Что представляет собой тигельная индукционная печь, виды, нормативы и принцип работы

Индукционные электрические тигельные печи

Индукционные тигельные печи – являются наиболее технологичным оборудованиям, поэтому печи работают на многих литейных заводах. Индукционная печь работает под воздействием вихревых электрических токов, возникающих внутри металла вследствие электромагнитной индукции.

В индукционных электрических тигельных печах можно избежать перегревов расплавляемых материалов в силу равномерного распределения температуры по всему объему тигля. Благодаря чему состав сплава получается однородным. Такие печи очень популярны в России на сегодняшний день.

Тигельные электропечи для плавки алюминия и меди

Тигельные электропечи используются для плавки алюминия, меди, стали и чугуна. Максимальная загрузка тигля у таких печей составляет от 5 до 5000 кг. Электрические тигельные печи благодаря действию электромагнитного поля осуществляют разжижение металла, доводя его до однородного состояния. Качество такого металла считается наилучшим для получения отливки.

Во время плавки тепловая энергия от нагревательного элемента электропечи не передается, а образуется внутри металла. Ведь через него проходит переменный ток, в результате чего образуется электромагнитное поле. Электрические печи работают на разной частоте тока: промышленная (50 Гц), повышенная (0,5 – 10 кГц), высокая (66 – 440 кГц).

Тигельная печь своими руками: пошаговая инструкция

Если предстоит периодически плавить до 3 кг лома, будет достаточно производительности агрегата, сложенного из печного кирпича.

Материалы и технология

Необходимо подготовить:

• 20-25 красных кирпичей,
• решетку-гриль,
• изоленту,
• фен и отрезок трубы, подходящий под диаметр его сопла,
• консервную банку с высокими толстыми стенками,
• стальную проволоку,
• уголь (понадобится для розжига).

Кирпичи закладываются в основу корпуса, они служат огнеупорной защитой агрегата. Тигель в этом случае – консервная банка, с противоположных сторон верхней ее части выполняют 2 отверстия и пропускают через них стальную проволоку. Эта импровизированная ручка поможет вытащить из печи емкость со сплавом.

Для подачи воздуха домашние мастера используют фен, включенный в «холодном» режиме, к нему приматывают с помощью изоленты отрезок трубы, конструкция превращается в импровизированный воздуховод.

Схема такой тигельной печи для плавки алюминия предельно проста, ее можно выполнить и без специфических навыков. При изготовлении нельзя использовать расходные материалы, имеющие цинковое покрытие: в процессе использования могут выделяться токсичные пары.

Тигельные электрические печи – футеровка

Футеровка тигельных печей включает в себя основные части: тигель, воротник, подина, сливной нос и крышка. Правильно сделанная футеровка и подбор огнеупорных материалов продлит ее срок службы и обеспечит большое количество плавок. Основная часть футеровки печи – это тигель, он выполняется набивкой буферной части или кладкой из огнестойких материалов:

• кварцит SiO2 (Кислая футеровка);
• магнезит МgO;
• шпинель МgО + Al2O3;
• корунд Al2O3;
• муллит ЗAl2O3 · 2SiO2
• муллитокорунд Al2O3;
• шамот;
• цирконий Zr2 · SiO2;
• шамотографит;
• графит.

Кислая футеровка тигельных печей — это самая распространенная футеровка, ее применяют для плавки стали, чугуна и углеродистых металлов. Кислая футеровка не используется при определенном содержании углерода, фосфора и кремния при выплавке высоколегированных сталей. Ведь сгорание примесей (оксида кальция) при высоких температурах происходит быстрее. Так же жаропрочные стали и расплавы нельзя применять в этой футеровки, ведь их перегрев близок к температуре плавления кварцитов.

Для грамотного выбора футеровки индукционных тигельных печей надо учитывать вид шихты, которая будет использоваться. Основным критерием при выборе является срок службы, для обеспечения следующих требований:

• получение металла хорошего;
• большое количество плавок;
• безопасная работа для обслуживающего персонала;
• исключение прерываний во время плавки;
• стоимость и экономический эффект;
• выброс вредных примесей.

Футеровка тигельной печи необходима для усиления огнеупорных свойств тигля, ведь она оказывает влияние на физические и химические свойства металла. Правильно выбранная футеровка обеспечивает высокое качество выплавленного металла, безопасность работы с тигельной печью, длительную продолжительность работы печи без необходимости ремонта, минимальное количество отходов, вредных для окружающей среды.

При добавлении раскислителей во время плавки и взаимодействии с футеровочными материалами, может повлиять на образование нежелательных примесей, которые в дальнейшем выразятся в неметаллические включения. Благодаря качественной футеровке снижается термическое напряжение в тигле и обеспечивается надежная защита индуктора.

Тигельные электрические печи – преимущества

Преимущества индукционных тигельных печей очевидны: исключено загрязнение металла другими материалами. Равномерное распределение температуры в тигле и, как следствие, равномерный химический состав сплава. Низкий уровень образования угара легирующих элементов. Легкая регулировка температурного режима. Высокая производительность. Компактные габариты печей, не требующие больших рабочих площадей. Благоприятные условия работы с тигельными печами, за счет низкого уровня шума, минимального теплового излучения и небольшого количества дыма.

Обзор компактной тигельной печи SmartMelt: мини-плавка для дома или мастерской

Наверняка многие сталкивались с необходимостью отливки металлов в домашних условиях. А действительно, можно ли своими силами и с минимальными затратами подготовить форму и выполнить литье цветных или драгоценных металлов для хобби, мини-производства или с познавательными целями. Так вот, нашел интересный недорогой и компактный вариант тигельной печи, которую можно установить в домашней мастерской или в гараже.

Тигельная мини плавильная печь SmartMelt

Муфельная мини печь SmartKiln

Как известно, для плавки и литья металлов можно подобрать оборудование различного класса: начиная от бюджетных газовых горнов, заканчивая индукционными установками и ювелирным оборудованием. Сегодня речь пойдёт про удобный бюджетный вариант — тигельную мини печь SmartMelt для плавки цветных и драгоценных металлов. Есть вариант и побольше — муфельная мини печь SmartKiln. Оба варианта работают от бытовой сети 220 В/50 Гц (1 фаза), не потребляют излишне электричество (не более 1.8 кВт, как бытовой электрочайник или утюг), не требуют специального помещения, а также оснащены контроллером для поддержания заданной температуры.

Тигельная мини-печь SmartMelt предназначена для работы в бытовых условиях. Представляет собой достаточно компактное устройство в корпусе из нержавеющей стали и продуманной термоизоляцией. Для управления температурой служит специальный PID-контроллер.

Характеристики: Бренд: Plavka.pro Модель: SmartMelt Тип: Тигельная печь Мощность: 1800 Вт. Максимальная температура 1150 градусов Время достижения максимальной температуры: 6 мин Размеры: 170 х 170 х 400 мм Вес: 7,5 кг.

Специальная термопара установлена внутри для обратной связи по температуре и управления ТЭНами в режиме поддержания температуры. Подключается печь в бытовую сеть 220 В/50 Гц с евророзеткой на 2 кВт (16А).

Рабочая область закрывается специальной крышкой. Для фиксации служит накидной замок, на обратной стороне расположены петли. Механизм простой, вполне можно отремонтировать самостоятельно в случае долговременной эксплуатации.

В моём комплекте поставки присутствовал графитовый тигель — простой и эффективный способ для нагрева металлов. Отлично проводит тепло, хорошо разогревается.

Для установки присутствует фланец, для захвата — кольцо с проточкой под щипцы. Различаются тигли по объему (тигли на 1 или 2 кг, что соответствует 100 и 200 мл расплава), а также по материалу корпуса (керамика или графит). Есть смысл приобрести запасные тигли, или керамические (меньше изнашиваются).

Для аккуратного слива расплава в тигле предусмотрен желобок. Устанавливается тигель корпусом в специальное отверстие в печи.

В отверстие хорошо видно спирали ТЭНов и расположенную рядом термопару. Внутреннее пространство заполняет высокотемпературный термоизолятор — снаружи печка практически не нагревается, отлично удерживает тепло в закрытом состоянии, утечки тепла минимальные.

Выше я упомянул щипцы: простые щипцы из комплекта, которыми удобно извлекать тигель и выливать расплав в форму. Длина щипцов чуть более полуметра, что дает возможность комфортной работы с горячими металлами.

Керамический или графитовые тигли плотно захватываются щипцами, появляется возможность аккуратно установить или извлечь тигель для работы с расплавом металлов.

Управлять контроллером достаточно просто: имеется функция целевой установки температуры (SET), в градусах цельсия, а также отображение текущей температуры в градусах цельсия. Нажимаем SET, стрелками вверх или вниз выбираем целевую температуру, стрелка влево перемещает курсор по разрядам. После установки начинается плавный разогрев ТЭНов. После достижения уставки — подогрев и удержание значения температуры. Температуру плавления выбранного металла можно найти в доступных источниках.

Для контроля и удержания температуры используется одноступенчатый ПИД алгоритм. Печь может не только поддерживать температуру, но и обеспечивать плавное остывание. Примеры потребления печи: — в покое (работает только контроллер); -поддержание температуры (ШИМ, неполная мощность); — разогрев (успел заснять 1.6 кВт, импульсы потребления достигают 1.8….2 кВт, что вполне нормально).

Если вы приобрели печь для хобби, то можно начать с литья металлов и сплавов с низкой температурой плавления: олово, свинец, медь, латунь, бронза, серебро и т.п. Вполне сгодятся обрезки и лом цветных/драгоценных металлов и их сплавов.

В качестве формы для литья можно использовать термостойкие материалы: специальный гипс, силиконы, и т.д. Чем удобнее материал обрабатывать, тем качественнее получится отливка. Например, гипс. Замешиваем, даем чуть подсохнуть, формуем модель. Можно делать из двух половинок с последующим скреплением.

Устанавливаем тигель с материалом для плавки, закрываем крышку. Разогреваем печку до нужной температуры. Нагреваем, ждем полного расплава.

Осторожно, в печке очень горячо — 1000….1100 градусов, в зависимости от того, сколько вы установили (для свинца или олова можно поменьше — 400..450). Если экспериментируете дома — то лучше закрыть все доступные поверхности от брызг расплава. В гараже или мастерской будет несколько попроще.

В зависимости от объема материала в тигле может потребоваться 5…15 минут. Время разогрева до максимальных 1150 градусов составляет 6 минут. Опять же зависит от типа металла или сплава. Обычно смотрю на температурные показания, как только перестали прыгать (выровнялась температура, прогрелся тигель и весь объем металла), выжидаю минуту и проверяю.

Результат отливки в гипс. Присутствует некоторая шероховатость, которую можно убрать шлифовкой на круге или листе наждачной бумаги.

Фото: оригинал и отливка. Что могу сказать — без вакуумной машинки ювелирного качества не достичь. Простые детали получаются прилично, с учетом дальнейшей обработки (шлифовка и т.п.). Это тема для дальнейших проб и ошибок.

Вполне неплохой вариант начального уровня, который не требует специально оборудованного помещения, мощной электропроводки и т.д. Компактная мини-печь SmartMelt для тигельной плавки или мини-муфельная печь SmartKiln хорошо подходят для плавки небольшого объема цветных и драгоценных металлов. Буду продолжать эксперименты, тем более сейчас доступен литьевой воск, воск для ЧПУ обработки, воск для 3Д печати (SLA или FDM), а также готовые восковки.

Другие обзоры и тесты смартфонов, инструмента и гаджетов вы можете найти в моем профиле и по ссылкам ниже.

Тигельные электрические печи – применение

Применение тигельных печей особенно актуально в ремонтных и литейных цехах, которые выпускают малые и средние отливки или ремонтное литье. Меры безопасности при использовании тигельной печи включают в себя соблюдение техники безопасности при использовании электротехнических устройств того же класса. Аварии, которые могут возникнуть в ходе работы с тигельной печью, связанны с повреждением футеровки. Для предотвращения подобного рода ситуаций разработана специальная система, которая отключает питание печи и сигнализирует о недопустимом истончении стенок тигля или появлении трещин. В целях обеспечения безопасности эксплуатации предъявляются высокие требования к оборудованию индукционной тигельной печи. Электроснабжение печи осуществляется через трансформатор, подключенный к генератору повышенной или высокой частоты. Тигельные печи отличаются простотой и удобством регулировки и управления процессом плавки. Процесс плавления в тигельных печах может быть автоматизированным или механизированным. Тигельные печи применяются в следующих направлениях:

• металлургические заводы и небольшие литейные производства: плавление, обжиг, смешивание, разливка металлов, расплав руды;
• металлообработка: литьё, обжиг;
• лаборатории и исследовательские институты: увеличение прочности металлов, сжигание, плавление;
• химическая промышленность: растворение и сжигание.

Тигельная плавильная печь: принцип работы

Конструкция и разновидности тигельных печей

Независимо от способа размещения, производственной мощности и способа нагрева конструкция металлоплавильных печей тигельного типа состоит из следующих составных частей:

• корпуса с герметичной крышкой;
• огнеупорных, шамотных материалы;
• нагревательных элементов (индуктора, горелки и т.д.);
• плавильного тигля;
• механизмов подъема, поворота и наклона печи.

Существует несколько разновидностей тигельных металлоплавильных печей, различающихся по способу нагрева: электрические и работающие посредством сжигания топлива (газа, кокса, мазута и т.д.). В первой категории плавильного оборудования в тепло преобразуется электроэнергия. Такие установки зачастую используются для плавки алюминия или небольших объемов сырья. Второй вид тигельных печей отличается большей производительностью и служит для производства крупных партий жидкого металла.

Разновидности и свойства тиглей

Плавильный тигель – узел, отвечающий за эксплуатационную надежность оборудования. От него также зависит скорость нагрева и качество готового продукта. Огнеупорными материалами для его изготовления служат графит, чугун и керамика. Первые два вида встречаются не так часто, как керамические емкости. Это обусловлено свойствами материала, который при нагреве не влияет на качество выплавляемого сырья.

Помимо конструктивных отличий и химического состава материала, классификация тиглей осуществляется по объему. Например, под условным обозначением «1» принято считать единицу объема одного кг меди, что составляет 0,142 дм³. Маркировка тигля номер «10» означает, что сосуд рассчитан на 1,42 дм³ вещества или 10 кг расплавленной медной массы. Объем емкости для нагрева может варьироваться от нескольких десятков миллилитров до десятков тонн. Первые используются для плавки драгоценных металлов (золота, платины), вторые применяются на металлургических комбинатах для выплавки цветных и черных металлов.

К материалам и качеству футеровки плавильных тиглей предъявляются следующие требования:

• огнеупорные свойства, термо- и химическая стойкость к расплавленному сырью;
• теплоизоляционные параметры;
• механическая прочность как в условиях высокотемпературных воздействий, так и при загрузке металлического сырья и периодическом обслуживании;
• минимально возможная толщина стенок, что способствует повышению КПД;
• стабильный коэффициент линейного расширения.

Графитовые сосуды изготавливаются методом изостатического прессования из огнеупорных составов, которые регламентируются требованиями ГОСТ 4596-75. Чугунные тигли в настоящее время используются сравнительно редко.

Принцип работы тигельной печи

Рассмотрим работу металлоплавильных установок на примере индукционной тигельной установки. Ее принцип действия напоминает работу обычного электрического трансформатора, только в качестве вторичной обмотки выступает огнеупорная емкость с металлическим сырьем.

Тигель, наполненный сырьем, помещают в центр специального индуктора, через который пропускают переменный электроток. Образуемое магнитное поле вокруг сердечника, в нашем случае сырья, создает электрическое поле, которое приводит к возникновению вихревых токов. Энергия последних переходит в тепло, посредством которого осуществляется непосредственно плавка металла. Поскольку электрическое сопротивление расплавляемого объекта мало, а индуцированные в нем токи достаточно велики, то нагрев происходит относительно быстро.

Металлургические процессы нуждаются в мощных источниках электроэнергии. Тепло, выделяемое движением вихревых токов, напрямую зависит от частоты переменного магнитного поля. Чтобы обеспечить максимальную производительность сталелитейного оборудования, используются специализированные генераторы, умножители и преобразователи частот.

Преимущества тигельных печей

К достоинствам металлоплавильных печей тигельного типа можно отнести: невысокий уровень шума, изолированность расплавленного металла от попадания различных нежелательных примесей, однородность полученного вещества и минимальное количество угарных газов. Конструкция тигельного оборудования позволяет регулировать температурный режим, что позволяет производить плавку разных видов металлов и их сплавов.