Indukční pece. Typy a provoz. Použití a vlastnosti

Indukční pece se široce používají v metalurgickém průmyslu. Takové pece se často vyrábějí samostatně. K tomu je třeba znát jejich princip fungování a konstrukční vlastnosti. Princip fungování takových pecí byl znám již před dvěma stoletími.

Princip činnosti a aplikace

Indukční pece jsou schopny řešit následující problémy:

• Tavení kovu.
• Tepelné zpracování kovových součástí.
• Čištění drahých kovů.

Takové funkce jsou k dispozici v průmyslových pecích. Pro domácí podmínky a vytápění místností existují pece speciální konstrukce.

Indukční pec pracuje tak, že ohřívá materiály pomocí vlastností vířivých proudů. K vytvoření těchto proudů se používá speciální induktor, který se skládá z indukční cívky s několika závity drátu velkého průřezu.

Do induktoru je přivedeno napájení střídavým proudem. V induktoru střídavý proud vytváří magnetické pole, které se mění s frekvencí sítě a proniká do vnitřního prostoru induktoru. Když je do tohoto prostoru umístěn jakýkoli materiál, vznikají v něm vířivé proudy, které ho zahřívají.

Voda v pracovním induktoru se zahřívá a vaří a kov se začíná tavit, když je dosaženo příslušné teploty.

Indukční pece lze podmíněně rozdělit na typy:

• Pece s magnetickým obvodem.
• Bez magnetického jádra.

První typ pecí obsahuje induktor uzavřený v kovu, který vytváří speciální efekt zvyšující hustotu magnetického pole, takže ohřev probíhá efektivně a rychle. V pecích bez magnetického obvodu je induktor umístěn vně.

Typy a vlastnosti pecí

Indukční pece lze rozdělit na typy, které mají své vlastní provozní vlastnosti a charakteristické rysy. Některé se používají pro průmyslové práce, jiné se používají v každodenním životě, k vaření.

Vakuové indukční pece

Tato pec je určena pro tavení a odlévání slitin indukční metodou. Skládá se z uzavřené komory, ve které je umístěna kelímková indukční pec s licí formou.

Ve vakuu je možné zajistit perfektní metalurgické procesy, získat vysoce kvalitní odlitky. V současné době vakuová výroba přešla na nové technologické postupy z kontinuálních řetězců ve vakuovém prostředí, což umožňuje vytvářet nové produkty a snižovat výrobní náklady.

Výhody vakuového tavení:

• Tekutý kov lze ve vakuu uchovávat po dlouhou dobu.
• Zvýšené odplyňování kovů.
• Během tavicího procesu lze pec znovu naplnit a proces rafinace a deoxidace lze kdykoli ovlivnit.
• Možnost průběžného sledování a úpravy teploty slitiny a jejího chemického složení během provozu.
• Vysoká čistota odlitků.
• Rychlé zahřívání a rychlost tavení.
• Zvýšená homogenita slitiny díky vysoce kvalitnímu míchání.
• Jakákoli forma suroviny.
• Šetrné k životnímu prostředí a cenově výhodné.

Princip činnosti vakuové pece spočívá v tom, že v kelímku umístěném ve vakuu se taví pevná vsázka a tekutý kov se čistí pomocí vysokofrekvenčního induktoru. Vakuum se vytváří odčerpáváním vzduchu pomocí čerpadel. Vakuovým tavením se dosahuje velké redukce vodíku a dusíku.

Kanálové indukční pece

Elektromagnetické jádrové pece (kanálové) se široce používají ve slévárnách neželezných a železných kovů jako dávkovací pece a míchačky.

1 – Koupel
2 – Kanál
3 — Magnetický obvod
4 – Primární cívka

Střídavý magnetický tok prochází magnetickým obvodem, kanálovým obvodem ve tvaru prstence z tekutého kovu. V prstenci je buzen elektrický proud, který tekutý kov ohřívá. Magnetický tok je tvořen primárním vinutím, které je napájeno střídavým proudem.

Pro zvýšení magnetického toku se používá uzavřený magnetický obvod, který je vyroben z transformátorové oceli. Prostor pece je dvěma otvory propojen s kanálem, takže když je pec naplněna tekutým kovem, vzniká uzavřený obvod. Pec nemůže bez uzavřeného obvodu fungovat. V takových případech je odpor obvodu vysoký a protéká jím malý proud, který se nazývá proud naprázdno.

V důsledku přehřátí kovu a působení magnetického pole, které má tendenci kov vytlačovat z kanálu, se tekutý kov v kanálu neustále pohybuje. Protože je kov v kanálu zahřátý více než v lázni pece, kov neustále stoupá do lázně, ze které kov vychází s nižší teplotou.

Pokud je kov vypuštěn pod povolenou hladinu, tekutý kov bude z kanálu vymrštěn elektrodynamickou silou. V důsledku toho se pec spontánně vypne a elektrický obvod se přeruší. Aby se těmto případům předešlo, pece ponechávají určité množství kovu v kapalné formě. Tomu se říká bažina.

Kanálové pece se dělí na:

• Tavicí pece.
• Mixéry.
• Distribuční pece.

Pro akumulaci určitého množství tekutého kovu, zprůměrování jeho chemického složení a udržení požadované hodnoty se používají míchačky. Objem míchačky se vypočítá tak, aby se rovnal alespoň dvojnásobku hodinového výkonu pece.

Kanálové pece se dělí do tříd podle umístění kanálů:

• Vertikální.
• Horizontální.

Tvarem pracovní komory:

• Bubnové indukční pece.
• Válcové indukční pece.

Bubnová pec je vyrobena ve tvaru ocelového svařovaného válce se dvěma stěnami na koncích. K otáčení pece se používají hnací válečky. Pro otáčení pece je nutné zapnout pohon elektromotorem se dvěma rychlostmi a řetězovým převodem. Motor má deskové brzdy.

Na koncových stěnách je sifon pro lití kovu. Jsou zde otvory pro plnění přísad a odstraňování strusky. Je zde také kanál pro dávkování kovu. Blok kanálů se skládá z induktoru pece s kanály ve tvaru V, vytvořenými ve vyzdívce pomocí šablon. Tyto šablony se taví během prvního tavení. Vinutí a jádro jsou chlazeny vzduchem, těleso bloku je chlazeno vodou.

Pokud má kanálová pec jiný tvar, pak se kov uvolňuje nakláněním lázně pomocí hydraulických válců. Někdy je kov vytlačován nadměrným tlakem plynu.

Výhody kanálových pecí:

• Nízká spotřeba energie díky nízkým tepelným ztrátám ve vaně.
• Zvýšená elektrická účinnost induktoru.
• Nízká cena.

Nevýhody kanálových pecí:

• Obtížnost úpravy chemického složení kovu, protože přítomnost tekutého kovu ponechaného v peci, vytváří potíže při přechodu z jednoho složení na druhé.
• Nízká rychlost pohybu kovu v peci snižuje možnosti tavicí technologie.

Designové prvky

Rám pece je vyroben z nízkouhlíkového ocelového plechu o tloušťce 30 až 70 mm. Ve spodní části rámu jsou okna s připevněnými induktory. Induktor je vyroben ve formě ocelového pouzdra, primární cívky, magnetického obvodu a vyložení. Jeho pouzdro je odnímatelné a jednotlivé části jsou od sebe izolovány těsněními, aby části pouzdra nevytvářely uzavřený obvod. Jinak by vznikal vířivý proud.

Magnetický obvod je vyroben z plechů ze speciální elektrotechnické oceli o tloušťce 0,5 mm. Plechy jsou od sebe izolovány, aby se snížily ztráty vířivými proudy.

Cívka je vyrobena z měděného vodiče s průřezem závislým na zatěžovacím proudu a způsobu chlazení. Při chlazení vzduchem je přípustný proud 4 ampéry na mm2, při chlazení vodou je přípustný proud 20 ampérů na mm2. Mezi výstelku a cívku je namontována clona, která je chlazena vodou. Cívka je vyrobena z magnetické oceli nebo mědi. Pro odvod tepla z cívky je namontován ventilátor. Pro získání přesných rozměrů kanálu se používá šablona. Je vyrobena ve tvaru dutého ocelového odlitku. Šablona se umístí do induktoru, dokud se nenaplní žáruvzdornou hmotou. V induktoru se nachází během ohřevu a sušení výstelky.

Pro vyzdívky se používají žáruvzdorné hmoty mokrého a suchého typu. Mokré hmoty se používají ve formě hutněných nebo litých materiálů. Lité betony se používají pro složité tvary induktorů, pokud není možné zhutnit hmotu v celém objemu induktoru.

Induktor se naplní takovou hmotou a zhutní vibrátory. Suché hmoty se zhutňují vysokofrekvenčními vibrátory, zhutněné hmoty se zhutňují pneumatickými pěchy. Pokud se v peci má tavit litina, vyzdívka se vyrábí z oxidu hořečnatého. Kvalita vyzdívky je určena teplotou chladicí vody. Nejúčinnější metodou kontroly vyzdívky je kontrola hodnoty indukčního a aktivního odporu. Tato měření se provádějí pomocí kontrolních přístrojů.

Elektrické vybavení pece zahrnuje:

• Transformátor.
• Kondenzátorová banka pro kompenzaci ztrát elektrické energie.
• Tlumivka pro připojení 1fázové indukční cívky k 3fázové síti.
• Ovládací panely.
• Napájecí kabely.

Aby trouba správně fungovala, je k napájení připojen 10kilovoltový transformátor, který má na sekundárním vinutí 10 napěťových úrovní pro regulaci výkonu trouby.

Materiály pro podšívku a balení obsahují:

• 48 % suchého křemene.
• 1,8% kyselina boritá, prosatá přes jemné síto s velikostí oka 0,5 mm.

Hmota na podšívku se připravuje v suché formě pomocí míchačky a poté se proseje přes síto. Připravená směs by se po přípravě neměla skladovat déle než 15 hodin.

Vyzdívka kelímku se provádí vibračním hutněním. Elektrické vibrátory se používají k vyzdívání velkých pecí. Vibrátory se ponoří do prostoru šablony a zhutňují hmotu skrz stěny. Při hutnění se vibrátor pohybuje jeřábem a otáčí se svisle.

Indukční pece s kelímkem

Hlavními součástmi kelímkové pece jsou induktor a generátor. K výrobě induktoru se používá měděná trubka ve formě 8-10 vinutých závitů. Tvary induktorů lze vyrobit v různých typech.

Tento typ pece je nejběžnější. Konstrukce pece nemá jádro. Nejběžnějším tvarem pece je válec vyrobený z nehořlavého materiálu. Kelímek je umístěn v dutině induktoru. Je napájen střídavým proudem.

Výhody kelímkových pecí:

• Energie se uvolňuje při vkládání materiálu do pece, takže nejsou potřeba žádné pomocné topné prvky.
• Je dosaženo vysoké homogenity vícesložkových slitin.
• V peci je možné vytvořit redukční a oxidační reakci bez ohledu na velikost tlaku.
• Vysoký výkon pece díky zvýšenému měrnému výkonu při jakékoli frekvenci.
• Přerušení tavení kovu neovlivňuje účinnost práce, protože k vytápění není potřeba mnoho elektřiny.
• Možnost libovolného nastavení a jednoduchá obsluha s možností automatizace.
• Nedochází k lokálnímu přehřátí, teplota je vyrovnána v celém objemu lázně.
• Rychlé tavení, které umožňuje vytvářet vysoce kvalitní slitiny s dobrou homogenitou.
• Bezpečnost pro životní prostředí. Vnější prostředí není vystaveno žádným škodlivým vlivům pece. Tavení také nepoškozuje životní prostředí.

Nevýhody kelímkových pecí:

• Nízká teplota strusek používaných pro zpracování tavného zrcadla.
• Nízká odolnost obložení vůči náhlým změnám teploty.

Navzdory existujícím nedostatkům si indukční pece s kelímkem získaly velkou oblibu ve výrobě i v dalších oblastech.

Indukční pece pro vytápění prostor

Nejčastěji se takový sporák instaluje v kuchyni. V jeho konstrukci je hlavní částí svařovací střídač. Konstrukce sporáku je obvykle kombinována s kotlem na ohřev vody, což umožňuje vytápění všech místností v budově. Je také možné připojit k budově přívod teplé vody.

Účinnost takového zařízení je nízká, nicméně takové zařízení se často používá k vytápění domu.

Konstrukce topné části indukčního kotle je podobná transformátoru. Vnější obvod tvoří vinutí jakéhosi transformátoru, která jsou připojena k síti. Druhý vnitřní obvod je zařízení pro výměnu tepla. V něm cirkuluje chladivo. Po připojení napájení vytváří cívka střídavé magnetické pole. V důsledku toho se uvnitř výměníku tepla indukují proudy, které jej ohřívají. Kov ohřívá chladivo, které se obvykle skládá z vody.

Stejný princip je základem fungování indukčních sporáků pro domácnost, u kterých je sekundární okruh vyroben z nádobí ze speciálního materiálu. Takový sporák je mnohem úspornější než běžné sporáky díky absenci tepelných ztrát.

Ohřívač vody v kotli je vybaven regulačními zařízeními, která umožňují udržovat teplotu chladicí kapaliny na určité úrovni.

Vytápění elektřinou je drahé potěšení. Nemůže konkurovat tuhým palivům a plynu, motorové naftě a zkapalněnému plynu. Jednou z metod, jak snížit náklady, je instalace tepelného akumulátoru a také připojení kotle v noci, protože v noci je nejčastěji zvýhodněný poplatek za elektřinu.

Abyste se mohli rozhodnout pro instalaci indukčního kotle pro váš dům, je třeba se poradit s profesionálními specialisty na topenářský průmysl. Indukční kotel nemá oproti běžnému kotli prakticky žádné výhody. Nevýhodou je vysoká cena zařízení. Běžný kotel s topnými tělesy se prodává připravený k instalaci, zatímco indukční ohřívač vyžaduje další vybavení a seřízení. Proto je před nákupem takového indukčního kotle nutné provést důkladný ekonomický výpočet a plánování.

Vyzdívka indukčních pecí

Proces vyzdívky je nezbytný k zajištění ochrany tělesa pece před vystavením zvýšeným teplotám. Umožňuje výrazně snížit tepelné ztráty a zvyšuje účinnost tavení kovu nebo ohřevu materiálu.

Pro vyzdívky se používá křemenec, což je modifikace oxidu křemičitého. Na vyzdívkové materiály jsou kladeny určité požadavky.

Takový materiál musí poskytovat 3 zóny materiálových stavů:

• Monolitický.
• Vyrovnávací paměť.
• Střední.

Pouze přítomnost tří vrstev v povlaku může chránit plášť pece. Vyzdívka je negativně ovlivněna nesprávnou pokládkou materiálu, nízkou kvalitou materiálu a obtížnými provozními podmínkami pece.

Související témata:

• Mikrovlnné trouby. Typy a obsluha. Jak vybrat a jaké jsou jejich funkce
• Horkovzdušná trouba. Typy a zařízení. Obsluha a vlastnosti
• Indukční topné kotle. Typy a struktura. Práce
• Slídové ohřívače. Vlastnosti. Typy a použití
• Svařovací stroj (1. část). Typy a vlastnosti. Svařování. Oblouk. Aplikace
• Svařovací stroj (2. část). Typy a vlastnosti. Aplikace. Jak si vybrat
• Invertorové svařovací stroje. Jak si vybrat. Typy a provoz