электрическая дуга находится посредине двух электродов и находится под воздействием расплавленных металлов.
Печи с закрытой дугой — материал, который поддается нагреву, находится внутри, в полном окружении электродов. Что касается дуги, то в этом устройстве, она разместилась под нагреваемым материалом. С помощью излучения, дуга воздействует на материал внутри системы, придавая ему все условия для быстрой плавки, в то время как электрический ток проходит внутри расплавленного метала
Печи косвенного нагрева — Этот тип системы подразумевает более интересный способ работы, так как здесь электрическая дуга, находится в активном режиме только между электродами. Что касается тепла от дуги, то оно поступает посредством излучения.

Индукционная печь

Индукционные печи в плане внешнего вида не особо отличаются от своих собратьев, но что касается технологии работы, то здесь отличия просто кардинальные. В какой-то мере можно сказать, что именно индукционные плавильные печи — это прорыв в отрасли плавки металлов, так как технология плавильной печи устроена таким образом, что нагревается не сам агрегат, а лишь материал который в нем находится, так как электрическая энергия направленна исключительно на материал внутри системы.

Вакуумная индукционная плавильная печь, использует нагрев токами, высочайшей частоты, которые позволяют реализовать возможность создания наибольшей концентрации электрической энергии. Она же в свою очередь, направляется на метал, который находится в плавильной печи. Также большим плюсом является то, что подобная технология позволяет проводить нагрев намного быстрее, чем обычные печи. А это значит, что предприятия, которые используют именно индукционные плавильные печи, имеют возможность значительно увеличить эффективность труда, что принесет дополнительный доход.

Вакуумная термическая печь

Вакуумная термическая печь, как собственно и другие её вариации, также нашла свое применение во многих производственных отраслях и на данный момент используется многими предприятиями. Если говорить о самых известных отраслях, в которых на данный момент термическая печь является важнейшим звеном, то сюда можно отнести такие отрасли, как:

Авиационная промышленность
Космическая промышленность
Машиностроение

Все эти отрасли являются довольно распространёнными в нашей стране, и все они используют в своей работе вакуумную термообработку деталей, без которой они будут попросту не пригодны для работы. После термообработки, любая деталь покрывается небольшим покрытием, которое в будущем и служит надежным защитником от воздействия окружающей среды.

Что касается ценовой категории вакуумных термических печей — то это действительно дорогой агрегат, купить который будет довольно проблематично. Обычному человеку это возможно сделать, если он найдет самую маленькую версию печи подобного типа, которых на рынке не так много. Зачастую вакуумные термические печи используются большими предприятиями, которым требуется устройство, которое сможет давать хорошие показатели работоспособности и при этом работать сутками без остановки.

Водородная печь

Если говорить о наиболее качественной и надежной печи, то без каких-либо сомнений можно сказать, что таковой является водородная печь, имеющая наибольший спектр функций, которые позволяют ей справляться с самыми разными задачами. Не стоит также забывать и о характеристиках подобного агрегата, так как они действительно отличаются от того, что можно увидеть у вакуумных печах других вариаций.

Дополнительные процессы отжига и пайки, позволяют деталям обеспечить по-настоящему качественное соединение. Вакуумные водородные печи, также отличатся абсолютной автоматизацией и не требуют никакой человеческой помощи. Для долгой и качественной работы, надо лишь правильно настроить агрегат, после чего он будет выполнять все в точности с заданными параметрами.

Водородные печи выпускаются в самых различных вариациях в точном числе и в плане габаритов есть самые разные модели. А это значит, что человек, который хочет себе подобное устройство, имея нужную сумму денег, может без каких-либо преград купить себе подобный агрегат. Но все-таки намного чаще он используется на различных производствах, где он выполняет одну из важнейших функций.

По сути, сравнивать все эти печи – это довольно странная затея, так как все они имеют свое предназначение и выполняют отдельные функции. Но все-таки, если сравнивать их в плане производительности, то лучше всего себя показывает именно вакуумная водородная печь, демонстрируя отличное качество и скорость работы, которая значительно выше, чем у других печей вакуумного типа.

В металлургической промышленности широко применяются индукционные печи. Такие печи нередко изготавливают самостоятельно. Для этого необходимо знать их принцип работы и конструктивные особенности. Принцип работы таких печей был известен еще два столетия назад.

Индукционные печи способны решать следующие задачи:

Плавка металла.
Термообработка металлических деталей.
Очистка драгоценных металлов.

Такие функции имеются в промышленных печах. Для бытовых условий и обогрева помещения существуют печи специальной конструкции.

Принцип действия

Работа индукционной печи заключается в нагревании материалов путем использования свойств вихревых токов. Чтобы создать такие токи применяется специальный индуктор, который состоит из катушки индуктивности с несколькими витками провода большого поперечного сечения.

К индуктору подводится сеть питания переменного тока. В индукторе переменный ток создает магнитное поле, которое меняется с частотой сети, и пронизывает внутреннее пространство индуктора. При помещении какого-либо материала в это пространство, в нем возникают вихревые токи, осуществляющие его нагревание.

Вода в работающем индукторе нагревается и кипит, а металл начинает плавиться при достижении соответствующей температуры. Условно можно разделить индукционные печи на типы:

Печи с магнитопроводом.
Без магнитопровода.

Первый тип печей содержит индуктор, заключенный в металл, что создает особый эффект, повышающий плотность магнитного поля, поэтому нагревание осуществляется качественно и быстро. В печах без магнитопровода индуктор находится снаружи.

Виды и особенности печей

Индукционные печи можно разделить на виды, которые обладают своими особенностями работы и отличительными признаками. Одни служат для работ в промышленности, другие применяются в быту, для приготовления пищи.

Вакуумные индукционные печи

Такая печь предназначена для плавки и литья сплавов индукционным методом. Она состоит из герметичной камеры, в которой расположена тигельная индукционная печь с литейной формой.

В вакууме можно обеспечить совершенные металлургические процессы, получать качественные отливки. В настоящее время вакуумное производство перешло на новые технологические процессы из непрерывных цепочек в вакуумной среде, которая дает возможность создавать новые изделия, и уменьшать издержки производства.

Достоинства вакуумной плавки

Жидкий металл можно выдерживать в вакууме длительное время.
Повышенная дегазация металлов.
В процессе плавки можно производить дозагрузку печи и воздействовать на процесс рафинирования и раскисления в любое время.
Возможность постоянного контроля и регулировки температуры сплава и его химического состава во время работы.
Высокая чистота отливок.
Быстрый нагрев и скорость плавки.
Повышенная гомогенность сплава из-за качественного перемешивания.
Любая форма сырья.
Экологическая чистота и экономичность.

Принцип действия вакуумной печи состоит в том, что в тигле, находящемся в вакууме с помощью индуктора высокой частоты плавят твердую шихту и очищают жидкий металл. Вакуум создается путем откачки воздуха насосами. При вакуумной плавке достигается большое снижение водорода и азота.

Канальные индукционные печи

Печи с электромагнитным сердечником (канальные) широко применяются в литейном производстве для цветных и черных металлов в качестве раздаточных печей, миксеров.

1 — Ванна
2 — Канал
3 — Магнитопровод
4 — Первичная катушка

Переменный магнитный поток проходит по магнитопроводу, контуру канала в виде кольца из жидкого металла. В кольце возбуждается электрический ток, который разогревает жидкий металл. Магнитный поток образуется первичной обмоткой, работающей от переменного тока.

Чтобы усилить магнитный поток, используется замкнутый магнитопровод, который выполнен из трансформаторной стали. Пространство печи соединяется двумя отверстиями с каналом, поэтому при наполнении печи жидким металлом создается замкнутый контур. Печь не сможет работать без замкнутого контура. В таких случаях сопротивление контура большое, и в нем течет малый ток, который назвали током холостого хода.

Вследствие перегрева металла и действия магнитного поля, которое стремится вытолкнуть металл из канала, жидкий металл в канале постоянно движется. Так как металл в канале нагрет выше, чем в ванне печи, то металл постоянно поднимается в ванну, из которой поступает металл с меньшей температурой.

Если металл слить ниже допустимой нормы, то жидкий металл будет выбрасываться из канала электродинамической силой. В итоге произойдет самопроизвольное выключение печи и разрыв электрического контура. Чтобы избежать таких случаев печи оставляют некоторое количество металла в жидком виде. Его называют болотом.

Канальные печи разделяют на:

Плавильные печи.
Миксеры.
Раздаточные печи.

Чтобы накопить некоторое количество жидкого металла, усреднения химического состава его и выдержки, используют миксеры. Объем миксера рассчитывают равным не ниже двукратной часовой выработки печи.

Канальные печи разделяют на классы по расположению каналов:

Вертикальные.
Горизонтальные.

По форме рабочей камеры:

Барабанные индукционные печи.
Цилиндрические индукционные печи.

Барабанная печь выполнена в виде стального сварного цилиндра с двумя стенками на торцах. Для поворота печи применяются приводные ролики. Чтобы повернуть печь, необходимо включить привод электродвигателя с двумя скоростями и цепной передачей. Двигатель имеет пластинчатые тормоза.

На торцевых стенках есть сифон для заливки металла. Для загрузки присадок и снятия шлаков имеются отверстия. Также для выдачи металла имеется канал. Канальный блок состоит из индуктора печи с V-образными каналами, сделанными в футеровке при помощи шаблонов. При первой же плавки эти шаблоны расплавляются. Обмотка и сердечник охлаждаются воздухом, корпус блока охлаждается водой.

Если канальная печь имеет другую форму, то выдача металла осуществляется с помощью наклона ванны гидроцилиндрами. Иногда металл выдавливают избыточным давлением газа.

Достоинства канальных печей

Малый расход электроэнергии вследствие малых потерь тепла ванны.
Повышенный электрический КПД индуктора.
Малая стоимость.

Недостатки канальных печей

Сложность регулировки химического состава металла, так как наличие оставленного жидкого металла в печи создает трудности при переходе от одного состава к другому.
Малая скорость движения металла в печи уменьшает возможности технологии плавки.

Конструктивные особенности

Каркас печи изготавливается из листовой стали с низким содержанием углерода толщиной от 30 до 70 мм. Внизу каркаса есть окна с присоединенными индукторами. Индуктор выполнен в виде стального корпуса, первичной катушки, магнитопровода и футеровки. Его корпус сделан разъемным, а части изолированы между собой прокладками для того, чтобы части корпуса не создавали замкнутый контур. В противном случае будет создаваться вихревой ток.

Магнитопровод выполнен из пластин специальной электротехнической стали 0,5 мм. Пластины изолированы между собой для снижения потерь от вихревых токов.

Катушка изготавливается из медного проводника сечением, зависящим от тока нагрузки и метода охлаждения. При воздушном охлаждении допустимый ток 4 ампера на мм 2 , при охлаждении водой допустимый ток 20 ампер на мм 2 . Между футеровкой и катушкой монтируют экран, который охлаждается водой. Экран изготовлен из магнитной стали или меди. Для отведения тепла от катушки монтируют вентилятор. Чтобы получить точные размеры канала, применяют шаблон. Он выполнен в виде полой стальной отливки. Шаблон ставится в индуктор до того момента, пока не будет заполнения огнеупорной массой. Он находится в индукторе при разогреве и сушке футеровки.

Для футеровки применяют огнеупорные массы влажного и сухого вида. Влажные массы используют в виде набивных или заливных материалов. Заливные бетоны используют при сложной форме индуктора, если нельзя уплотнить массу по всему объему индуктора.

Такой массой наполняют индуктор и уплотняют вибраторами. Сухие массы уплотняют вибраторами высокой частоты, набивные массы уплотняют пневматическими трамбовками. Если в печи будет выплавляться чугун, то футеровку выполняют из оксида магния. Качество футеровки определяется по температуре охлаждающей воды. Наиболее эффективным методом проверки футеровки является проверка по значению индуктивного и активного сопротивления. Эти измерения проводятся с помощью контрольных приборов.

В электрооборудование печи входит:

Трансформатор.
Батарея конденсаторов для компенсации потерь электрической энергии.
Дроссель для подсоединения 1-фазного индуктора к 3-фазной сети.
Щиты управления.
Кабели питания.

Чтобы печь нормально функционировала, к питанию подключают на 10 киловольт, который имеет на вторичной обмотке 10 ступеней напряжения для регулировки мощности печи.

Набивочные материалы футеровки содержат:

48% сухого кварца.
1,8% кислоты борной, просеянной через мелкое сито с ячейками 0,5 мм.

Массу для футеровки готовят в сухом виде с помощью смесителя, и последующей просевкой через сито. Приготовленная смесь не должна храниться более 15 часов после подготовки.

Футеровку тигля производят с помощью уплотнения вибраторами. Электрические вибраторы используются для футеровки больших печей. Вибраторы погружают в пространство шаблона и производят уплотнение массы через стенки. При уплотнении вибратор передвигают краном и вертикально вращают.

Тигельные индукционные печи

Основными компонентами тигельной печи являются индуктор и генератор. Для изготовления индуктора используется медная трубка в виде намотанных 8-10 витков. Формы индукторов могут выполняться различных видов.

Этот вид печи наиболее распространенный. В конструкции печи нет сердечника. Распространенная форма печи представляет собой цилиндр из огнестойкого материала. Тигель находится в полости индуктора. К нему подводится питание переменного тока.

Преимущества тигельных печей

Энергия выделяется при загрузке материала в печь, поэтому вспомогательные нагревательные элементы не нужны.
Достигается высокая однородность многокомпонентных сплавов.
В печи можно создать реакцию восстановления, окисления, независимо от величины давления.
Высокая производительность печей из-за повышенной удельной мощности на любых частотах.
Перерывы в плавке металла не влияют на эффективность работы, так как для разогрева не требуется много электроэнергии.
Возможность любых настроек и простая эксплуатация с возможностью автоматизации.
Нет местных перегревов, температура выравнивается по всему объему ванны.
Быстрое плавление, позволяющее создать качественные сплавы с хорошей однородностью.
Экологическая безопасность. Внешняя среда не подвергается никакому вредному воздействию печи. Плавка также не оказывает вреда природе.

Недостатки тигельных печей

Малая температура шлаков, применяющихся для обработки зеркала расплава.
Малая стойкость футеровки при резких температурных перепадах.

Несмотря на имеющиеся недостатки, тигельные индукционные печи получили большую популярность на производстве и в других областях.

Индукционные печи для отопления помещения

Чаще всего такая печь устанавливается в помещении кухни. В ее конструкции основной частью является сварочный инвертор. Конструкция печи обычно совмещается с водонагревательным котлом, который дает возможность для отопления всех помещений в здании. Также есть возможность подключения подачи горячей воды в здание.

Эффективность работы такого устройства небольшая, однако, нередко такое оборудование все-таки применяется для отопления дома.

Конструкция нагревающей части индукционного котла подобна трансформатору. Наружный контур – это обмотки своеобразного трансформатора, которые подключаются к сети. Второй контур внутренний – это устройство обмена теплом. В нем происходит циркуляция теплоносителя. При подключении питания катушка создает переменное . В итоге внутри теплообменника индуцируются токи, которые осуществляют его нагревание. Металл нагревает теплоноситель, который обычно состоит из воды.

На таком же принципе основана работа бытовых индукционных плит, в которых в качестве вторичного контура выступает посуда из специального материала. Такая плита намного экономичнее обычных плит из-за отсутствия тепловых потерь.

Водонагреватель котла оснащен устройствами управления, которые дают возможность поддержания температуры теплоносителя на определенном уровне.

Отопление электроэнергией является дорогим удовольствием. Оно не может создать конкуренцию с твердым топливом и газом, дизельным топливом и сжиженным газом. Одним из методов снижения расходов является установка теплоаккумулятора, а также подключение котла в ночное время, так как ночью чаще всего действует льготное начисление за электричество.

Для того, чтобы принять решение об установке индукционного котла для дома, необходимо получить консультацию у профессиональных специалистов по теплотехнике. У индукционного котла практически нет преимуществ перед обычным котлом. Недостатком является высокая стоимость оборудования. Обычные котел с ТЭНами продается уже готовым к установке, а индукционный нагреватель требует дополнительного оборудования и настройки. Поэтому, прежде чем приобрести такой индукционный котел, необходимо произвести тщательный экономический расчет и планировку.

Футеровка индукционных печей

Процесс футеровки необходим для обеспечения защиты корпуса печи от воздействия повышенных температур. Она дает возможность значительно сократить потери тепла, увеличить эффективность плавки металла или нагрева материала.

Для футеровки применяют кварцит, являющийся модификацией кремнезема. К материалам для футеровки предъявляются некоторые требования.

Такой материал должен обеспечить 3 зоны состояний материала:

Монолитная.
Буферная.
Промежуточная.

Только наличие трех слоев в покрытии способно защитить кожух печи. На футеровку отрицательно влияет неправильная укладка материала, плохое качество материала и тяжелые условия работы печи.

Мы уже рассказывали об индукционной технологии . Заведения общественного питания всё чаще оснащают свои кухни индукционными плитами и духовыми шкафами. Несмотря на высокую стоимость такого оборудования, преимущества от его использования вполне очевидны.

Нашла применение эта технология и в сфере, совсем не связанной с приготовлением пищи - металлургии . Индукционные печи успешно применяются не только в промышленной плавке металла (где постепенно приходят на смену традиционным печам), но и активно используются на небольших металлургических предприятиях.

Технология

Как мы уже знаем, в индукционных установках (и плавильные печи не исключение) нагрев объекта(-ов) происходит благодаря действию электромагнитного поля. Однако плавка металла - процесс высокотехнологичный , и потому установки для него имеют свои конструкционные и технологические особенности.

Состоит индукционная печь из индуктора, каркаса, камеры (тигеля) для нагрева (плавки), вакуумной системы (опционально) и механизмов наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве. Плавильный тигель, обычно, имеет удобную цилиндрическую форму и выполнен из огнеупорного материала. Распложен он в полости индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Плавится металлическая шихта, помещенная в тигель, за счет поглощения электромагнитной энергии.

Достоинства и недостатки

Главным достоинством, безусловно, является отсутствие в процессе нагрева промежуточных стадий . Тепло сразу передается объекту. Это экономит и время, и электроэнергию.

Печь быстро плавит мелкую шихту. При этом температура в камере распределяется равномерно без местных перегревов. Тем самым обеспечивается однородность химического состава в многокомпонентных сплавах.

Одна из отличительных особенностей индукционной печи - возможность создания в установке любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной). И это при любом давлении .

Наконец, оптимальная форма тигля и его хорошая защита от термических и механических повреждений позволяют полностью сливать расплавленный металл из установки.

Индукционные печи отличает простота и удобство в управлении, регулировке, обслуживании. А возможность автоматизации основных процессов делает эти установки весьма высокопроизводительными.

Из недостатков специалисты выделяют только два момента. Во-первых, низкую температуру шлаков , передаваемых на расплав для его технологической обработки. Дело в том, что шлак в установке разогревается от металла и, следовательно, его температура всегда ниже. Во-вторых, у небольших (компактных) установок слабым местом является футеровка (термостойкость и защита от механических повреждений). При высоких температурах расплава во время полного слива металла может происходить резкое колебание температуры футировки .

Виды печей

На самом деле их много, т. к. эти установки находят свое применение в самых различных областях. К примеру, в стоматологии и ювелирном производстве. Поэтому мы расскажем только о наиболее востребованных видах.

Современные индукционные печи способны плавить металл от 5 кг до нескольких десятков тонн. Говорить о промышленных вариантах смысла не имеет. Такие мощные комплексы - тема для отдельного материала. А вот о компактных установках, доступных небольшим фирмам, поговорим подробнее.

Индукционные тигельные печи до 200 кг плавки

Эти установки с транзисторным преобразователем используются для плавки от 5 до 200 кг цветных металлов и от 5 до 100 кг черных металлов. Их главное достоинство - мобильность. При необходимости они легко переставляются с места на место.

Печи комплектуются универсальным среднечастотным транзисторным высоковольтным преобразователем. Поэтому, если есть ограничения по подключаемой мощности, то её можно легко отрегулировать.

Применяются установки для нагрева массивных деталей перед кузнечной обработкой либо их глубокой закалки . Ну и, конечно, для плавки металлов. Графитовые тигли используются для плавки стекла, кремния, а также стали и чугуна, которые обладают ферромагнитными свойствами. Керамические тигли - для плавки меди, латуни, бронзы, золота и серебра. Стальные и чугунные тигли используются для плавки алюминия.

Вообще, КПД такой печи доходит до 98%. Время плавки - не более 1 часа. Сталь, выплавленная в индукционной установке (и даже компактной), на 30% крепче, выплавленной в обычной печи за счет более высокой однородности сплава.

Однако нельзя не сказать о некоторых недостатках. Из-за небольшой толщины тигля и, как уже говорилось выше, проблем с футеровкой происходит быстрая потеря тепла . Профессионалы советуют на малых установках производить плавку как можно быстрее, а последующую плавку желательно на горячем тигле. Другим неудобством является отсутствие в комплекте поставки системы водоохлаждения. Её, к сожалению, придется приобретать отдельно.

Тем не менее, по мнению специалистов, приобретение ИП с весом плавки до 200 кг - это один из лучших вариантов начала собственного металлургического дела или расширения уже существующего.

Вакуумные индукционные печи до 200 кг плавки

Печи с вакуумной обработкой металла применяются для образования сплавов точного химического состава. Полученная в них высококачественная сталь используется в продукции с высокой добавленной стоимостью.

Плавка в вакууме позволяет получить более чистые металлы и сплавы. Происходит это, во-первых, за счет интенсивного удаления газов и примесей, которые входят в состав исходных материалов. Во-вторых, за счет почти полного слияния присаживаемых компонентов с расплавливаемым материалом. Тогда как при воздушной плавке часть компонентов теряется.

Наибольшее распространение сегодня получили вакуумные печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха. Их основные преимущества: возможность заливки металла в любое число изложниц или форм, удобство наблюдения за процессом разливки благодаря неподвижности смотровых окон и др.

Современные вакуумные печи имеют различные приспособления, позволяющие без нарушения вакуума производить различные технологические операции. Например, бункер для дополнительных порций шихты, дозаторы для введения в тигель в определенном порядке присадочных материалов, устройства для измерения температуры жидкого металла термопарой и для взятия его проб, скребки для зачистки тигля после слива металла и пр.

Не стоит пугаться сложности освоения установок. На самом деле технологии в производстве индукционных печей достигли такого уровня, что ИП способны работать безостановочно 24 часа, а квалификация оператора может быть минимальной.

Резюме

Производителей индукционных плавильных печей множество. Но лидером, и в этом нет ничего удивительного, является Китай . Поднебесная уже давно занимает мировое первенство по производству металлопроката. Не уступает, а в чем-то даже и превосходит китайское оборудование модельный ряд российских производителей. Наше Отечество, безусловно, также сильно своими металлургическими достижениями, поэтому потенциальному покупателю выбирать есть из чего.

Цены на печи примерно одинаковы и начинаются от 250 тысяч рублей . При этом не стоит бояться отсутствия каких-либо гарантий на китайское оборудование. Не тот случай. Здесь как раз всё в порядке. На ИП есть и гарантия и даже сервис-центры по всему миру.

Индукционная печь используется для плавки цветных и черных металлов. Агрегаты такого принципа действия применяют в следующих сферах: от тончайшего ювелирного дела до промышленной плавки металлов в крупных размерах. В данной статье будут рассмотрены особенности различных индукционных печей.

Индукционные печи для плавки металла

Принцип работы

Индукционный нагрев положен в основу действия печи. Другими словами, электрический ток образовывает электромагнитное поле и получается тепло, которое используется в промышленных масштабах. Этот закон физики изучается в последних классах общеобразовательной школы. Но понятие электрического агрегата и электромагнитных индукционных котлов нельзя путать. Хоть в основе работы и там и тут лежит электричество.

Как это происходит

Генератор подключается к источнику переменного тока, который поступает в него через индуктор, находящийся внутри. Конденсатор задействуется для создания контура колебания, в основе которого лежит постоянная рабочая частота, на которую настраивается система. При возрастании напряжения в генераторе до предела в 200 В индуктор создает магнитное поле переменного действия.

Замыкание цепи происходит, чаще всего, посредством сердечника из ферромагнитного сплава. Переменное магнитное поле начинает взаимодействие с материалом заготовки и создает мощный поток электронов. После вступления в индукционное действие электропроводящего элемента в системе происходит возникновение остаточного напряжения , которое в конденсаторе способствует возникновению вихревого тока. Энергия вихревого тока преобразовывается в тепловую энергию индуктора и происходит нагревание до высоких температур плавления искомого металла.

Тепло, производимое индуктором, применяют:

для расплавления мягких и твердых металлов;
для закаливания поверхности металлических деталей (например, инструмента);
для обработки в термическом режиме уже произведенных деталей;
бытовых потребностей (обогрев и кулинария).

Краткая характеристика различных печей

Разновидности приборов

Индукционные тигельные печи

Является наиболее распространенным типом печного индукционного нагрева. Отличительной чертой, отличной от других видов является то, что в ней переменное магнитное поле появляется при отсутствии стандартного сердечника. Тигель в форме цилиндра размещается внутри индукторной полости . Печь, или тигель изготавливается из материала, который прекрасно сопротивляется огню и подключается к переменному электрическому току.

Положительные аспекты

Тигельные агрегаты относят к экологически чистым источникам тепла , окружающая среда не загрязняется от плавки металлов.

В работе тигельных печей присутствуют недостатки:

при технологической обработке используются шлаки пониженной температуры;
произведенная футеровка тигельных печей имеет низкую стойкость против разрушения, больше всего это заметно при резких скачках температур.

Имеющиеся недостатки не представляют особенных трудностей, достоинства тигельного индукционного агрегата для плавки металла очевидны и сделали такой тип приборов популярным и востребованным среди широкого круга потребителей.

Канальные печи индукционной плавки

Такой тип нашел широкое применение в плавильном деле цветных металлов. Эффективно используется для меди и медных сплавов на основе латуни, мельхиора, бронзы. Активно плавят в канальных агрегатах алюминий, цинк и сплавы в составе этих металлов. Широкое использование печей этого типа ограничено из-за невозможности выполнить футеровку, стойкую к разрушениям, на внутренних стенках камеры.

Расплавленный металл в канальных печах индукционного типа совершает тепловое и электродинамическое движение , что обеспечивает постоянную однородность смешивания компонентов сплава в печной ванне. Использование канальных печей индукционного принципа оправдано в случаях, если к расплавленному металлу и изготовленным слиткам предъявляются особые требования. Сплавы получаются качественными в плане коэффициента насыщения газами, присутствия в металле органических и синтетических примесей.

Индукционные канальные печи работают по типу миксера и предназначаются для выравнивания состава, поддержки постоянной температуры процесса, и выбора скорости разлива в кристаллизаторы или формы. Для каждого сплава и состава литья существуют параметры специальной шихты.

Достоинства

подогревание сплава происходит в нижней части, к которой нет воздушного доступа, что уменьшает испарение с верхней поверхности, нагретой до минимальной температуры;
канальные печи относят к экономичным индукционным печам, так как происходящее расплавление обеспечивается маленьким расходом электрической энергии;
печь имеет высокий коэффициент полезного действия благодаря применению в работе замкнутого контура магнитного провода;
постоянная циркуляция в печи расплавленного металла вызывает ускорение плавильного процесса и способствует однородности перемешивания компонентов сплава.

Недостатки

стойкость каменной внутренней футеровки снижается при использовании высоких температур;
футеровка разрушается при плавлении химически агрессивных сплавов из бронзы, олова и свинца.
при плавлении загрязненной низкосортной шихты происходит засорение каналов;
поверхностный шлак на ванне не нагревается до высокой температуры, что не позволяет проводить операции в промежутке между металлом и укрытием и расплавлять стружку и скрап;
канальные агрегаты плохо переносят перерывы в работе, что заставляет постоянно хранить в жерле печи значительное количество жидкого сплава.

Полное удаление расплавленного металла из печи ведет к ее быстрому растрескиванию. По этой же причине невозможно выполнить быструю перестройку с одного сплава на другой , приходится делать несколько промежуточных плавок, получивших название балластных.

Вакуумные печи индукционного действия

Этот вид имеет широкое применение для плавления сталей высокого качества и никелевых, кобальтовых и железных сплавов жаростойкого качества. Агрегат успешно справляется с плавкой цветных металлов. В вакуумных агрегатах варят стекло, обрабатывают высокой температурой детали, производят монокристаллы .

Печь относят к высокочастотному генератору, расположенному в изолированном от внешней среды индукторе, пропускающем ток высокой частоты. Для создания вакуума из него насосами откачивают воздушные массы. Все операции по введению добавок, загрузке шихты, выдаче металла производится автоматическими механизмами с электрическим или гидравлическим управлением. Из вакуумных печей получают сплавы с небольшими примесями кислорода, водорода, азота, органики. Результат намного превосходит открытые печи индукционного действия.

Жаропрочную сталь из вакуумных печей применяют в инструментальном и оружейном производстве . Некоторые сплавы из никеля, с содержанием никеля и титана являются химически активными, и получить их в других видах печей проблематично. Вакуумные печи выполняют розлив металла поворотом тигеля во внутреннем пространстве кожуха или вращением камеры с неподвижно закрепленной печью. Некоторые модели имеют в дне открывающееся отверстие для слива металла в установленную емкость.

Тигельные печи с транзисторным преобразователем

Применяют для ограниченного веса цветных металлов. Они мобильные, имеют небольшой вес и с легкостью переставляются с места на место. В комплектацию печи входит высоковольтный транзисторный преобразователь универсального действия . Позволяет подобрать мощность, рекомендуемую для подключения в сети, а соответственно ей тип преобразователя, который необходим в этом случае с изменением параметров веса сплава.

Транзисторная индукционная печь широко применяется для металлургической обработки. С ее помощью нагревают детали в кузнечном деле, закаляют металлические предметы. Тигли в транзисторных печах выполняют из керамики или графита, первые предназначены плавить ферромагнитные металлы, такие как чугун или сталь. Графит устанавливается для плавления латуни, меди, серебра, бронзы и золота. На них плавят стекло и кремний. Алюминий хорошо плавится посредством чугунных или стальных тиглей.

Что такое футеровка печей индукционного действия

Ее предназначение состоит в защите печного кожуха от разрушающего действия высоких температур. Побочным действием является сохранение тепла, следовательно, повышается результативность процесса .

Тигель в конструкции индукционной печи выполняется одним из способов:

способом выемки в маленьких по объему печах;
набивным способом из огнеупорного материала в виде кладки;
комбинированным, сочетающим керамику и прокладку буферного слоя в промежутке кладки и индикатора.

Футеровка выполняется из кварцита, корунда, графита, шамотного графита, магнезита. Во все эти материалы домешивают добавки, улучшающих характеристики футеровки, уменьшающих изменения объема, улучшающих спекание, увеличивающие стойкость слоя к агрессивным материалам.

Для выбора того или иного материала для футеровки учитывают ряд сопутствующих условий , а именно, вид металла, цену и огнеупорные свойства тигля, срок службы состава. Правильно подобранный состав футеровки должен обеспечить технические требования для проведения процесса:

получение слитков высокого качества;
наибольшее количество полноценной плавки без проведения ремонтных работ;
безопасную работу специалистов;
стабильность и непрерывность проведения плавильного процесса;
получение качественного материала при использовании экономного количества ресурсов;
применение для футеровки распространенных материалов по невысокой цене;
минимальное влияние на окружающее пространство.

Применение индукционных печей позволяет получить сплавы и металлы отменного качества с минимальным содержанием различных примесей и кислорода, что повышает их применение в сложных областях производства.

Вакуумные плавильные печи используются для получения металлов и сплавов высочайшего качества. Низкое давление в пространстве рабочей камеры позволяет резко снизить содержание газов в слитке без применения защитных сред.

Область применения индукционных печей

Вакуумные печи используются во многих технологических процессах:

плавка металлов и сплавов: тугоплавких, жаропрочных, высоколегированных;

спекание изделий из легкоокисляющихся металлов;

дегазация жидких металлов и других материалов;

термообработка металлов (закалка, отпуск, отжиг);

нанесение покрытий посредством осаждения испаряемых металлов и пр.

Основные типы вакуумных печей

Наиболее распространенными видами вакуумных печей являются:

дуговые: применяются для выплавки нержавеющих, электротехнических и других высококачественных сталей, тугоплавких металлов (титан, цирконий, тантал и пр.);

плазменные: предназначены для плавления высокореакционных и тугоплавких металлов;

индукционные: их можно отнести к оборудованию широкого применения. Наибольшее распространение получили вакуумные плавильные индукционные печи с наклоняемым тиглем. Их используют на крупных металлургических заводах для плавки качественных и высоколегированных сталей и их разливки в изложницы.

Стандартные типоразмеры плавильных печей

По габаритам вакуумные плавильные печи делятся на лабораторные (емкостью до 50-100 кг) и промышленные. Однако подобная классификация весьма условна: существует множество моделей промышленного значения с рабочим объемом всего в 10-20 кг.

Принцип действия индукционных промышленных печей

Несмотря на конструктивные особенности разных видов вакуумных плавильных печей, работают они по единому принципу: в огнеупорном тигле, помещенном в вакуумную камеру, при помощи нагревательного элемента металл расплавляется (или нагревается жидкий), рафинируется и легируется. Процесс завершается отливкой фасонных изделий или простых слитков.

По принципу действия вакуумные плавильные печи делятся на три группы:

полунепрерывного действия;

непрерывного действия;

периодического действия.

Плавильные промышленные печи полунепрерывного действия не требуют систематической разгерметизации. В них меняют изложницы при помощи камер, отделяемых от основной шиберами. Такие же шлюзовые устройства используются и для загрузки печи. Устройства полунепрерывного действия применяются в промышленности. Благодаря их конструктивным особенностям:

огнеупорная футеровка тиглей находится в благоприятных условиях, так как она не подвергается перепадам температур;

отпадает необходимость откачки воздуха перед началом новой плавки, что весьма положительно сказывается на производительности печи;

в камере до минимума сведено образование окислов металлов, а, следовательно, и загрязнение последующей плавки уменьшается.

В плавильных промышленных печах периодического действия шлюзы не предусмотрены. Чтобы вынуть изложницу или загрузить шихту, приходится каждый раз разгерметизировать корпус и открывать вакуумную камеру. По такому принципу работают лабораторные печи.

Главными преимуществами вакуумных печей являются:

экономическая выгода: вместо дорогостоящих инертных газов используется низкое давление в камере;

высокая степень очистки металла;

возможность осуществлять строгий контроль химсостава и температуры расплава на любой стадии технологического процесса;

защита нагревательных элементов от окисления, что позволяет повышать рабочую температуру.

Стоимость вакуумных плавильных индукционных печей и других моделей достаточно высокая, но затраты быстро окупаются в процессе их эксплуатации.