Gia nhiệt cảm ứng, làm cứng và nóng chảy cảm ứng kim loại

Loại sưởi ấm hoàn hảo nhất là loại trong đó nhiệt được tạo ra trực tiếp trong cơ thể được làm nóng. Phương pháp sưởi ấm này được thực hiện rất tốt bằng cách cho một dòng điện chạy qua cơ thể. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể trực tiếp đưa vật thể được làm nóng vào mạch điện vì lý do kỹ thuật và thực tế.

Trong những trường hợp này, một kiểu sưởi ấm hoàn hảo có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống sưởi cảm ứng, trong đó nhiệt cũng được tạo ra trong chính vật thể được làm nóng, giúp loại bỏ mức tiêu thụ năng lượng không cần thiết, thường là lớn, ở thành lò hoặc trong các bộ phận làm nóng khác. Do đó, mặc dù hiệu suất tương đối thấp của việc tạo ra dòng điện có tần số cao và tăng, hiệu suất tổng thể của hệ thống sưởi cảm ứng thường cao hơn so với với các phương pháp sưởi ấm khác.

Phương pháp cảm ứng cũng cho phép làm nóng nhanh các vật thể phi kim loại đều khắp bề dày của chúng.Tính dẫn nhiệt kém của các vật thể như vậy loại trừ khả năng làm nóng nhanh các lớp bên trong của chúng theo cách thông thường, tức là cung cấp nhiệt từ bên ngoài. Trong phương pháp cảm ứng, nhiệt được tạo ra theo cùng một cách ở cả lớp bên ngoài và lớp bên trong, và thậm chí có thể có nguy cơ quá nhiệt đối với lớp sau nếu lớp cách nhiệt cần thiết của các lớp bên ngoài không được thực hiện.

Một tính chất đặc biệt có giá trị của hệ thống sưởi ấm cảm ứng là khả năng tập trung năng lượng rất cao trong cơ thể được làm nóng, dễ dàng tuân theo liều lượng chính xác. Chỉ một hồ quang điện có thể thu được cùng một thứ tự mật độ năng lượng, nhưng phương pháp gia nhiệt này rất khó kiểm soát.

Các đặc điểm và ưu điểm nổi tiếng của hệ thống sưởi cảm ứng đã tạo ra nhiều cơ hội cho ứng dụng của nó trong nhiều ngành công nghiệp. Ngoài ra, nó cho phép bạn tạo ra các loại cấu trúc mới hoàn toàn không khả thi đối với các phương pháp xử lý nhiệt thông thường.

Một quá trình vật lý

Trong các thiết bị và lò nung cảm ứng, nhiệt trong vật thể nung nóng dẫn điện được giải phóng bởi các dòng điện do trường điện từ xoay chiều gây ra trong nó. Bằng cách này, sưởi ấm trực tiếp diễn ra ở đây.

Sự nóng lên của kim loại dựa trên hai định luật vật lý: định luật cảm ứng điện từ Faraday-Maxwell và định luật Joule-Lenz. Thân kim loại (khoảng trống, bộ phận, v.v.) được đặt từ trường xoay chiều, khuấy động một cơn lốc trong họ điện trường… EMF của cảm ứng được xác định bởi tốc độ thay đổi của từ thông. Dưới tác động của EMF cảm ứng, dòng điện xoáy (đóng bên trong cơ thể) chạy trong cơ thể, giải phóng nhiệt theo định luật Joule-Lenz… EMF này được tạo ra trong kim loại Dòng điện xoay chiều, năng lượng nhiệt được giải phóng bởi các dòng điện này làm cho kim loại nóng lên. Gia nhiệt cảm ứng là trực tiếp và không tiếp xúc. Nó cho phép bạn đạt đến nhiệt độ đủ để làm tan chảy các kim loại và hợp kim chịu lửa nhất.

Hệ thống sưởi cảm ứng cường độ cao chỉ có thể thực hiện được trong các trường điện từ có cường độ và tần số cao, được tạo ra bởi các thiết bị đặc biệt - cuộn cảm. Cuộn cảm được cung cấp bởi mạng 50 Hz (lắp đặt tần số công nghiệp) hoặc bằng các nguồn năng lượng riêng biệt — máy phát và bộ chuyển đổi tần số trung bình và cao.

Cuộn cảm đơn giản nhất của các thiết bị gia nhiệt cảm ứng gián tiếp tần số thấp là một dây cách điện (kéo dài hoặc cuộn) được đặt bên trong một ống kim loại hoặc đặt chồng lên bề mặt của nó. Khi dòng điện chạy qua dây dẫn trong ống, nó nóng lên dòng điện xoáy… Nhiệt từ ống (cũng có thể là nồi nấu, bình chứa) được truyền sang môi chất đốt nóng (nước chảy qua ống, không khí,…).

Gia nhiệt cảm ứng và làm cứng kim loại

Hệ thống sưởi cảm ứng trực tiếp được sử dụng rộng rãi nhất của kim loại ở tần số trung bình và cao. Đối với điều này, cuộn cảm có thiết kế đặc biệt được sử dụng. Cuộn cảm phát ra sóng điện từ, rơi vào cơ thể nóng lên và chết trong đó. Năng lượng của sóng hấp thụ được chuyển thành nhiệt trong cơ thể. Hệ số gia nhiệt càng cao thì hình dạng của sóng điện từ phát ra (phẳng, hình trụ, v.v.) càng gần với hình dạng của cơ thể. Do đó, cuộn cảm phẳng được sử dụng để làm nóng vật thể phẳng, cuộn cảm hình trụ (điện từ) được sử dụng cho phôi hình trụ.Trong trường hợp chung, chúng có thể có hình dạng phức tạp do nhu cầu tập trung năng lượng điện từ theo hướng mong muốn.

Một đặc điểm của đầu vào năng lượng cảm ứng là khả năng điều chỉnh sự sắp xếp không gian của vùng dòng chảy dòng điện xoáy.

Đầu tiên, dòng điện xoáy chạy trong khu vực được bao phủ bởi cuộn cảm. Chỉ phần cơ thể tiếp xúc từ tính với cuộn cảm được làm nóng, bất kể kích thước tổng thể của cơ thể.

Thứ hai, độ sâu của vùng lưu thông dòng điện xoáy và do đó vùng giải phóng năng lượng phụ thuộc, trong số các yếu tố khác, vào tần số của dòng điện dẫn (tăng ở tần số thấp và giảm khi tần số tăng).

Hiệu suất truyền năng lượng từ cuộn cảm sang dòng điện được làm nóng phụ thuộc vào kích thước của khoảng cách giữa chúng và tăng khi nó giảm.

Gia nhiệt cảm ứng được sử dụng để làm cứng bề mặt các sản phẩm thép, bằng cách gia nhiệt để biến dạng dẻo (rèn, dập, ép, v.v.), nấu chảy kim loại, xử lý nhiệt (ủ, ủ, chuẩn hóa, làm cứng), hàn, tạo lớp, hàn kim loại.

Hệ thống sưởi cảm ứng gián tiếp được sử dụng để sưởi ấm các thiết bị xử lý (đường ống, thùng chứa, v.v.), làm nóng môi trường chất lỏng, làm khô lớp phủ, vật liệu (ví dụ: gỗ). Thông số quan trọng nhất của việc lắp đặt hệ thống sưởi cảm ứng là tần số. Đối với mỗi quy trình (làm cứng bề mặt, bằng cách nung nóng) có một dải tần số tối ưu mang lại các chỉ số kinh tế và công nghệ tốt nhất. Tần số từ 50 Hz đến 5 MHz được sử dụng để sưởi ấm cảm ứng.

Ưu điểm của sưởi ấm cảm ứng

1) Truyền năng lượng điện trực tiếp vào cơ thể được làm nóng cho phép làm nóng trực tiếp vật liệu dẫn điện. Trong trường hợp này, tốc độ gia nhiệt được tăng lên so với các cài đặt có tác động gián tiếp, trong đó sản phẩm chỉ được làm nóng từ bề mặt.

2) Việc truyền năng lượng điện trực tiếp vào cơ thể được làm nóng không cần các thiết bị tiếp xúc. Nó thuận tiện trong điều kiện sản xuất sản xuất tự động, khi sử dụng chân không và phương tiện bảo vệ.

3) Do hiện tượng hiệu ứng bề mặt, công suất cực đại được giải phóng ở lớp bề mặt của sản phẩm được nung nóng. Do đó, hệ thống sưởi cảm ứng trong quá trình làm mát giúp làm nóng nhanh lớp bề mặt của sản phẩm. Điều này giúp có thể đạt được độ cứng bề mặt cao của bộ phận với môi trường tương đối nhớt. Làm cứng bề mặt cảm ứng nhanh hơn và tiết kiệm hơn so với các phương pháp làm cứng bề mặt khác.

4) Hệ thống sưởi cảm ứng trong hầu hết các trường hợp giúp cải thiện năng suất và cải thiện điều kiện làm việc.

lò nung cảm ứng

Lò hoặc thiết bị cảm ứng có thể được coi là một loại máy biến áp trong đó cuộn sơ cấp (cuộn cảm) được kết nối với nguồn dòng điện xoay chiều và chính phần thân được làm nóng đóng vai trò là cuộn thứ cấp.

Quá trình làm việc của lò nung cảm ứng được đặc trưng bởi chuyển động điện động và nhiệt của kim loại lỏng trong bể hoặc nồi nấu kim loại, giúp thu được kim loại có cùng thành phần và nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ thể tích, cũng như chất thải kim loại thấp (ít hơn nhiều lần nhẹ hơn trong lò hồ quang).

Lò nóng chảy cảm ứng được sử dụng trong sản xuất vật đúc, kể cả đúc, từ thép, gang, kim loại màu và hợp kim.

Lò nóng chảy cảm ứng có thể được chia thành lò kênh tần số công nghiệp và lò nung công nghiệp, trung bình và cao tần.

Lò ống dẫn cảm ứng là một máy biến áp, thường ở tần số nguồn (50 Hz). Cuộn dây thứ cấp của máy biến áp là cuộn dây kim loại nóng chảy. Kim loại được bao bọc trong một kênh chịu lửa hình khuyên.

Từ thông chính tạo ra EMF trong kim loại của kênh, EMF tạo ra dòng điện, dòng điện làm nóng kim loại, do đó, lò nung kênh cảm ứng tương tự như máy biến áp hoạt động ở chế độ ngắn mạch.

Cuộn cảm của lò kênh được làm bằng ống đồng dọc, được làm mát bằng nước, phần kênh của lò được làm mát bằng quạt hoặc hệ thống không khí tập trung.

Lò cảm ứng kênh được thiết kế để hoạt động liên tục với sự chuyển đổi hiếm hoi từ loại kim loại này sang loại kim loại khác. Lò cảm ứng kênh chủ yếu được sử dụng để nấu chảy nhôm và hợp kim của nó, cũng như đồng và một số hợp kim của nó. Các dòng lò khác chuyên dùng làm máy trộn để giữ và nung nóng sắt lỏng, kim loại màu và hợp kim trước khi đúc trong khuôn đúc.

Hoạt động của lò nung cảm ứng dựa trên sự hấp thụ năng lượng điện từ bằng điện tích dẫn điện. Tế bào được đặt bên trong một cuộn dây hình trụ - một cuộn cảm. Từ quan điểm điện, lò nung cảm ứng là một máy biến áp không khí ngắn mạch có cuộn dây thứ cấp là một điện tích dẫn điện.

Lò nung cảm ứng chủ yếu được sử dụng để nấu chảy các kim loại đúc khuôn theo chế độ hoạt động hàng loạt và, bất kể chế độ hoạt động nào, để nấu chảy một số hợp kim nhất định, chẳng hạn như đồng thau, có ảnh hưởng xấu đến lớp lót của lò nung kênh.