Индукционная печь для плавки металла своими руками

Алан-э-Дейл       31.10.2022 г.

Особенности индукционных печей

Этот тип оборудования обладает определенными характерными чертами, которые являются как преимуществами, так и недостатками.

Так как распределение металла должно быть равномерным, полученный материал характеризуется хорошей однородной массой. Этот тип печи работает за счет транспортировки энергии по зонам, при этом представлена и функция фокусировки энергии. Для использования доступны такие параметры, как емкость, рабочая частота и способ футеровки, а также регуляция температуры, при которой происходит плавление металла, что заметно облегчает рабочий процесс. Имеющийся технологический потенциал печи создает высокий темп плавки, устройства являются экологически чистыми, совершенно безопасными для человека и готовыми к работе в любой момент.

Самым заметным недостатком такого оборудования является сложность его чистки. Так как нагревание шлака происходит исключительно за счет тепла, выделяемого металлом, этой температуры не хватает для обеспечения его полноценного использования. Высокая разница в температуре металла и шлака не позволяет делать процесс удаления отходов максимально простым. В качестве еще одного недостатка принято выделять зазор, из-за которого требуется всегда уменьшать толщину футеровки. Из-за таких действий спустя некоторое время она может оказаться неисправной.

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.

Индукционные плиты

Ее поверхность выполнена из стеклокерамики, а число электрических конфорок равно четырем. На радиаторе — диодный мост и IGBT-транзистор.
На опоры устанавливает лист плексигласа. Обязательно при работе с электричеством следует соблюдать правила техники безопасности, особенно это касается сетей переменного тока напряжением В.
В случае если посуда соответствует правилам, а комфорта все равно не работает, активируйте тестовую проверку температурного датчика и замените его при необходимости.
Как только изделие становится на рабочую поверхность, появляются индукционные токи, нагревающие сковородки, кастрюли и прочие изделия для приготовления пищи. Это не то чтобы недостаток, я сам ненавижу, например, алюминиевую посуду. Поверхность выполнена из пластика. Прежде чем приступать к самостоятельному монтажу изделия, нужно учесть сечение, мощность фаз и количество проводов силового кабеля между варочной поверхностью и домашним распределительным устройством.
Если производитель не включил такую информацию в руководство по эксплуатации, следует предположить что если 4 конфорки будут включены в максимальный уровень нагрева, индукционная панель будет потреблять около Вт энергии суммарно. Внешний вид.

Индукционные плиты


Мощный алюминиевый радиатор — 3,5 кВт выходного каскада надо как то охлаждать, соответственно можно предположить, что работа индукционной плиты совсем уж не такая и холодная, тепло с радиатора все равно выкидывается наружу, а значит, повышает окружающую температуру. Все какие можно надписи — по-украински. Закрепляет под столешницей двигатель.

Принцип работы нагревательных элементов — индукционный. Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. Возможна ситуация, когда диаметр кастрюли сковороды меньше диаметра нагреваемой зоны.

Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы. Профессиональная печь Сквара Sif 4. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов. В обычных электрических плитах изначально происходит разогрев включенной конфорки.
Устройство индукционной печки

Инструкция по изготовлению индукционного нагревателя

Чтобы осуществить переделку сварочного оборудования в индукционную печь, необходимо подготовить расходные детали и инструменты

Также важно подготовить чертежи и придерживаться инструкции по сборке

Простое изделие на основе сварочного инвертора

Для изготовления простого, но эффективного нагревателя, можно использовать сварочный инвертор. Процесс изготовления достаточно простой:

  1. Для начала нужно взять толстостенную полимерную трубку.
  2. С торцевой части трубы стоит установить разводку и 2 вентиля, а внутрь засыпать куски стальной проволоки небольшого диаметра и размера (5 мм).
  3. Закрепить верхний вентиль.
  4. Выполнить 90 витков медной проволокой для сборки индуктора.

В качестве генератора используется сварочный аппарат, а роль нагревателя играет трубка с проволокой. Аппарат устанавливается в режим переменного тока с повышенной частотой.

В процессе нагрева происходит излучение магнитного поля и прогревание проволоки вихревыми потоками. Это вызывает закипание жидкости.

Экспериментальная модель нагревателя мощностью 1600 Вт

Для сборки экспериментального оборудования мощностью 1,6 кВт потребуется подготовить металлическую трубу с толстыми стенками. Поскольку катушка без особых сложностей сможет прогреть любой материал, можно усовершенствовать нагреватель.

Корпус можно изготовить из пластиковой трубы, которая обладает большим диаметром, чем элемент системы отопления. Оптимальная длина изделия составляет 1 м, а внутреннее сечение – 50-80 мм.

Чтобы подключить нагреватель к оборудованию, потребуется закрепить переходники сверху и снизу корпуса. Нижняя секция закрывается решеткой, а затем внутрь корпуса помещают наполнитель из небольших металлических частиц.

Для обмотки подходит медный провод с изоляцией сечением 1-1,5 мм. Использование более толстой проволоки неоправданно, поскольку это усложнит плотное расположение витков.

Печь для нагрева металла

Из-за повышенной пожарной безопасности метод индукции применяется в металлургии. Собрать нагреватель для обработки металлических заготовок можно из подручных средств. Для предстоящих работ потребуется подготовить:

  1. 12-вольтный аккумулятор.
  2. Медную обмоточную проволоку.
  3. Пленочные конденсаторы.
  4. Транзисторы и диоды.
  5. Кольца блока питания от персонального компьютера.

Индукционная печь из сварочного инвертора.

Последующая сборка производится по такой инструкции:

На радиаторы охлаждения устанавливаются транзисторы. Во время использования прибор интенсивно нагревается, поэтому лучше подготовить крупные радиаторы.
Изготавливаются дроссели. Для их сборки применяют медную проволоку и кольца блока питания ПК

Важно следить, чтобы межвитковое расстояние оставалось идентичным на каждом отрезке.
Собирается конденсаторная батарея. Емкость элемента питания должна составлять 4,7 мкФ.
Изготавливается обмотка

Диаметр медной проволоки должен составлять 2 мм. Потребуется выполнить 8 витков, чтобы во внутреннем пространстве поместились все обрабатываемые детали.

На последнем этапе подключается аккумулятор. Ток регулируется во время изготовления печи. Для этого достаточно поменять количество витков.

Кроме того, следует предусмотреть систему отвода тепла и вентиляции, т.к. во время работы печь сильно нагревается.

Нагреватель для воды

Использование такого агрегата в частном доме позволит организовать бесперебойную подачу ГВС или обогрев помещения. Система расходует много электрической энергии, но обладает простой схемой сборки и отсутствием сложностей в обслуживании. Предстоящая сборка начинается с подготовки:

  1. Сварочного инвертора.
  2. Теплоизолятора (подойдет керамзит).
  3. Проволоки из меди и стали.
  4. Отрезка пластиковой трубы с толстыми стенками.
  5. Трубок разного диаметра.

На первом этапе начинается изготовление котла. Его можно соорудить из 2 трубок разного сечения, которые вставляются друг в друга с выдерживанием зазора 20-25 мм.

Дальше производится приваривание концов колец и подсоединение к общей системе отопления. Во внешнюю стенку нужно вварить выходную и входную трубки.

Затем изготавливается обмотка, которая в точности повторяет форму котла. Всего нужно выполнить 35-40 витков, соблюдая равное межвитковое расстояние.

На последнем этапе собирается защитный корпус, который делается из диэлектрического материала, и подключается инверторный аппарат и теплоноситель.

Правильно собранная конструкция сможет прослужить в течение 20-25 лет без ремонта и замены расходных деталей.

Расчет мощности

Так как индукционный способ плавки стали менее затратный, чем аналогичных методик, основанных на использовании мазута, угля и других энергоносителей, то расчет индукционной печи начинается с вычисления мощности агрегата.

Мощность индукционной печи подразделяется на активную и полезную, для каждой из них есть своя формула.

В качестве исходных данных нужно знать:

  • емкость печи, в рассматриваемом для примера случае она равна 8 тоннам;
  • мощность агрегата (берется максимальное ее значение) – 1300 кВт;
  • частота тока – 50 Гц;
  • производительность печной установки – 6 тонн в час.

Требуется также учитывать расплавляемый металл или сплав: по условию он цинковый. Это важный момент, тепловой баланс плавки чугуна в индукционной печи, также как и других сплавов свой.

Полезная мощность, которая передается жидкому металлу:

  • Рпол = Wтеор×t×П,
  • Wтеор – удельный расход энергии, он теоретический, и показывает перегрев металла на 10С;
  • П – производительность печной установки, т/ч;
  • t — температура перегрева сплава или металлической заготовки в ванной печи, 0С
  • Рпол = 0,298×800×5,5 = 1430,4 кВт.

Активная мощность:

  • Р = Рпол/Ютерм,
  • Рпол – берется с предыдущей формулы, кВт;
  • Ютерм – КПД литейной печи, его пределы от 0,7 до 0,85, в среднем принимают 0,76.
  • Р =1311,2/0,76=1892,1кВт, проводится округление значения до 1900 кВт.

На заключительном этапе рассчитывается мощность индуктора:

  • Ринд = Р/N,
  • Р – активная мощность печной установки, кВт;
  • N – количество индукторов, предусмотренных на печи.
  • Ринд =1900/2= 950 кВт.

Потребление мощности индукционной печью при плавке стали зависит от ее производительности и вида индуктора.

https://youtube.com/watch?v=N9PlorVM3Lg

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.

Лучшие индукционные плиты настольного типа с одной конфоркой

На сегодняшний день изготовители представили огромное количество плит индукционного типа с одной зоной нагрева. Лучшие мы отобрали ниже.

6-е место: Zigmund & Shtain ZIP-554


Небольшая настольная индукционная плита в изысканном исполнении с контролем электронного типа. Габариты составляют 29×35×6 см. Указанная производителем потребляемая мощность равна 2 кВт.

Средняя цена – 3 900 рублей.

Индукционная плита Zigmund & Shtain ZIP-554
Достоинства:

  • предохранительное выключение во время снятия емкости с зоны нагрева;
  • блокирование системы контроля;
  • доступность.

Недостатки:

  • короткая длина кабеля;
  • шумит в процессе функционирования;
  • при отключении все параметры сбрасываются.

5-е место: REDMOND RIC-4601

Модная модель с 6 интегрированными программами, которая заметно бережет электричество. Гарантийный срок от изготовителя равен году. Указанная мощность составляет 1 600 Вт. Есть 8 режимов мощности, предельный период функционирования таймера – 3 часа.

Средняя цена – 4 250 рублей.

Индукционная плита REDMOND RIC-4601
Достоинства:

  • поверхность, стойкая к царапинам;
  • имеется интегрированный экран и автовыключение во время снятия емкости с зоны нагрева.

Недостатки:

  • нет защиты от детей;
  • не отмечен температурный спектр.

4-е место: Galaxy GL3054

Габариты составляют 5×30×36 см, вес равен 1,7 кг. Имеется таймер. Покрытие, сделанное из стеклокерамических материалов, выдерживает нагрузку около 8 кг. Если посуды на плите нет, то выключается в автоматическом режиме.

Средняя цена – 1 400 рублей.

Индукционная плита Galaxy GL3054
Достоинства:

  • при перегревании в автоматическом режиме включается сенсор и устройство выключается;
  • имеется 7 программ автоматической готовки («Молоко», «Блины», «Жарка», «Каша» и т. д.);
  • антискользящие ножки;
  • проста в уходе.

Недостатки:

  • большой шаг настройки (нельзя настроить плавно);
  • в первое время использования после запуска присутствует запах пластика;
  • на корпусе отсутствует выключатель;
  • указанная мощность (2 000 Вт) завышена, в действительности это значение не превышает 1 100-1 200 при предельных нагрузках;
  • нет прорезиненных вставок на ножках.

3-е место: Kitfort KT-113-1

Габариты составляют 30,3×29×6,6 см. Предельная потребляемая мощность равна 1 600 Вт. Срок гарантии – 12 месяцев. Расход энергии – 1,6 кВт. Ножки с прорезиненными накладками делают устройство максимально устойчивым. Если убрать емкость с зоны нагрева, то девайс отключится в автоматическом режиме.

Средняя цена – 2 500 рублей.

Индукционная плита Kitfort KT-113-1
Достоинства:

  • быстро нагревается;
  • проста в уходе;
  • имеется звуковое оповещение;
  • плавная настройка мощности;
  • легковесность – 1,9 кг.

Недостатки:

  • нет защиты от детей;
  • вентилятор сильно шумит;
  • индикация мерцает в ждущем режиме.

2-е место: ENDEVER IP-51

Небольшая модель с богатым функционалом, которая станет отличным выбором для тех, кто частенько путешествует или бывает в командировках. Покрытие, сделанное из стеклокерамических материалов, просто в уходе. Контроль – сенсорного типа, расцветка – черная. Гарантий срок составляет полтора года, а вес равен 1,9 кг.

Средняя цена – 1 800 рублей.

Индукционная плита ENDEVER IP-51
Достоинства:

  • имеется таймер;
  • легковесность;
  • хороший коэффициент полезного действия;
  • не нуждается в предварительном разогревании.

Недостатки:

  • можно пользоваться кухонной утварью исключительно из ферромагнитных материалов;
  • указанная производителем мощность завышена.

1-е место: Oberhof Ein S11

Панель и рабочая поверхность индукционной плиты Oberhof Ein S11 изготовлены из закаленного стекла. Мощность плиты 2500 Вт, также имеется 10 температурных режимов и цифровой дисплей, на котором отображается актуальная информация. Интуитивно простое сенсорное управление модели не вызовет никакой сложности даже у человека, который впервые пользуется такой техникой. Для еще большего упрощения приготовления предусмотрено 8 автоматических программ, которые активируются одним нажатием, и таймер приготовления. Плита быстро нагревается, так что долго ждать не придется. Имеется защита от случайного включения техники и возможных перепадов напряжения.

Средняя цена — 3990 р

Достоинства:

  • Компактные размеры;
  • 10 температурных режимов;
  • 8 предустановленных программ;
  • Блокировка случайного нажатия;
  • Наличие таймера;
  • Быстрый нагрев;
  • Защита от перепадов напряжения.

Недостатки:

Не обнаружены.

Конструкция индукционной тигельной печи с алюминиевым корпусом

Плавильный узел

В конструкции плавильных узлов печей данного типа отсутствуют магнитопроводы, поэтому алюминиевый корпус не защищен от магнитного поля индуктора. Для исключения замыкания наведенных токов Фуко и расплавления, немагнитный алюминиевый корпус состоит из 2 половин, которые электрически разделены друг от друга в задней и передней части с помощью изолирующих проставок. Прочный алюминиевый корпус хорошо держит нагрузки при плавке и наклонах печи при разливке металла. Однако, он не выдерживает пролива на корпус металла плавки.
Внутри корпуса расположен индуктор из прямоугольной медной трубки с подводами для охлаждающей воды и клеммами для подключения электроэнергии. Сбоку алюминиевый корпус имеет приливы для крепления опорно-поворотного устройства, которое устанавливается на бетонное основание или стальную раму.
Поворот печи осуществляется с помощью электродвигателя и редуктора. Плавильщик управляет поворотом печи с пульта, установленного в удобном месте. В случае отказа электропривода, можно слить металл, вращая рукоятку аварийного наклона печи.
В верхней части корпуса имеется площадка с полостью для футеровки сливного носка.
В нижней части корпуса имеется набивная подина, на которую устанавливается или набивается тигель. Контроль толщины тигля производят визуально или с помощью сигнализатора проедания тигля.
Тигли можно использовать как набивные, так и готовые. Но на большие веса плавки, тигли, как правило, набивают. Для черных металлов применяют тигли из кварца, для цветных металлов графитосодержащие. Набивка тиглей это особое искусство, от этой операции очень сильно зависит компания тигля. Это срок его эксплуатации, измеряемый в количестве плавок. Прочитать о набивке из современных материалов вы можете здесь и в  Мосиндуктор — Статьи

Тиристорный преобразователь частоты ТПЧ

Шкаф тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ) выполнен из листовой стали, на передней панели находятся органы управления. Шкаф не защищен от цеховой пыли, поэтому нуждается в периодической очистке. Для защиты от пыли главная плата управления помещена в коробку, которая закрывается на ключ.

При вводе в эксплуатацию тиристорный преобразователь частоты нуждается в настройке специалистами компании поставщика. Мы вводим индукционные плавильные печи в эксплуатацию только после проведения пусконаладочных работ нашей сервисной службой.

ТПЧ выполнен по схеме регулируемого выпрямителя с последующим инвертированием. Плата управления сконструирована с применением современных цифровых технологий, и отвечает не только за управление, но и за защиту силовой электроники от таких факторов как перенапряжение, замыкание индуктора, срыв инвертирования, снижение давления охлаждающей жидкости, пропадание одной фазы и т. п.
По отзывам наших клиентов тиристорный преобразователь частоты данного класса очень универсальный и хорошо подходит для питания печей российского производства.

Конденсаторная батарея

Конденсаторная батарея представляет собой набор водоохлаждаемых среднечастотных электротермических конденсаторов большой емкости с металлической оболочкой. Конденсаторные банки установлены на металлическую раму и соединены между собой медными шинами. Конденсаторы размещаются в металлическом корпусе и оборудованы вводами — выводами воды и шинами для подключения электрического среднечастотного тока. На печах данного типа применяется параллельный колебательный контур. Резонанс токов приводит к тому, что токи, текущие от конденсаторов к печи в четыре раза мощнее токов идущих от генератора к конденсаторной батарее. Следите за тем, что бы охлаждаемые тоководы не проходили близко с металлическими конструкциями или металлическим полом. Невыполнение этого правила, приводит к перегоранию охлаждаемых тоководов.

Система охлаждения

Мы рекомендуем применять для охлаждения индукционных печей данного типа только двухконтурные градирни.
Они отличаются высокой удельной мощностью охлаждения на единицу цеховой площади. Имеют раздельные контуры охлаждения печи. Экономят дистиллированную воду и имеют большое количество реальных преимуществ перед любыми другими системами охлаждения. Подробнее>>>
Двухконтурные градирни могут устанавливаться в цеху или на улице. В зимнее время в градирни, установленные на улице, заливают антифриз и используют для охлаждения только первый контур.

Разновидности индукционных печей

В группе производственного металлургического оборудования можно выделить несколько разновидностей печей:

  1. Тигельные.

    Один из самых распространенных в металлургии видов.

    В конструкции таких агрегатов отсутствует сердечник. Подобные устройства могут применяться для плавки и обработки любых металлов. Хорошо зарекомендовали себя не только в металлургии, но и в других отраслях, например, в ювелирном деле.

    Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:

    • индуктор;
    • генератор напряжения питания.

    Достоинства тигельных плавильных печей:

    • Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;
    • Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;
    • Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;
    • Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;
    • Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;
    • Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;

Канальные.

По конструкции напоминают трансформатор.

Вакуумные.

Используются в том случае, если необходимо обеспечить удаление из расплава примесей.

Конструкция индукционного нагревателя представляет собой многовитковую катушку цилиндрической формы, которая называется индуктором, через него пропускается электрическое напряжение переменного тока, вследствие чего возникают магнитные поля, возбуждающие вихревые токи.

Во внутреннее пространство индуктора помещается сосуд, или емкость, в которой находится металл или руда. Под воздействием магнитного поля и вихревых токов в металле повышается сопротивление, что по всем законам физики вызывает его нагрев и за счет этого происходит процесс плавки.

Мощность индукционных плавильных печей зависит от величины подаваемого напряжения и частоты электрического тока. Эта зависимость применяется в типах индукционных печей – нагревательные установки для термической обработки и плавильные печи.

Печи промышленного назначения делятся на несколько типов.

  • Конструкции средней частоты обычно используются в машиностроении и металлургии. С их помощью плавится сталь, а при использовании графитовых тиглей и цветные металлы.
  • Конструкции промышленной частоты применяются при выплавке чугуна.
  • Конструкции сопротивления предназначаются для плавки алюминия, алюминиевых сплавов, цинка.

Индукционная печь широко применяется на больших и малых предприятиях для плавки металлов (цветных и черных). В индукционных литейных печах металл или сплав нагревается до изменения своего агрегатного состояния.

При этом, канальные печи, несмотря на более высокий КПД используются гораздо реже — в основном, для получения чугуна высокого качества и сплавов, температура плавления которых является относительно низкой, а также для плавления цветных металлов.

Для стали такие печи не используются, так как температура ее плавления способствует сильному снижению стойкости футеровки (защитной отделки). Также нельзя плавить низкосортную породу, стружку и мелкую породу.

Тигельные печи применяются гораздо чаще из-за простоты эксплуатации и более широких возможностей управления процессом, включая возможность нерегулярного и прерывистого режима работы. Они хороши как для производства большого количества литья в несколько десятков тонн, так и для небольших порций, измеряющихся десятками грамм.

С помощью тигельных печей осуществляется плавка легированных сталей и прочих сплавов, для которых нужна особая чистота химического состава и однородность.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.