Промышленные плавильные печи нашли активное применение на предприятиях черной и цветной металлургии. Они позволяют обрабатывать металлы, выполнять их плавку, нагревать металлические заготовки при необходимости. Производится такое оборудование из жаропрочных материалов. В современном производстве наиболее распространены индукционные вакуумные печи, работа которых базируется на воздействии высокочастотных токов. Рассмотрим подробнее разные виды печей для плавки, в частности индукционные установки.
Индукционная печь для плавки металла
Содержание:
- Виды промышленных печей для плавки металла
- Вакуумная индукционная печь
- Индукционная печь для плавки металла
- Индукционная печь для плавки драгметаллов
Виды промышленных печей для плавки металла
По источнику тепловой энергии оборудование классифицируют на:
- Пламенные (энергия берется вследствие сжигания топлива; в зависимости от его вида устройства могут быть твердотопливными, газовыми, жидкотопливными);
- Электрические.
Виды промышленных печей для плавки металла
Второй вид установок заслуживает более детального рассмотрения. В свою очередь он также делится на несколько групп:
- Печи сопротивления (электроэнергия трансформируется в тепловую энергию вследствие прохождения тока через проводник, который включен в электрическую цепь);
- Дуговые (переход электроэнергии в тепловую энергию осуществляется за счет дуги, которая горит в вакууме или газовой среде; в устройствах прямого действия дуговой разряд проходит между электродами и непосредственно обрабатываемым чугуном или сталью; в установках косвенного действия разряд проходит между электродами на определенном расстоянии от обрабатываемых металлов, преимущественно цветных, а тепло достигает их поверхности благодаря излучению);
- Индукционные (электроэнергия трансформируется в тепло в материалах, размещенных в переменном магнитном поле вследствие появления в них токов Фуко);
- Электронно-лучевые (переход энергии из электрической в тепловую является результатом столкновения электронного потока, ускорившегося в вакуумированной среде, с поверхностью металла; приоритет – плавка чистых тугоплавких металлов);
- Инфракрасного нагревания (тепло возникает за счет использования излучателей энергии инфракрасного спектра).
Вакуумная индукционная печь
Среди всех индукционных печей наибольшим спросом пользуется вакуумная. Это герметичная установка, в которой обеспечивается создание разрежения над поверхностью материала, расплавленного в тигле.
Вакуумная индукционная печь
Вакуумная плавка в индукционных печах имеет следующие преимущества:
- Применение шихты в любом состоянии (куски, лом, брикеты и пр.);
- Продолжительная выдержка жидкого металла в глубоко вакуумированной среде;
- Возможность контролировать и регулировать температурные показатели и химсостав материала в процессе плавки;
- Управление интенсивностью раскисления и рафинирования.
Различают установки периодического и полунепрерывного действия. У первых после каждого расплавления происходит разгерметизация корпуса. Во вторых можно выполнять некоторое количество плавок, не открывая корпус. В таких устройствах замена изложниц осуществляется через люк разгрузочной камеры, которая отделена от корпуса специальным механизмом. Соединяет их вакуумный привод.
Вместительность оборудования может составлять до 30 т. Его используют для изготовления прочной стали, чугуна, цветных металлов и сплавов, отличающихся жаростойкостью, жаропрочностью.
Индукционная печь для плавки металла
Главное назначение установки заключается в плавке цветных металлов (бронзы, алюминия, меди, золота и пр.) и черных металлов (чугуна, стали и т.д.). За работу оборудования отвечает индуктор, в поле которого возникает ток, нагревающий и расплавляющий металл. Иными словами, сначала на материал воздействует электромагнитное поле, затем ток, после этого начинается тепловая обработка. Проанализируем этот процесс более детально.
Индукционная печь для плавки металла
Благодаря генератору в индукторе появляется переменный ток. Индуктор с конденсатором формируют колебательный контур, который настроен на рабочую частоту. Магнитное поле может быть свободным в пространстве или замкнутым. Воздействуя на металл, оно создает магнитный поток. Затем происходит индуцирование вторичного тока. При условии цельного магнитного поля ток замыкается в обрабатываемом сырье, где создается ток Фуко или вихревой ток. Энергия, достигнутая с использованием индуктора и магнитного поля, обеспечивает нагрев шихты.
Различают канальное и тигельное оборудование. В первом требуется предварительное заполнение канала расплавом. Во втором шихта размещается в тиглях, специально реализованных в обмотке индуктора. При нагревании расплава до нужных показателей тигель вынимают и заправляют новой порцией смеси исходных материалов.
Среди ключевых достоинств тигельных печей стоит выделить следующие:
- Выделение энергии в загрузке, без срединных нагревателей;
- Повышенная скорость нагрева шихты, обеспечиваемая малой теплопропускаемостью тигля и активным движением расплава в нем;
- Равность температуры по всей камере, невозможность локальных перегревов и, как следствие, получение сплавов с однородным химсоставом;
- Возможность формирования окислительной, восстановительной, нейтральной среды (при этом само давление не столь существенно);
- Повышенная производительность;
- Удаление всего металла из тигля при необходимости;
- Сравнительно незначительная масса футеровки, что способствует сокращению тепловой инерции за счет минимизации тепла, собираемого футеровкой;
- Быстрый переход между сплавами разных марок;
- Простое и беспроблемное обслуживание, контроль над производственными процессами и управление ими;
- Возможность проведения механизации, автоматизации работ;
- Минимизация загрязнения атмосферы.
Индукционная печь для плавки драгметаллов
Драгметаллы в таких печах плавятся в тигле, изготовленном из графита. Тигель с размещенным в нем золотом вставляют в установку. Порядок загрузки определяется величиной и состоянием шихты (куски больших размеров, брикеты, мелкие кусочки, стружка и пр.), составом и температурными показателями элементов, содержащихся в сплаве.
Индукционная печь для плавки драгметаллов
Если плавится однородный материал, всю шихту можно загружать в одно и то же время, но только при условии обеспечения быстрого ее нагрева. Во всех других случаях первыми загружают крупноразмерные куски, а по мере их плавления добавляют и более мелкие компоненты. При изготовлении сплавов из золота, серебра сначала на дно тигля загружают серебро, а затем на него насыпают золото. Если их куски примерно одинаковы по размеру, то расплавляют их одновременно. Если золото легируется медью, то плавку рекомендуется начинать с золота.
Процесс плавки драгоценных металлов в таком оборудовании состоит из нескольких этапов. На первом этапе в тигель помещают шихту. После этого на контур с индуктором и конденсаторами подается ток с вихревого теплогенератора. Индукционные токи сначала обеспечивают разогрев, а потом и плавку материалов. И, наконец, на последнем этапе после достижения требуемых температурных показателей жидкий металл разливают в формы при отключенном транзисторном генераторе высоких частот.
Высокая скорость плавки, один из самых высоких коэффициентов полезного действия, высочайшая чистота и однородность расплава золота, стали, латуни, свинца позволяют индукционным печам уверенно удерживать лидирующие позиции в списке наиболее востребованных промышленных плавильных печей.
