Indukční pece – Princip činnosti indukční pece. Laboratorní indukční pece | Tepelné a vakuové průmyslové vybavení

Princip činnosti indukčních pecí je založen na proudech generovaných v tavenině pomocí speciálních zařízení – induktorů. Zároveň indukované proudy umožňují dosáhnout teploty tavení v kovech, díky míchání se dosahuje vysoké rovnoměrnosti tavenin. Všechny prvky tavenin jsou vystaveny vírovému efektu proudů, čímž se vrstvy pohybují a dosahuje se maximálního možného promíchání různých přísad a kovů. Mezi hlavní výhody indukčních pecí patří nejjednodušší oprava, vysoká účinnost, schopnost získat slitiny se zadanými vlastnostmi a provádět tepelné zpracování v libovolném režimu.

1. Průmyslová indukční pec
2. Laboratorní indukční pec

Induktor kromě vytváření elektrického proudu ve zpracovávaném kovu vnímá mechanické vibrace a teplotní zatížení, proto konstrukce zajišťuje potřebnou pevnost a žáruvzdornost vodivých i izolačních částí. Jako izolace lze použít vzduchovou mezeru, přičemž musí být zajištěna potřebná vzdálenost mezi závity a pevné upevnění vodiče.

Používá se také pásková izolace, která se nanáší přes lakovaný nátěr. Páska musí mít dobré dielektrické vlastnosti, které zajišťují spolehlivou izolaci závitů.

Dalším způsobem, jak zajistit potřebnou dielektrickou izolaci závitů induktoru, je použití speciálního těsnicího materiálu instalovaného mezi závity. Těsnění se připevňují pomocí speciálního lepidla. Tato metoda se obvykle používá k izolaci induktoru s vysokým výkonem.

Směsové smíchání také slouží k zajištění požadované úrovně izolace. Tato metoda nenašla široké uplatnění, protože induktor je v tomto případě velmi obtížně opravitelný.

Vodivá část induktoru musí mít dobrou elektrickou vodivost, což snižuje ztráty energie. Kromě toho musí být materiál použitý v elektrické části induktoru nemagnetický. Aby se zajistila maximální plocha na straně přivrácené ke zpracovávanému kovu a menší hmotnost, používají se různé profily s vnitřními dutinami.

Rám pece musí zajistit tuhost celé konstrukce a eliminovat absorpci energie jejími součástmi. Průmyslové pece obvykle používají válcový rám vyrobený z ocelových plechů se speciálními technologickými otvory, které umožňují volný přístup k induktoru.

Tavení kovu v indukční peci umožňuje přesně regulovat teplotní podmínky a udržovat požadovanou teplotu po určitou dobu. Účinnost indukčních pecí je velmi vysoká, protože neexistují žádné dodatečně vyhřívané články, zahřívá se pouze zpracovávaný kov. Z hlediska environmentálních vlastností jsou indukční pece nejbezpečnější, protože při jiných metodách tavení nevznikají žádné produkty spalování paliva a škodlivé látky.

Indukční pece se používají k tavení neželezných a železných kovů, kalení, popouštění, žíhání a normalizaci ocelí. Konstrukčně jsou indukční pece kanálového a kelímkového typu. Vyrábějí se pece, které umožňují tavení s přístupem vzduchu, v určitém plynném prostředí s přetlakem nebo vakuem.

Kromě neželezných kovů se k tavení drahých kovů používají indukční pece. To obvykle vyžaduje nižší teplotu než u železných kovů. Tavení palladia v indukční peci vyžaduje na rozdíl od jiných drahých kovů oxidační atmosféru.

Tavení oceli v indukčních pecích umožňuje získat vysoce legované oceli, které splňují nejpřísnější požadavky. V některých případech se používá tavení oceli v určitém plynném prostředí nebo ve vakuu, což umožňuje získat další vlastnosti.

Tavení titanu v indukčních pecích umožňuje získat ingoty nebo polotovary s jednotným složením v celém objemu. Nevýhodou tavení v indukčních pecích je relativně vysoký obsah uhlíku v konečném produktu. Pro snížení vlivu plynů se titan taví v argonovém prostředí nebo ve vakuu.

Je třeba poznamenat, že tavení mokrých nebo ledem obsahujících kovů je velmi nebezpečné, proto se doporučuje předběžné sušení. Přítomnost vlhkosti v komoře pece při objevení se taveniny způsobí rozstřikování horkého kovu, což může vést ke zraněním a poruše zařízení.

Schéma nejjednodušší indukční pece:

Odlévání kovu z indukční pece:

Průmyslová indukční pec

Průmyslové pece jsou navrženy na základě požadavků na technologický proces. Projekt určuje maximální možnou teplotu ohřevu, možnost vytvoření určitého plynového prostředí nebo vakua, použití kelímků nebo kanálového zařízení pracovní části, stupeň automatizace. Průmyslové pece musí být vybaveny systémy, které zajišťují maximální bezpečnost během provozu. Kromě toho pece pracují na střídavý elektrický proud, jehož výkon je ovlivněn jeho frekvencí.

V závislosti na požadovaných teplotních podmínkách a typech kovů nebo slitin, které se mají tavit, se používají různé typy vyzdívek. Vyzdívka indukčních pecí může být vyrobena ze žáruvzdorného materiálu obsahujícího více než 90 % oxidu křemičitého s malým množstvím dalších oxidů. Taková vyzdívka se nazývá kyselá a vydrží až 100 taveb.

Základní neboli alkalická vyzdívka je vyrobena z magnezitu s přídavkem dalších oxidů a tekutého skla. Taková vyzdívka vydrží až 50 taveb, ve velkoobjemových pecích se opotřebovává mnohem rychleji.

Neutrální vyzdívka se používá častěji než jiné typy a vydrží přes 100 taveb. Nejčastěji se používá v kelímkových pecích. Je třeba vzít v úvahu, že v důsledku tavení dochází k nerovnoměrnému opotřebení vyzdívky. Mění se tak pracovní objem a tloušťka stěny vyzdívky. K většímu opotřebení dochází v místech s vyššími teplotami, obvykle ve spodní části pece.

Protože průmyslové indukční pece pracují s vysokým zatížením, může se vinutí induktoru během provozu výrazně zahřát. Aby se zabránilo negativním dopadům přehřátí, obvykle se používá systém vodního chlazení, který odvádí přebytečné teplo ze závitů induktoru. Při návrhu je otázka chlazení induktoru jednou z nejdůležitějších, protože spolehlivost a životnost celé pece závisí na účinnosti systému.

Maximální možná automatizace procesů tepelného zpracování je nezbytnou podmínkou pro normální provoz průmyslových indukčních pecí. Správně zvolená automatizace poskytne různé režimy, které umožní co nejpřesnější splnění požadavků technologických procesů.

Průmyslové pece jsou vyráběny v přísném souladu s požadavky zákazníka a regulačními NTD. Průmyslové pece mohou být vyrobeny dle standardních návrhů nebo individuálních objednávek. Povinným požadavkem je certifikace zařízení, která musí být provedena alespoň jednou ročně.

Tavicí indukční pec:

Laboratorní indukční pec

Výzkum prováděný s různými kovy a slitinami vyžaduje vytvoření určitých podmínek během procesu tavení nebo tepelného zpracování. Laboratorní indukční pec slouží k zajištění stanovených podmínek, takže stupeň automatizace takového zařízení je velmi vysoký. V závislosti na materiálech, které mají být studovány, jsou laboratorní pece dodávány s dalším vybavením. Některé modely poskytují možnost tavení za přetlaku nebo ve vakuu.

Kromě výše uvedených materiálů lze pro vyzdívku laboratorních pecí použít modernější tepelněizolační materiály, jako například:

korund, který vydrží až 300 tavení;
různé tepelně odolné vláknité materiály;
keramické tepelně izolační desky.

Mezi laboratorní pece patří také šperkařské pece, používané pro zpracování drahých kovů, a zubní pece určené pro výrobu protéz. Pece tohoto typu obvykle nejsou navrženy pro dosažení vysokých teplot a zpracování velkých objemů kovu, takže jejich výkon není vysoký.

Rám laboratorních pecí má obvykle tvar krychle nebo rovnoběžnostěnu. Pro výrobu žeber se používají různé nemagnetické materiály (dural, speciální ocel, měď). Prvky rámu jsou potaženy azbestocementovými deskami, které poskytují dodatečnou tepelnou izolaci. Pro snížení zahřívání prvků rámu se používají speciální izolační podložky. Slouží také k prevenci vzniku bludných proudů. V tomto případě je induktor připevněn k horní a spodní desce.

Laboratorní indukční pece, stejně jako průmyslové, vyžadují účinné chlazení vinutí. U některých modelů postačuje vzduchové chlazení, zatímco induktory pracující při vysokých teplotách používají vodní chlazení.

Přítomnost požadované úrovně ochrany před indukčními proudy v laboratorních pecích je nezbytnou podmínkou, která zajišťuje bezpečnost personálu. Pro zajištění požadované úrovně bezpečnosti se používají speciální elektromagnetické clony. Obvykle jsou vyrobeny z hliníkového nebo měděného plechu.