Тема 1.3.3 индукционный нагрев в печах с железным сердечником и в тигельных печах (без железного сердечника)

Принцип действия индукционных печей заключается в выделении джоулевого тепла при протекании по проводнику индуктированного (наведенного) в нем тока.

Индукционные печи можно рассматривать как трансформатор (либо воздушный – тигельный, либо с железным сердечником). Его первичной обмоткой является индуктор, внутри которого помещен нагреваемый или расплавляемый металл, играющий роль вторичной обмотки и одновременно нагрузки. Через индуктор пропускают переменный ток, создающий переменное магнитное поле. Это поле наводит (индуктирует) в нагреваемом металле вихревые токи, вследствие чего в нем выделяется тепло.

Преимущества:

- в отличие от дуговой печи, отсутствуют такие источники загрязнения, как электроды;

- можно осуществлять нагрев металла на любую глубину, а также осуществлять местный нагрев деталей;

- высокая производительность, вследствие небольшой продолжительности нагрева;

-индукционные печи могут быть полностью автоматизированны.

Недостатки:

- высокая стоимость печей;

- низкая температура шлака, затрудняющая процесс рафинирования металла в печи.

КАНАЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Канальные печи с железным сердечником применяются для плавки цветных тяжелых и легких металлов и сплавов с низкой температурой плавления.

В этих печах вокруг индуктора с замкнутым магнитопроводом (сердечником) выкладывают концентрический узкий кольцевой канал из огнеупорного материала. Канал должен быть заполнен расплавленным металлом, чтобы образовать замкнутое электропроводное кольцо. Сердечник обеспечивает большой магнитный поток, что позволяет на таких печах работать с промышленной частотой 50 Гц.

ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Тигельные печи без сердечника. Расплавляемый или подогреваемый металл находится в керамическом тигле, помещенном внутри многовиткового цилиндрического индуктора. В этом случае применять сердечник не возможно, что увеличивает магнитный поток и требует соответствующего увеличения частоты электромагнитного поля, поэтому эти печи работают на токах высокой частоты до 440 тыс. Гц, что удорожает печную установку.

Эти индукционные печи применяются для плавки легированных и низколегированных сталей и чугунов. Емкость от 6 кг по стали и до 600 т по чугуну.

Тема 1.3.4 дуговой и плазменный нагревы

В дуговых и плазменных электрических печах источником тепла служит электрическая дуга, представляющая собой один из видов газообразного разряда. Необходимое условие возникновения и горения дуги – частичная ионизация газа в пространстве между электродами.

В дуговых печах применяют электроды следующего типа: угольные обожженные, угольные самоспекающиеся, графитированные, вольфрамовые.

Плазма – это электропроводящая среда из смеси электронов, нейтральных и ионизированных атомов и молекул газа, образующаяся в промежутке между электродами, в зоне дуги.

Основная характеристика плазмы – степень ее ионизации, то есть отношение числа заряженных частиц к их общему количеству. В зависимости от степени ионизации различают:

• «холодную» (низкотемпературную. Применяется в дуговых печах и для нагрева с температурой до 50000 К) плазму со степенью ионизации около 1;

• «горячую» (высокотемпературную. Температура плазмы составляет сотни тысяч градусов) плазму со степенью ионизации близкой к 100.

В плазменных установках используют различного типа плазматроны, в которых нагреваемый газ проходит через промежуток между электродами и превращается в плазму. Плазма с высокой температурой используется для плавления металлов и для осуществления химических реакций (восстановление, окисление).