Схема самодельной индукционной плавильной печи небольшой мощности

Самодельные варианты исполнения встречаются довольно часто. Для их создания требуются:

Плавильный узел индукционной печи применяется для нагрева самых различных металлов и сплавов. Классическая конструкция состоит из следующих элементов:

1. Сливной насос.
2. Индуктор, охлаждающийся водой.
3. Каркас из нержавеющей стали или алюминия.
4. Контактная площадка.
5. Подина из жаропрочного бетона.
6. Опора с гидравлическим цилиндром и подшипниковым узлом.

Принцип действия основан на создании вихревых индукционных токов Фуко. Как правило, при работе бытовых приборов подобные токи вызывают сбои, но в этом случае они применяются для нагрева шихты до требуемой температуры. Практически вся электроника во время работы начинает нагреваться. Этот негативный фактор применения электричества используется на полную мощность.

Преимущества устройства

Печь плавильная индукционная стала применяться относительно недавно. На производственных площадках устанавливаются знаменитые мартены, доменные печи и другие разновидности оборудования. Подобная печь для плавки металла обладает следующими преимуществами:

1. Применение принципа индукции позволяет делать оборудование компактным. Именно поэтому не возникает проблем с их размещением в небольших помещениях. Примером можно назвать доменные печи, которые могут устанавливаться исключительно в подготовленных помещениях.
2. Результаты проведенных исследований указывают на то, что КПД составляет практически 100%.
3. Высокая скорость плавки. Высокий показатель КПД определяет то, что на разогрев металла уходит намного меньше времени, если сравнивать с другими печами.
4. Некоторые печи при плавке могут привести к изменению химического состава металла. Индукционная занимает первое место по чистоте расплава. Создаваемые токи Фуко проводят нагрев заготовки изнутри, за счет чего исключается вероятность попадания в состав различных примесей.

Именно последнее преимущество определяет распространение индукционной печи в ювелирном деле, так как даже небольшая концентрация посторонней примеси может негативно сказаться на полученном результате.

Индукционная печка по принципу работы основана на явлении электромагнитной индукции. Ключевой элемент здесь – это индуктор, представляющий собой высокодобротную катушку индуктивности. Индукционные печи широко применяются для нагрева или плавления электропроводящих материалов, чаще всего металлов, за счет термического эффекта от наведения в них вихревого электрического тока. Представленная выше схема иллюстрирует устройство этой печи (рис. 1).

Индукционная печь своими руками — конструкция и параметры, особенности эксплуатации

Индукционная печь может использоваться для плавления небольшого количества металла, разделения и очистки драгоценных металлов, для нагрева металлических изделий с целью их закалки или отпуска.Кроме того, такие печи предлагается использовать для обогрева жилища. Индукционные печи имеются в продаже, но интересней и дешевле изготовить такую печь своими руками.

Принцип действия

Для получения таких токов используется так называемый индуктор, который представляет собой катушку индуктивности, содержащую всего несколько витков толстого провода.Индуктор питается сети переменного тока 50 Гц (иногда через понижающий трансформатор) или от генератора высокой частоты.Протекающий по индуктору переменный ток генерирует переменное магнитное поле, которое пронизывает пространство. Если в этом пространстве окажется какой-либо материал, то в нем будут наводиться токи, которые начнут нагревать этот материал. Если этот материал – вода, то у нее будет повышаться температура, а если это металл, то через некоторое время он начнет плавиться.Индукционные печи бывают двух типов:

• печи с магнитопроводом;
• печи без магнитопровода.

Принципиальная разница между двумя этими типами печей состоит в том, что в первом случае индуктор расположен внутри плавящегося металла, а во втором – снаружи. Наличие магнитопровода увеличивает плотность магнитного поля, пронизывающего помещенный в тигель металл, что облегчает его нагревание.

Примером индукционной печи с магнитопроводом является канальная индукционная печь. Схема такой печи включает замкнутый магнитопровод из трансформаторной стали, на котором располагаются первичная обмотка – индуктор и кольцеобразный тигель, в котором располагается материал для плавления. Тигель изготавливается из жаропрочного диэлектрика. Питание такой установки осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц или генератора с повышенной частотой 400 Гц.Такие печи используются для плавления дюраля, цветных металлов или получения высококачественного чугуна.Большее распространение имеют тигельные печи, не имеющие магнитопровода. Отсутствие в печи магнитопровода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое токами промышленной частоты, сильно рассеивается в окружающем пространстве. И для того, чтобы увеличить плотность магнитного поля в диэлектрическом тигеле с материалом для плавления, необходимо использовать более высокие частоты. При этом считается, что если контур индуктора настроен в резонанс с частотой питающего напряжения, а диаметр тигеля соизмерим с длиной волны резонанса, то в районе тигеля может сконцентрироваться до 75% энергии электромагнитного поля.

Схема изготовления индукционной печиКак показали исследования, для обеспечения эффективного плавления металлов в тигельной печи желательно, чтобы частота питающего индуктор напряжения превышала резонансную частоту в 2-3 раза. То есть, такая печь работает на второй или третьей частотной гармонике. Кроме того, при работе на таких повышенных частотах происходит лучшее перемешивание сплава, что улучшает его качество. Режим с применением еще больших частот (пятой или шестой гармоники) может использоваться для поверхностной цементации или закалки металла, что связано с появлением скин-эффекта, то есть, вытеснением электромагнитного поля высокой частоты к поверхности заготовки.Выводы по разделу:

1. Существуют два варианта индукционной печи – с магнитопроводом и без магнитпровда.
2. Канальная печь, относящаяся к первому варианту печей, более сложна по конструкции, но может питаться непосредственно от сети 50 Гц или сети повышенной частоты 400 Гц.
3. Тигельная печь, относящаяся к печам второго типа, более проста по конструкции, но требует для питания индуктора генератора высокой частоты.

Конструкции и параметры индукционных печей

Канальная

Одним из вариантов изготовления индукционной печи своими руками является канальная.Для ее изготовления можно использовать обычный сварочный трансформатор, работающий на частоте 50 Гц.В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо заменить кольцевым тигелем.В такой печи можно плавить до 300-400 г цветных металлов, а потреблять она будет 2-3 кВт мощности. Такая печь будет иметь большой кпд и позволит выплавлять металл высокого качества.Основной трудностью изготовления канальной индукционной печи своими руками является приобретение подходящего тигеля.Для изготовления тигеля должен использоваться материал с высокими диэлектрическими свойствами и высокой прочности. Такой как электрофарфор. Но такой материал не просто найти, а еще трудней обработать в домашних условиях.

Тигельная

Важнейшими элементами тигельной печи индукционного типа являются:

• индуктор;
• генератор напряжения питания.

В качестве индуктора для тигельных печей мощностью до 3 кВт можно использовать медную трубку или провод диаметром 10 мм или медную шину сечением 10 мм². Диаметр индуктора может составлять около 100 мм. Число витков от 8 до 10.При этом существует много модификаций индуктора. Например, его можно выполнить в виде восьмерки, трилистника или иной формы.

В процессе работы индуктор обычно сильно нагревается. В промышленных образцах для индуктора используется водяное охлаждение витков.В домашних условиях использование такого метода затруднительно, однако индуктор может нормально работать в течение 20-30 минут, что вполне достаточно для домашних работ.Однако такой режим работы индуктора вызывает появление на его поверхности окалины, что резко уменьшает кпд печи. Поэтому время от времени индуктор приходится заменять на новый. Некоторые специалисты для защиты от перегрева предлагают покрывать индуктор жаропрочным материалом.Генератор переменного тока высокой частоты – другой важнейший элемент тигельной печи индукционного типа. Можно рассмотреть несколько типов таких генераторов:

• генератор на транзисторе;
• генератор на тиристоре;
• генератор на МОП- транзисторах.

Простейшим генератором переменного тока для питания индуктора является генератор с самовозбуждением, схема которого имеет один транзистор типа КТ825, два резистора и катушку обратной связи. Такой генератор может вырабатывать мощность до 300 Вт, а регулировка мощности генератора осуществляется путем изменения постоянного напряжения источника питания. Источник питания должен обеспечивать ток до 25 А.Предлагаемый для тигельной печи генератор на тиристоре включает в схему тиристор типа Т122-10-12, динистор КН102Е, ряд диодов и импульсный трансформатор. Тиристор работает в импульсном режиме.Проведенный анализ схемы показал, что в такой схеме имеются достаточно мощные паразитные колебания на частотах, близких к 120 МГц.

Индукционная печь самостоятельного изготовленияТакие сверхвысокочастотные излучения могут негативно повлиять на здоровье человека. В соответствии с российскими нормами безопасности с высокочастотными колебаниями разрешается работать при плотности потока электромагнитной энергии не более 1-30 мВт/м². Для данного генератора, как показали расчеты, это излучение на расстоянии в 2,5 м от источника достигает 1,5 Вт/м². Такая величина является неприемлемой.Схема генератора на МОП-транзисторах включает четыре МОП-транзистора типа IRF520 и IRFP450 и представляет собой двухтактный генератор с независимым возбуждением и индуктором, включенным в мостовую схему. В качестве задающего генератора используется микросхема типа IR2153. Для охлаждения транзисторов требуется радиатор не менее 400 см² и воздушный обдув.
Этот генератор может обеспечивать мощность питания до 1 кВт и менять частоту колебаний в пределах от 10 кГц до 10 МГц. Благодаря этому печь, использующая генератор такого типа, может работать как в режиме плавления, так и поверхностного нагрева.

Печь длительного горения может работать на одной закладке от 10 до 20 часов. При изготовлении печи длительного горения своими руками нужно учитывать особенности конструкции, чтобы она выдавала максимум тепла при минимальных затратах энергии. О том, как правильно собрать печь, читайте на нашем сайте.Возможно, вам будет интересно узнать о газовых обогревателях для гаража. Каким он должен быть, чтобы обеспечивалось тепло и безопасность, читайте в этом материале.

Использование для обогрева

Для обогрева жилища печи такого типа, как правило, используются вместе с водогрейным котлом.Одним из вариантов самодельного водогрейного котла индукционного типа является конструкция, нагревающая трубу с протечной водой с помощью индуктора, получающего питание от сети с помощью ВЧ сварочного инвертора.Однако, как показывает анализ таких систем, из-за больших потерь энергии электромагнитного поля в диэлектрической трубе кпд подобных систем крайне низок. Кроме того, для обогрева жилища требуется очень большое количество электроэнергии, что делает такой обогрев экономически невыгодным.Из данного раздела можно сделать выводы:

1. Наиболее приемлемым вариантом изготовленной своими руками индукционной печи является тигельный вариант с генератором питания на МОП-транзисторах.
2. Использование изготовленной своими руками индукционной печи для обогрева дома невыгодно экономически. В этом случае лучше приобрести заводскую систему.

Особенности эксплуатации

Как уже говорилось выше, в печах тигельного типа используются источники питания высокой частоты.При этом, генераторы, изготовленные своими руками, могут излучать паразитные высокочастотные колебания, которые могут принести определенный вред здоровью человека.Поэтому при эксплуатации индукционной печи индуктор необходимо располагать вертикально, перед включением печи на индуктор надо надевать заземленный экран. При включенной печи необходимо наблюдать за происходящими в тигле процессами на расстоянии, а после выполнения работ немедленно выключать ее.При эксплуатации изготовленной своими руками индукционной печи необходимо:

1. Принимать меры для защиты пользователя печью от возможного высокочастотного излучения.
2. Учитывать возможность ожога индуктором.

При работе с печью необходимо учитывать и термическую опасность. Касание горячим индуктором кожи может вызвать сильный ожог.

Заключение

1. Для изготовления индукционной печи своими руками лучше выбрать вариант тигельной печи, которая имеет более простую конструкцию, но требует для питания напряжение высокой частоты.
2. Из предложенных схем генератора высокой частоты наиболее приемлемой является схема на МОП-транзисторах, обеспечивающая мощность в 1 кВт и позволяющая регулировать частоту генерации.
3. При работе с индукционной печью, изготовленной своими руками, необходимо обращать внимание на защиту от паразитного высокочастотного излучения и ожогов индуктором.
4. Использование индукционных печей в водогрейных котлах для обогрева дома экономически невыгодно.

Видео на тему

низкий угар легирующих примесей, высокая производительность;

8.4. Производство стали в индукционных печах

Первые предложения применить индукционный нагрев для плавки стали относятся к началу текущего столетия.Индукционные печи делятся на печи с железным сердечником и без сердечника. Сначала появились индукционные печи с железным сердечником. Они существуют двух типов (рис.8.3):печи с открытым горизонтальным каналом;печи с закрытым вертикальным или горизонтальным каналом.Рис.8.3. Индукционные печи с сердечником (а) и тигельная (б):1-индуктор; 2- сердечник; 3-кольцевой желоб с металлом; 4-тигель; 5-металл.В печах с открытым каналом металл плавится током, индуцированным в самой садке; в печах с закрытым каналом электрическая энергия индуцируется в узком канале, заполненным жидким металлом, а твердая садка, нагревается вследствие циркуляции перегретого в канале металла.Печи с открытым каналом не получили распространения.Печи с закрытым каналом и железным сердечником получили большое распространение для переплава цветных металлов и для перегрева чугуна.В данных печах происходит интенсивная циркуляция металла (выравнивание температуры).Другое преимущество этих печей связано с возможностью работать на токах нормальной частоты. Соs печи достаточно высок (0,7-0,8). К недостаткам относятся:необходимость оставлять в печи около 20% металла;низкая стойкость подового камня.Наибольшее распространение получили индукционные печи без железного сердечника или тигельные индукционные печи. Они имеют ряд преимуществперед дуговыми печами:возможность плавить металл с весьма низким содержанием углерода, вследствие отсутствия электродов;отсутствие дуг облегчает получение металла с низким содержанием газов;электродинамическое перемешивание металла способствует получению однородного по химическому составу металла, ускорению реакций между металлом и шлаком, всплыванию Н.В.;низкий угар легирующих примесей, высокая производительность;возможность точно регулировать температуру процесса.8.4.1. Устройство тигельной индукционной печи

Рис.8.4. Схема тигельной индукционной печи: 1 — индуктор; 2 — миканитовая прослойка; 3 — асбестовый картон; 4 — нижняя керамика; 5 — асбестовые диски; 6 — тигель; 7 — кольцо; 8 — верхняя керамика.Данные печи применяются для производства низкоуглеродистых сталей и стального литья.

8.4.2. Принцип действия индукционных печей и особенности технологии выплавки стали

Под действием создаваемого индуктором переменного магнитного поля в нагреваемом металле индуцируется Э.Д.С. и возникает циркуляция тока, который проходит через металл и нагревает его.После расплавления металл в печи непрерывно циркулирует под действием электродинамических эффектов. Электродинамические силы имеют радиальное направление к оси тигля с наибольшей величиной создаваемого ими давления на середине высоты тигля. Таким образом жидкий металл постоянно циркулирует. Чтобы исключить возникновение выпуклого мениска металла, уровень металла в тигле поддерживают несколько выше верхнего витка индуктора (верхний виток ниже верха тигля).Футеровку тигля индукционной печи выполняют с использованием как кислых, так и основных огнеупоров. В кислой печи плавку ведут без окисления примесей, большую часть легирующих элементов вводят вместе с металлической частью шихты.При основном процессе во время периода плавления наводят шлак присадками небольших порций шлакообразующей смеси, состоящей из извести, плавикового шпата и шамота. В этот период происходит окисление кремния, марганца и фосфора. К концу плавления необходимо удаление фосфора скачиванием шлака и наведением нового шлака. Если удаление фосфора и углерода необходимо после расплавления шихты, в ванну периодически вводят железную руду. Продолжительность окисления примесей составляет не более 15 мин. Раскисление можно вести диффузионным или осаждающим способом.

• Быстрое нагревание при маленьком потреблении электроэнергии.
• Еда получается без дыма, запаха горечи и вредных микроэлементов.
• Плита нагревает только еду в посуде, поэтому обжечься об неё невозможно.

Меры предосторожности при использовании устройства

Работая с устройством следует придерживаться следующих правил:

• Некоторые элементы установки, а также металл, который плавится, подвергаются сильному нагреву, в результате чего существует риск получить ожог;
• При использовании ламповой печи, обязательно размещайте её в закрытом корпусе, иначе велика вероятность поражения электрическим током;
• Перед работой с устройством уберите из зоны работы прибора все металлические элементы и сложные электронные приборы. Использовать устройство не стоит людям, у которых установлен кардиостимулятор.

Печь для плавки металлов индукционного типа может применяться при лужении и формовке металлических деталей.Самодельную установку легко подогнать под работу в конкретных условиях, меняя некоторые настройки. Если придерживаться указанных схем при сборе конструкции, а также соблюдать элементарные правила безопасности, самодельное устройство практически не будет уступать магазинным бытовым приборам.