Επαγωγική θέρμανση, σκλήρυνση και επαγωγική τήξη μετάλλων

Ο πιο τέλειος τύπος θέρμανσης είναι αυτός στον οποίο η θερμότητα παράγεται απευθείας στο θερμαινόμενο σώμα. Αυτή η μέθοδος θέρμανσης γίνεται πολύ καλά περνώντας ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από το σώμα. Ωστόσο, άμεση - η συμπερίληψη ενός θερμαινόμενου σώματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα δεν είναι πάντα δυνατή για τεχνικούς και πρακτικούς λόγους.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, ένας τέλειος τύπος θέρμανσης μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας επαγωγική θέρμανση, όπου η θερμότητα παράγεται επίσης στο ίδιο το θερμαινόμενο σώμα, το οποίο εξαλείφει την περιττή, συνήθως μεγάλη, κατανάλωση ενέργειας στα τοιχώματα του κλιβάνου ή σε άλλα θερμαντικά στοιχεία. Επομένως, παρά τη σχετικά χαμηλή απόδοση της παραγωγής ρευμάτων αυξημένης και υψηλής συχνότητας, η συνολική απόδοση της επαγωγικής θέρμανσης είναι συχνά υψηλότερη από με άλλες μεθόδους θέρμανσης.

Η μέθοδος επαγωγής επιτρέπει επίσης την ταχεία θέρμανση των μη μεταλλικών σωμάτων ομοιόμορφα σε όλο το πάχος τους.Η κακή θερμική αγωγιμότητα τέτοιων σωμάτων αποκλείει τη δυνατότητα ταχείας θέρμανσης των εσωτερικών τους στρωμάτων με τον συνήθη τρόπο, δηλαδή με παροχή θερμότητας από το εξωτερικό. Στην επαγωγική μέθοδο παράγεται θερμότητα με τον ίδιο τρόπο τόσο στα εξωτερικά στρώματα όσο και στα εσωτερικά και μπορεί να υπάρχει ακόμη και κίνδυνος υπερθέρμανσης των τελευταίων αν δεν γίνει η απαραίτητη θερμομόνωση των εξωτερικών στρώσεων.

Μια ιδιαίτερα πολύτιμη ιδιότητα της επαγωγικής θέρμανσης είναι η δυνατότητα πολύ υψηλής συγκέντρωσης ενέργειας στο θερμαινόμενο σώμα, εύκολα επιδεκτική ακριβούς δοσολογίας. Μόνο ηλεκτρικό τόξο μπορεί να επιτευχθεί η ίδια σειρά ενεργειακής πυκνότητας, αλλά αυτή η μέθοδος θέρμανσης είναι δύσκολο να ελεγχθεί.

Τα χαρακτηριστικά και τα γνωστά πλεονεκτήματα της επαγωγικής θέρμανσης έχουν δημιουργήσει μεγάλες ευκαιρίες για εφαρμογή της σε πολλές βιομηχανίες. Επιπλέον, σας επιτρέπει να δημιουργήσετε νέους τύπους κατασκευών που δεν είναι καθόλου εφικτές για τις συμβατικές μεθόδους θερμικής επεξεργασίας.

Μια φυσική διαδικασία

Σε επαγωγικούς κλιβάνους και συσκευές, η θερμότητα σε ένα ηλεκτρικά αγώγιμο θερμαινόμενο σώμα απελευθερώνεται από ρεύματα που προκαλούνται σε αυτό από ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Με αυτόν τον τρόπο, η άμεση θέρμανση γίνεται εδώ.

Η επαγωγική θέρμανση των μετάλλων βασίζεται σε δύο φυσικούς νόμους: ο νόμος Faraday-Maxwell της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και ο νόμος Joule-Lenz. Τοποθετούνται μεταλλικά σώματα (κενά, μέρη κ.λπ.). εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, που ξεσηκώνει μια δίνη μέσα τους ηλεκτρικό πεδίο… Το EMF της επαγωγής καθορίζεται από τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής. Υπό τη δράση του επαγωγικού EMF, δινορεύματα (κλειστά μέσα στα σώματα) ρέουν στα σώματα, απελευθερώνοντας θερμότητα σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz… Αυτό το EMF δημιουργείται στο μέταλλο εναλλασσόμενο ρεύμα, η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται από αυτά τα ρεύματα προκαλεί τη θέρμανση του μετάλλου. Η επαγωγική θέρμανση είναι άμεση και χωρίς επαφή. Σας επιτρέπει να φτάσετε σε θερμοκρασία επαρκή για να λιώσει τα πιο πυρίμαχα μέταλλα και κράματα.

Η έντονη επαγωγική θέρμανση είναι δυνατή μόνο σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία υψηλής έντασης και συχνότητας, τα οποία δημιουργούνται από ειδικές συσκευές - επαγωγείς. Οι επαγωγείς τροφοδοτούνται από ένα δίκτυο 50 Hz (βιομηχανικές εγκαταστάσεις συχνοτήτων) ή από ξεχωριστές πηγές ενέργειας — γεννήτριες και μετατροπείς μέσης και υψηλής συχνότητας.

Ο απλούστερος επαγωγέας των συσκευών έμμεσης επαγωγής θέρμανσης χαμηλής συχνότητας είναι ένα μονωμένο σύρμα (εκτεταμένο ή τυλιγμένο) τοποθετημένο μέσα σε μεταλλικό σωλήνα ή επάλληλο στην επιφάνειά του. Καθώς το ρεύμα ρέει μέσω του καλωδίου επαγωγής στο σωλήνα, θερμαίνεται δινορεύματα… Η θερμότητα από το σωλήνα (μπορεί επίσης να είναι ένα χωνευτήριο, δοχείο) μεταφέρεται στο θερμαινόμενο μέσο (νερό που ρέει μέσω του σωλήνα, αέρας, κ.λπ.).

Επαγωγική θέρμανση και σκλήρυνση μετάλλων

Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη άμεση επαγωγική θέρμανση μετάλλων σε μεσαίες και υψηλές συχνότητες. Για αυτό, χρησιμοποιούνται επαγωγείς με ειδικό σχεδιασμό. Το πηνίο εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικό κύμα, που πέφτει πάνω στο θερμαινόμενο σώμα και πεθαίνει μέσα σε αυτό. Η ενέργεια του απορροφούμενου κύματος μετατρέπεται σε θερμότητα στο σώμα. Ο συντελεστής θέρμανσης είναι όσο μεγαλύτερος όσο πιο κοντά είναι το σχήμα του εκπεμπόμενου ηλεκτρομαγνητικού κύματος (επίπεδο, κυλινδρικό κ.λπ.) στο σχήμα του σώματος. Επομένως, οι επίπεδοι επαγωγείς χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση επίπεδων σωμάτων, οι κυλινδρικοί (σωληνοειδείς) επαγωγείς χρησιμοποιούνται για τα κυλινδρικά τεμάχια εργασίας.Στη γενική περίπτωση, μπορούν να έχουν πολύπλοκο σχήμα λόγω της ανάγκης συγκέντρωσης της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας προς την επιθυμητή κατεύθυνση.

Ένα χαρακτηριστικό της εισροής ενέργειας επαγωγής είναι η ικανότητα ρύθμισης της χωρικής διάταξης της ζώνης ροής δινορεύματα.

Πρώτον, δινορεύματα ρέουν στην περιοχή που καλύπτεται από τον επαγωγέα. Μόνο εκείνο το μέρος του σώματος που βρίσκεται σε μαγνητική επαφή με τον επαγωγέα θερμαίνεται, ανεξάρτητα από το συνολικό μέγεθος του σώματος.

Δεύτερον, το βάθος της ζώνης κυκλοφορίας δινορευμάτων και επομένως η ζώνη απελευθέρωσης ενέργειας εξαρτάται, μεταξύ άλλων παραγόντων, από τη συχνότητα του ρεύματος του επαγωγέα (αυξάνεται σε χαμηλές συχνότητες και μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας).

Η απόδοση της μεταφοράς ενέργειας από τον επαγωγέα στο θερμαινόμενο ρεύμα εξαρτάται από το μέγεθος του διακένου μεταξύ τους και αυξάνεται καθώς μειώνεται.

Η επαγωγική θέρμανση χρησιμοποιείται για επιφανειακή σκλήρυνση προϊόντων χάλυβα, με θέρμανση για πλαστική παραμόρφωση (σφυρηλάτηση, σφράγιση, συμπίεση, κ.λπ.), τήξη μετάλλων, θερμική επεξεργασία (ανόπτηση, σκλήρυνση, κανονικοποίηση, σκλήρυνση), συγκόλληση, στρωματοποίηση, συγκόλληση μετάλλων.

Η έμμεση επαγωγική θέρμανση χρησιμοποιείται για εξοπλισμό διεργασιών θέρμανσης (σωλήνες, δοχεία κ.λπ.), θέρμανση υγρών μέσων, ξήρανση επιστρώσεων, υλικά (για παράδειγμα, ξύλο). Η πιο σημαντική παράμετρος των εγκαταστάσεων επαγωγικής θέρμανσης είναι η συχνότητα. Για κάθε διαδικασία (επιφανειακή σκλήρυνση, με θέρμανση) υπάρχει ένα βέλτιστο εύρος συχνοτήτων που παρέχει τους καλύτερους τεχνολογικούς και οικονομικούς δείκτες. Για επαγωγική θέρμανση χρησιμοποιούνται συχνότητες από 50 Hz έως 5 MHz.

Πλεονεκτήματα της επαγωγικής θέρμανσης

1) Η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας στο θερμαινόμενο σώμα επιτρέπει την άμεση θέρμανση των αγώγιμων υλικών. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός θέρμανσης αυξάνεται σε σύγκριση με εγκαταστάσεις με έμμεση δράση, όπου το προϊόν θερμαίνεται μόνο από την επιφάνεια.

2) Η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας στο θερμαινόμενο σώμα δεν απαιτεί συσκευές επαφής. Είναι βολικό σε συνθήκες αυτοματοποιημένης παραγωγής, όταν χρησιμοποιείται κενό και προστατευτικά μέσα.

3) Λόγω του φαινομένου του επιφανειακού εφέ, η μέγιστη ισχύς απελευθερώνεται στο επιφανειακό στρώμα του θερμαινόμενου προϊόντος. Επομένως, η επαγωγική θέρμανση κατά την ψύξη παρέχει ταχεία θέρμανση του επιφανειακού στρώματος του προϊόντος. Αυτό καθιστά δυνατή την επίτευξη υψηλής επιφανειακής σκληρότητας του εξαρτήματος με ένα σχετικά παχύρρευστο μέσο. Η επαγωγική σκλήρυνση της επιφάνειας είναι ταχύτερη και πιο οικονομική από άλλες μεθόδους επιφανειακής σκλήρυνσης.

4) Η επαγωγική θέρμανση στις περισσότερες περιπτώσεις βελτιώνει την παραγωγικότητα και βελτιώνει τις συνθήκες εργασίας.

Επαγωγικός κλίβανος τήξης

Ένας επαγωγικός κλίβανος ή συσκευή μπορεί να θεωρηθεί ως ένας τύπος μετασχηματιστή στον οποίο το πρωτεύον πηνίο (επαγωγέας) συνδέεται με μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος και το ίδιο το θερμαινόμενο σώμα χρησιμεύει ως δευτερεύον πηνίο.

Η διαδικασία εργασίας των κλιβάνων τήξης επαγωγής χαρακτηρίζεται από ηλεκτροδυναμική και θερμική κίνηση υγρού μετάλλου σε λουτρό ή χωνευτήριο, η οποία συμβάλλει στην απόκτηση μετάλλου με την ίδια σύνθεση και ομοιόμορφη θερμοκρασία σε όλο τον όγκο, καθώς και χαμηλά απόβλητα μετάλλων (πολλές φορές λιγότερο ελαφρώς από ό,τι σε καμίνους τόξου).

Οι επαγωγικοί κλίβανοι τήξης χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χυτών, συμπεριλαμβανομένων μορφοποιημένων, από χάλυβα, χυτοσίδηρο, μη σιδηρούχα μέταλλα και κράματα.

Οι κλίβανοι τήξης επαγωγής μπορούν να χωριστούν σε βιομηχανικούς κλιβάνους καναλιών συχνότητας και σε βιομηχανικούς, μεσαίου και υψηλούς κλιβάνους χωνευτηρίου.

Ένας επαγωγικός κλίβανος αγωγών είναι ένας μετασχηματιστής, συνήθως σε συχνότητα ισχύος (50 Hz). Η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή είναι μια περιέλιξη λιωμένου μετάλλου. Το μέταλλο περικλείεται σε ένα δακτυλιοειδές πυρίμαχο κανάλι.

Η κύρια μαγνητική ροή προκαλεί ένα EMF στο μέταλλο του καναλιού, το EMF δημιουργεί ένα ρεύμα, το ρεύμα θερμαίνει το μέταλλο, επομένως ένας κλίβανος με κανάλι επαγωγής είναι παρόμοιος με έναν μετασχηματιστή που λειτουργεί σε λειτουργία βραχυκυκλώματος.

Οι επαγωγείς των κλιβάνων καναλιού είναι κατασκευασμένοι από διαμήκη χάλκινο σωλήνα, είναι υδρόψυκτος, το τμήμα καναλιού της εστίας ψύχεται από έναν ανεμιστήρα ή από ένα κεντρικό σύστημα αέρα.

Οι επαγωγικοί κλίβανοι καναλιών είναι σχεδιασμένοι για συνεχή λειτουργία με σπάνιες μεταβάσεις από τη μια κατηγορία μετάλλου στην άλλη. Οι επαγωγικοί κλίβανοι καναλιών χρησιμοποιούνται κυρίως για την τήξη του αλουμινίου και των κραμάτων του, καθώς και του χαλκού και ορισμένων από τα κράματά του. Άλλες σειρές κλιβάνων είναι εξειδικευμένες ως αναμικτήρες για συγκράτηση και υπερθέρμανση υγρού σιδήρου, μη σιδηρούχων μετάλλων και κραμάτων πριν από τη χύτευση σε καλούπια χυτηρίου.

Η λειτουργία μιας επαγωγικής κάμινου χωνευτηρίου βασίζεται στην απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από ένα αγώγιμο φορτίο. Το κελί τοποθετείται μέσα σε ένα κυλινδρικό πηνίο - έναν επαγωγέα. Από ηλεκτρική άποψη, ένας επαγωγικός κλίβανος χωνευτηρίου είναι ένας βραχυκυκλωμένος μετασχηματιστής αέρα του οποίου η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι ένα αγώγιμο φορτίο.

Οι επαγωγικοί κλίβανοι χωνευτηρίου χρησιμοποιούνται κυρίως για την τήξη μετάλλων χύτευσης με χύτευση κατά παρτίδες και, ανεξάρτητα από τον τρόπο λειτουργίας, για την τήξη ορισμένων κραμάτων, όπως οι μπρούτζοι, που επηρεάζουν δυσμενώς την επένδυση των κλιβάνων καναλιών.