Four à induction de fusion pour métal, schéma, propriétés des types. Fours à induction : de la cuisson à la fusion des métaux

1 Etuves sous vide.................................................. .... .................4

1.1 caractéristiques générales............................................................ 4

1.2 Caractéristiques du travail thermique…………………………………..5

2 Fours à induction…………………………………………….….6

2.1 Fours de fusion à induction……………………………..6

2.2 Fours sans noyau de fer ………………………….……..6

2.3 Fours à noyau de fer………………………….…….. 10

3 fonderies Flash……….……..17

3.1 Caractéristiques générales……………………………………..17

3.2 Caractéristiques des travaux thermiques………………………………….17

Conclusion……………………………………………………19

Liste des sources utilisées……………………………20

1 Etuves sous vide

1.1 Caractéristiques générales

Compacité système électromagnétique« inducteur-métal », caractéristique des fours à creuset à induction, a conduit au développement sur leur base de diverses conceptions de fours de fusion sous vide par induction (Figure 1) et de fours de chauffage, différant par l'emplacement de l'inducteur à l'extérieur (Figure 1, a) ou à l'intérieur (Figure 1, bd) chambre à vide. La vidange du métal du creuset des fours de fusion peut se faire par le trou inférieur, en inclinant le corps du four de petites dimensions (Figure 1, b) ou le creuset à l'intérieur d'une grande chambre à vide (Figure 1, c et d) dans des moules ou des coulées. moules. Les fours de chauffage périodique, selon la méthode de chargement des produits, peuvent être à chambre, à puits ou à ascenseur ; il est possible de créer des fours action continue. Les fours de fusion qui fonctionnent sans casser le vide pendant toute la campagne du creuset sont appelés fours semi-continus. Ces fours sont les unités les plus complexes (Figure 1, d), qui, en plus de la chambre à vide principale (de fusion) avec un four à induction, disposent d'un certain nombre de sas auxiliaires pour le chargement de la charge, la coulée, l'alimentation des moules ou des moules de fonderie. , des distributeurs d'additifs, un dispositif d'échantillonnage et de mesure de la température du métal liquide pendant la fusion et d'autres équipements technologiques.

Le boîtier de la chambre à vide est en acier amagnétique. Selon les exigences d'hygiène du vide surface intérieure le boîtier est bien traité (dans certains cas, poli). Lorsque l'inducteur est situé à l'extérieur de la chambre à vide, le boîtier est un tube de quartz (Figure 1, a).

Les fours à induction sous vide fonctionnent dans des conditions de vide moyen avec une pression résiduelle de 0,01 à 0,1 Pa pendant le chauffage et de 0,1 à 1 Pa pendant la fusion.

Les fours à induction sous vide sont utilisés pour fondre des métaux ferreux et non ferreux et leurs alliages à partir de matériaux de charge solide purs à une fréquence de 1 à 2,5 kHz (capacité jusqu'à 10-15 tonnes), pour affiner des semi-produits à une fréquence industrielle (capacité jusqu'à 60 tonnes), refusion de métaux purs pour pièces moulées (capacité jusqu'à 450 kg). Des matériaux chimiquement actifs et de haute pureté sont produits dans des fours à induction sous vide avec un creuset dit froid, qui est un creuset en cuivre refroidi à l'eau avec des coupes longitudinales à travers lesquelles ondes électromagnétiques passer au matériau fondu sans être absorbé dans le creuset électriquement conducteur.

1.2 Caractéristiques du travail thermique

Dans les fours à induction sous vide, les principes de base de la génération de chaleur envisagés pour les fours à creuset à induction sont préservés. Cependant caractéristiques de conception le système électromagnétique « inducteur-métal », associé à l'emplacement possible de l'inducteur à l'extérieur de l'enceinte à vide (Figure 1, a), à la présence d'une enveloppe métallique autour de l'inducteur (Figure 1, b-d) et autres, réduisent le taux d'utilisation de énergie électrique due à une augmentation de la dissipation du flux magnétique et de la puissance réactive non impliquée dans la génération de chaleur.

2 fours à induction

2.1 Fours de fusion par induction

La fusion des métaux ferreux dans les fours à induction présente un certain nombre d'avantages par rapport à la fusion dans les fours à arc, puisqu'une source de contamination telle que les électrodes est éliminée. Dans les fours à induction, la chaleur est libérée à l'intérieur du métal et la masse fondue est intensément mélangée en raison des forces électrodynamiques qui y sont générées. Par conséquent, la masse entière de la masse fondue est maintenue à la température requise avec le moins de déchets par rapport à tous les autres types de fours de fusion électriques. Les fours de fusion par induction sont plus faciles à fabriquer en version sous vide qu'en version à arc.

Cependant vertu la plus importante les fours à induction, en raison de la génération de chaleur à l'intérieur du métal en fusion, deviennent un inconvénient lorsqu'ils sont utilisés pour affiner la fusion. Les scories, qui ont une très faible conductivité électrique, sont chauffées dans des fours à induction à partir du métal et sont obtenues à une température relativement basse, ce qui rend difficile la mise en œuvre des processus d'affinage du métal. Ceci détermine l'utilisation de fours de fusion à induction principalement dans les fonderies. De plus, le coût élevé des convertisseurs d’alimentation haute fréquence rend difficile l’utilisation de fours de fusion haute fréquence.

La conception et le circuit électrique d'un four à induction dépendent largement de la présence ou de l'absence d'un noyau de fer. Par conséquent, les fours à induction sont examinés plus en détail conformément à cette caractéristique.

2.2 Fours sans noyau de fer

Dans un four de fusion par induction sans noyau de fer (Figure 2), la partie principale est un inducteur, généralement constitué d'un tube de cuivre et refroidi par l'eau qui le traverse. Les spires de l'inducteur sont disposées sur une rangée. Le tube de cuivre peut être de section ronde, ovale ou rectangulaire. L'écart entre les tours est de 2 à 4 mm. Le nombre de tours de l'inducteur dépend de la tension, de la fréquence du courant et de la capacité du four. Les bobines sont fixées sur des poteaux isolants à l'aide desquels l'inducteur est installé dans le cadre du four. Le cadre du four doit offrir une rigidité structurelle suffisante ; Pour éviter que ses parties métalliques ne chauffent, elles ne doivent pas former de circuit électrique fermé autour de l'inducteur.

Pour libérer le métal du four, il est possible d'incliner le four, ce qui se fait à l'aide d'un palan sur les petits fours ou à l'aide de vérins hydrauliques sur les grands.

Le revêtement (creuset) d'un four à induction fonctionne dans des conditions très difficiles, car un mouvement intense du métal et des taux de changement de température élevés provoquent son érosion et sa destruction. Par conséquent, plus les parois du creuset sont épaisses, plus sa durée de vie est longue. Les parois du creuset devraient peut-être être plus fines pour assurer un bon couplage électromagnétique entre l'inducteur et le métal.

Le creuset est généralement réalisé à l'aide d'un gabarit métallique. Après remplissage, le creuset est cuit et fritté directement dans le four, et le gabarit est fondu. Il est possible de fabriquer le revêtement extérieur au four par moulage sous pression dans des moules spéciaux démontables avec mise en place ultérieure du creuset. Parfois, sur les grands fours, le revêtement du creuset est fabriqué à partir de réfractaires préformés. Dans les grands fours, le creuset repose sur un lit de foyer en briques réfractaires posé sur une épaisseur tôle d'acier, formant le bas du cadre avec les poutres transversales nécessaires.

La doublure est acide ou basique. La base de la masse de garnissage pour revêtement acide est du quartzite avec une teneur élevée (au moins 95 %) en silice. Extrait de sulfite de cellulose et acide borique(1,0-2,0 %). La masse de remplissage du revêtement principal est constituée de magnésite broyée, calcinée ou fondue, avec un liant (mélasse ou Solution aqueuse verre et argile réfractaire) à raison de 3%. La durabilité du revêtement acide est de 100 à 150 chaleurs pour l'acier et de 200 à 250 chaleurs pour la fonte, et la durabilité du revêtement principal est de 30 à 80 chaleurs pour l'acier et de 150 chaleurs pour la fonte.

L'usure excessive du revêtement pouvant conduire à « manger » les parois ou le fond du creuset avec du métal en fusion, ce qui constitue un accident très grave, les fours à induction doivent installer des capteurs (pour mesurer la résistance active du revêtement), signalant l'apparition de fissures dangereuses au début du métal d'infiltration liquide

Sur les fours de fusion à induction de moyenne et grande taille, le creuset est fermé par un couvercle (voûte), généralement constitué du même matériau réfractaire que le creuset. Pour soulever et déplacer le couvercle sur le côté, de simples mécanismes à levier ou des vérins hydrauliques sont utilisés.

VNIIETO a développé des fours à induction sans noyau de la série IST pour la fusion de l'acier, fonctionnant à un courant haute fréquence. La capacité des fours fonctionnant à une fréquence de courant de 2400 Hz (fournie par des générateurs de machines) est de 60, 160, 250 et 400 kg avec une consommation électrique de 50, 100, 250 et 237 kW, respectivement. Un four d'une capacité de 1 tonne, alimenté par un courant d'une fréquence de 1000 Hz, consomme une puissance de 470 kW. Grands fours d'une capacité de 2,5 ; 6 et 10 tonnes consomment respectivement une puissance de 1 500, 1 977 et 2 730 kW et sont alimentés par un courant de 500 Hz soit à partir de générateurs de machines, soit à partir de convertisseurs à semi-conducteurs (thyristors). La durée de fusion dans les fours de la série IST varie de 50 minutes (four d'une capacité de 60 kg) à 2 heures (four d'une capacité de 10 tonnes).

Ainsi, la plage de productivité de toute cette série de fours est très large : de 70 kg/h à 5 t/h. La consommation d'énergie spécifique pour la fusion d'une charge solide est en moyenne de 3 600 kJ/kg (1,00 kW-h/kg) pour les petits fours et diminue à 2 300 kJ/kg (0,64 kW-h/kg) pour les grands fours.

Les grands fours à induction sans noyau de la série IChT, fonctionnant à une fréquence de courant industrielle (50 Hz), ont été spécialement développés pour la fusion de la fonte. Le four IChT-2.5 a une capacité de 2,5 tonnes avec une consommation électrique de 718 kW et une productivité de 11 t/h ; le four IChT-6 a une capacité de 6 tonnes avec une consommation électrique de 1238 kW et une productivité de 2,1 t/h. Consommation spécifique l'électricité est de 2 160 kJ/kg (0,6 kWh/kg) dans les deux fours.

Les circuits d'alimentation de tous ces fours comportent des batteries de condensateurs afin d'augmenter le cos φ. L'absence de convertisseurs coûteux réduit considérablement le coût des fours fonctionnant à une fréquence de courant industrielle.

Les fours à induction sont largement utilisés dans l’industrie métallurgique. Ces poêles sont souvent fabriqués indépendamment. Pour ce faire, vous devez connaître leur principe de fonctionnement et leurs caractéristiques de conception. Le principe de fonctionnement de tels fours était connu il y a deux siècles.

Les fours à induction sont capables de résoudre les problèmes suivants :

• Faire fondre du métal.
• Traitement thermique de pièces métalliques.
• Purification des métaux précieux.

De telles fonctions sont disponibles dans les fours industriels. Pour conditions de vie et pour chauffer la pièce, il y a des poêles de conception spéciale.

Principe de fonctionnement

Un four à induction fonctionne en chauffant des matériaux en utilisant les propriétés des courants de Foucault. Pour créer de tels courants, un inducteur spécial est utilisé, constitué d'un inducteur avec plusieurs tours de fil de grande section.

Une alimentation CA est fournie à l'inducteur. Dans l'inducteur, le courant alternatif crée un champ magnétique qui change avec la fréquence du réseau et pénètre espace intérieur inducteur. Lorsqu'un matériau est placé dans cet espace, des courants de Foucault y apparaissent et le réchauffent.

L'eau dans l'inducteur en fonctionnement chauffe et bout, et le métal commence à fondre lorsque la température appropriée est atteinte. Les fours à induction peuvent être grossièrement divisés en types :

• Fours à noyau magnétique.
• Sans noyau magnétique.

Le premier type de four contient un inducteur enfermé dans du métal, ce qui crée un effet spécial qui augmente la densité champ magnétique, le chauffage est ainsi effectué efficacement et rapidement. Dans les fours sans noyau magnétique, l'inducteur est situé à l'extérieur.

Types et caractéristiques des fours

Les fours à induction peuvent être divisés en types, qui ont leurs propres caractéristiques de fonctionnement et caractéristiques distinctives. Certains sont utilisés pour des travaux dans l’industrie, d’autres sont utilisés dans la vie quotidienne, pour la cuisine.

Fours à induction sous vide

Ce four est conçu pour fondre et couler des alliages méthode inductive. Il se compose d'une chambre étanche dans laquelle se trouve un four à induction à creuset avec un moule de coulée.

Sous vide, il est possible d’assurer des processus métallurgiques parfaits et d’obtenir des pièces moulées de haute qualité. Actuellement production sous vide je suis passé à de nouveaux processus technologiquesà partir de chaînes continues dans un environnement sous vide, ce qui permet de créer de nouveaux produits et de réduire les coûts de production.

Avantages de la fusion sous vide

• Le métal liquide peut être conservé longtemps sous vide.
• Dégazage accru des métaux.
• Pendant le processus de fusion, vous pouvez recharger le four et influencer le processus d'affinage et de désoxydation à tout moment.
• La capacité de surveiller et d'ajuster en permanence la température de l'alliage et sa composition chimique pendant le fonctionnement.
• Haute pureté des pièces moulées.
• Vitesse de chauffage et de fusion rapide.
• Homogénéité accrue de l'alliage grâce à un mélange de haute qualité.
• Toute forme de matière première.
• Respectueux de l'environnement et économique.

Le principe de fonctionnement d'un four sous vide est qu'une charge solide est fondue dans un creuset sous vide à l'aide d'un inducteur haute fréquence et que le métal liquide est purifié. Le vide est créé en pompant l'air. Avec la fusion sous vide, on obtient gros déclin l'hydrogène et l'azote.

Fours à induction à canaux

Les fours à noyau électromagnétique (canal) sont largement utilisés dans les fonderies de métaux non ferreux et ferreux comme fours de maintien et mélangeurs.

1 - Bain
2 - Canal
3 - Noyau magnétique
4 - Bobine primaire

Un flux magnétique alternatif traverse un circuit magnétique, un contour de canal en forme d'anneau de métal liquide. La bague est excitée électricité, qui chauffe le métal liquide. Le flux magnétique est généré par l'enroulement primaire fonctionnant en courant alternatif.

Pour améliorer le flux magnétique, un circuit magnétique fermé est utilisé, en acier pour transformateur. L'espace du four est relié par deux trous avec un canal. Par conséquent, lors du remplissage du four avec du métal liquide, il crée boucle fermée. Le four ne pourra pas fonctionner sans circuit fermé. Dans de tels cas, la résistance du circuit est élevée et un petit courant y circule, appelé courant à vide.

En raison de la surchauffe du métal et de l'action du champ magnétique, qui tend à pousser le métal hors du canal, le métal liquide présent dans le canal est constamment en mouvement. Étant donné que le métal dans le canal est chauffé plus haut que dans le bain du four, le métal monte constamment dans le bain, d'où provient du métal à plus basse température.

Si le métal est drainé en dessous norme admissible, alors le métal liquide sera éjecté du canal par force électrodynamique. En conséquence, le poêle s'éteindra spontanément et le circuit électrique se coupera. Pour éviter de tels cas, les fours laissent une partie du métal sous forme liquide. C'est ce qu'on appelle un marais.

Les fours à canaux sont divisés en :

• Fours de fusion.
• Mélangeurs.
• Tenir les fours.

Pour accumuler une certaine quantité de métal liquide, en faisant la moyenne de sa composition chimique et en la retenant, des mélangeurs sont utilisés. Le volume du mélangeur est calculé pour être au moins deux fois supérieur à la puissance horaire du four.

Les fours à canaux sont divisés en classes selon l'emplacement des canaux :

• Verticale.
• Horizontal.

Selon la forme de la chambre de travail :

• Fours à induction à tambour.
• Fours à induction cylindriques.

Le four à tambour est réalisé sous la forme d'un cylindre en acier soudé avec deux parois aux extrémités. Les rouleaux d'entraînement sont utilisés pour faire tourner le four. Pour allumer le four, vous devez allumer le moteur électrique à deux vitesses et un entraînement par chaîne. Le moteur est équipé de freins à plaques.

Il y a un siphon sur les parois d'extrémité pour couler le métal. Il y a des trous pour charger les additifs et éliminer les scories. Il existe également un canal pour distribuer le métal. Le bloc de canaux est constitué d'un inducteur de four avec des canaux en forme de V réalisés dans le revêtement à l'aide de gabarits. Lors de la première fusion, ces gabarits fondent. Le bobinage et le noyau sont refroidis par air, le corps de l'unité est refroidi par eau.

Si le four à canal a une forme différente, le métal est libéré en inclinant le bain à l'aide de vérins hydrauliques. Parfois le métal est expulsé surpression gaz

Avantages des poêles à canaux

• Faible consommation d'énergie grâce à la faible perte de chaleur du bain.
• Rendement électrique accru de l'inducteur.
• Faible coût.

Inconvénients des fours à canaux

• La difficulté d'ajuster la composition chimique du métal, puisque la présence de métal liquide laissé dans le four crée des difficultés lors du passage d'une composition à l'autre.
• La faible vitesse de déplacement du métal dans le four réduit les capacités de la technologie de fusion.

Caractéristiques de conception

Le cadre du four est en tôle d'acier à faible teneur en carbone d'une épaisseur de 30 à 70 mm. Au bas du cadre se trouvent des fenêtres avec des inducteurs attachés. L'inducteur se présente sous la forme d'un corps en acier, d'une bobine primaire, d'un circuit magnétique et d'un revêtement. Son corps est rendu amovible et les pièces sont isolées les unes des autres par des joints afin que les pièces du corps ne créent pas de boucle fermée. Sinon, un courant de Foucault sera créé.

Le noyau magnétique est constitué de plaques d'acier électrique spécial de 0,5 mm. Les plaques sont isolées les unes des autres pour réduire les pertes dues aux courants de Foucault.

La bobine est constituée d'un conducteur en cuivre dont la section dépend du courant de charge et de la méthode de refroidissement. Avec refroidissement par air, le courant admissible est de 4 ampères par mm 2, avec refroidissement par eau, le courant admissible est de 20 ampères par mm 2. Un écran est installé entre le revêtement et le serpentin, qui est refroidi à l'eau. L'écran est en acier magnétique ou en cuivre. Un ventilateur est installé pour évacuer la chaleur du serpentin. Pour obtenir les dimensions exactes du canal, un gabarit est utilisé. Il est réalisé sous la forme d'une pièce moulée creuse en acier. Le gabarit est placé dans l'inducteur jusqu'à ce qu'il soit rempli de masse réfractaire. Il se situe dans l'inducteur lors du chauffage et du séchage du revêtement.

Pour le revêtement, des masses réfractaires de types humides et secs sont utilisées. Les masses humides sont utilisées sous forme de matériaux imprimés ou coulés. Le béton coulé est utilisé lorsque l'inducteur a une forme complexe, s'il est impossible de compacter la masse dans tout le volume de l'inducteur.

L'inducteur est rempli de cette masse et compacté par des vibrateurs. Les masses sèches sont compactées avec des vibrateurs haute fréquence, les masses pilonnées sont compactées avec des dameurs pneumatiques. Si la fonte est fondue dans un four, le revêtement est en oxyde de magnésium. La qualité du revêtement est déterminée par la température de l’eau de refroidissement. La plupart méthode efficace vérifier le revêtement consiste à vérifier la valeur de la résistance inductive et active. Ces mesures sont effectuées à l'aide d'instruments de contrôle.

L'équipement électrique du four comprend :

• Transformateur.
• Une batterie de condensateurs pour compenser les pertes d'énergie électrique.
• Self pour connecter un inducteur monophasé à un réseau triphasé.
• Panneaux de contrôle.
• Câbles d'alimentation.

Pour que le four fonctionne normalement, l'alimentation électrique est connectée à 10 kilovolts, qui comporte 10 échelons de tension sur l'enroulement secondaire pour réguler la puissance du four.

Les matériaux d'emballage de doublure contiennent :

• 48% de quartz sec.
• 1,8% d'acide borique tamisé sur un tamis fin de 0,5 mm de maille.

La masse de garniture est préparée sous forme sèche à l'aide d'un mixeur, puis tamisée au tamis. Le mélange préparé ne doit pas être conservé plus de 15 heures après sa préparation.

Le creuset est garni par compactage avec des vibrateurs. Les vibrateurs électriques sont utilisés pour le revêtement des grands fours. Les vibrateurs sont immergés dans l'espace du gabarit et compactent la masse à travers les murs. Lors du compactage, le vibrateur est déplacé par une grue et tourné verticalement.

Fours à induction à creuset

Les principaux composants d'un four à creuset sont un inducteur et un générateur. Pour fabriquer un inducteur, un tube de cuivre est utilisé sous forme de bobinage de 8 à 10 tours. Les formes des inducteurs peuvent être de différents types.

Ce type de four est le plus courant. Il n’y a pas de noyau dans la conception du four. Une forme courante de four est un cylindre en matériau résistant au feu. Le creuset est situé dans la cavité de l'inducteur. L'alimentation secteur lui est fournie.

Avantages des fours à creuset

• L'énergie est libérée lors du chargement du matériau dans le four, donc auxiliaire éléments chauffants Pas besoin.
• Une grande homogénéité des alliages multicomposants est obtenue.
• Dans le four, vous pouvez créer une réaction de réduction ou d'oxydation, quelle que soit la pression.
• Performances élevées du four grâce à une densité de puissance accrue à n’importe quelle fréquence.
• Les interruptions de la fusion des métaux n'affectent pas l'efficacité du travail, car le chauffage ne nécessite pas beaucoup d'électricité.
• Possibilité de tous réglages et opération facile avec possibilité d'automatisation.
• Il n'y a pas de surchauffe locale, la température est égalisée dans tout le volume du bain.
• Fusion rapide, permettant la création d’alliages de haute qualité et d’une bonne homogénéité.
• Sécurité environnementale. Environnement externe n'est soumis à aucune effets nuisibles fours. La fonte ne nuit pas non plus à l'environnement.

Inconvénients des fours à creuset

• Basse température des scories utilisées pour traiter la surface fondue.
• Faible durabilité de la doublure sous des changements brusques de température.

Malgré les inconvénients existants, les fours à induction à creuset ont acquis une grande popularité dans la production et dans d'autres domaines.

Fours à induction pour le chauffage des locaux

Le plus souvent, un tel poêle est installé dans la cuisine. La partie principale de sa conception est l’onduleur de soudage. La conception du four est généralement associée à une chaudière à eau chaude, qui permet de chauffer toutes les pièces du bâtiment. Il est également possible de raccorder l'alimentation eau chaude dans le bâtiment.

L'efficacité de fonctionnement d'un tel appareil est faible, cependant, un tel équipement est souvent utilisé pour chauffer une maison.

La conception de la partie chauffante d'une chaudière à induction est similaire à celle d'un transformateur. Le circuit extérieur est constitué des enroulements d’une sorte de transformateur connectés au réseau. Le deuxième circuit interne est un dispositif d'échange thermique. Le liquide de refroidissement y circule. Lorsque l'alimentation est connectée, la bobine crée un courant alternatif. En conséquence, des courants sont induits à l’intérieur de l’échangeur de chaleur, qui le chauffent. Le métal chauffe le liquide de refroidissement, qui est généralement constitué d'eau.

Le fonctionnement des appareils électroménagers repose sur le même principe. cuisinières à induction, dans lequel le circuit secondaire est constitué d'ustensiles matériel spécial. Ce poêle est beaucoup plus économique dalles conventionnelles en raison de l'absence de pertes de chaleur.

Le chauffe-eau chaudière est équipé de dispositifs de contrôle qui permettent de maintenir la température du liquide de refroidissement à un certain niveau.

Chauffage à l'électricité est un plaisir coûteux. Il ne peut rivaliser avec combustible solide et du gaz Gas-oil Et gaz liquéfié. L'une des méthodes permettant de réduire les coûts consiste à installer un accumulateur de chaleur et à connecter la chaudière la nuit, car la nuit, l'électricité est souvent facturée de manière préférentielle.

Afin de prendre la décision d'installer une chaudière à induction pour votre maison, vous devez demander conseil à des spécialistes professionnels en génie du chauffage. Une chaudière à induction ne présente pratiquement aucun avantage par rapport à une chaudière conventionnelle. L'inconvénient est le coût élevé de l'équipement. Les chaudières conventionnelles avec éléments chauffants sont vendues prêtes à être installées, et chauffage par induction a besoin équipement supplémentaire et les paramètres. Par conséquent, avant d’acheter une telle chaudière à induction, il est nécessaire d’effectuer des calculs économiques et une planification minutieux.

Revêtement de four à induction

Le processus de revêtement est nécessaire pour protéger le corps du four de l'exposition à des températures élevées. Il permet de réduire considérablement les pertes de chaleur et d'augmenter l'efficacité de la fusion des métaux ou du chauffage des matériaux.

Le quartzite, qui est une modification de la silice, est utilisé pour le revêtement. Il existe certaines exigences concernant les matériaux de revêtement.

Un tel matériau doit fournir 3 zones d'états matériels :

• Monolithique.
• Tampon.
• Intermédiaire.

Seule la présence de trois couches dans le revêtement peut protéger l'enveloppe du four. La doublure est affectée négativement par un mauvais placement du matériau, une mauvaise qualité du matériau et conditions difficiles fonctionnement du four.

Production et fourniture de fours à induction sous vide en Russie et dans les pays de la CEI

Actuellement, la demande d’acier et d’alliages spéciaux pour les secteurs de l’aérospatiale, de l’aviation, du nucléaire et de la production d’électricité augmente rapidement. Dans ces domaines industriels, des valeurs de plus en plus élevées en matière de résistance, de pureté et d'autres propriétés du métal sont souvent requises.

Afin de résoudre le problème de l'amélioration des propriétés qualitatives des métaux fondus, la société MetaCube est prête à proposer des technologies basées sur des méthodes de fusion innovantes pour la production d'aciers et d'alliages aux propriétés technologiques particulières. Ces méthodes incluent la fusion par induction sous vide.

La nécessité de créer des fours à induction sous vide est née de la nécessité d'introduire production industrielle les métaux hautement réactifs et réfractaires, tels que le zirconium, le titane, le niobium, le béryllium et le molybdène, ainsi que le tantale, le tungstène, l'uranium et plusieurs autres. Une particularité de ces métaux est qu'ils s'oxydent intensément lorsqu'ils sont chauffés à l'air et que la fusion doit donc être effectuée sous vide.

Caractéristiques des fours à induction sous vide

La technologie de fusion par induction sous vide permet d'obtenir des métaux hautement purifiés dans une atmosphère sans oxygène. En utilisant des fours à induction sous vide, il est possible de produire des aciers résistants à la chaleur et fortement alliés ainsi que des alliages de précision. De plus, dans les fours à induction sous vide, il est possible d'effectuer un traitement thermique et une fusion de métaux précieux et de terres rares, ainsi que de fondre du verre spécial de haute qualité et de les utiliser pour obtenir des monocristaux. Dans tous les cas, le matériau obtenu dans les fours sous vide se distingue par une pureté accrue et un minimum de déchets.

Un rôle important lors du raffinage dans un four à induction sous vide est joué par le processus d'évaporation des impuretés à faible point de fusion - plomb, arsenic, étain et bismuth. Haute qualité Le vide métallique est en partie assuré par la purification de l'alliage de ces impuretés, qui sont contenues en très petites quantités, ce qui rend impossible leur détermination même avec des méthodes analytiques avancées. Cela est nécessaire lorsque les exigences relatives au matériau sont assez élevées et que l'alliage spécial résultant doit répondre à certaines propriétés.

Un autre avantage des fours sous vide est la possibilité d'obtenir des structures métalliques monocristallines et à grains fins. Dans ce cas, les propriétés du matériau résultant peuvent être prédites.

La température de fonctionnement des fours peut atteindre 2 200 degrés.

• Possibilité d'exposition à long terme du métal liquide dans un vide profond ;
• Haut degré de dégazage des métaux ;
• Possibilité de recharger le four pendant le processus de fusion ;
• La capacité d'influencer activement l'intensification des processus de désoxydation et de raffinage à tout moment pendant la fusion ;
• La capacité de contrôler et de réguler efficacement l'état de la matière fondue en fonction de sa température et composition chimique tout au long du processus ;
• Pureté particulière des pièces moulées résultantes en raison de l'absence de toute inclusion non métallique ;
• La capacité de produire un chauffage rapide (chauffage direct dû à la chaleur générée dans la masse fondue), augmentant ainsi la productivité ;
• Haute homogénéité de la masse fondue grâce au mélange actif du métal ;
• Toute forme de matières premières (matières grumeleuses, briquettes, poudre, etc.)
• Haute efficacité et respect de l'environnement.

Conception de fours sous vide

est un four à haute fréquence constitué d'un creuset réfractaire, placé à l'intérieur d'un inducteur, lui-même situé à l'intérieur d'un boîtier étanche, à partir duquel les gaz sont pompés par des pompes à vide. Le creuset des fours sous vide est fabriqué à partir de matériaux hautement réfractaires en poudre par conditionnement dans un inducteur selon un gabarit. Les fours à induction sous vide sont des unités mécanisées. La coulée du métal peut se produire soit en faisant tourner le four à l'intérieur de la chambre, soit en faisant tourner la chambre elle-même dans son ensemble. Un four de fusion à induction sous vide vous permet d'effectuer de manière indépendante les opérations suivantes : régler la température de la masse fondue, modifier la pression à l'intérieur de la chambre, mélanger la masse fondue et également ajouter d'autres éléments à la masse fondue.

Le principe modulaire de construction des fours sous vide permet d'obtenir une compacité accrue du four, ainsi que la possibilité de connecter des modules supplémentaires - une chambre pour le déchargement, le versement et également le retrait des produits obtenus.

La conception des fours à induction sous vide modernes permet d'installer des moules et d'en décharger des lingots sans rompre le vide dans le four. Les fours à induction sous vide sont le plus souvent des appareils automatisés. Le chargement de la charge, l'introduction d'additifs et d'additifs et la coulée du métal s'effectuent à l'aide d'un entraînement électrique ou hydraulique.

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La société MetaCube est prête à vous proposer large choix fours à induction sous vide pour bas prix avec livraison et mise en service dans toute la Russie et les pays de la CEI. Notre entreprise possède une vaste expérience dans la fourniture de divers équipement métallurgique aux entreprises de Russie, du Kazakhstan, de Biélorussie et d'autres pays de la CEI.

Développées il y a plus d’un siècle, les cuisinières à induction sont devenues un incontournable de notre quotidien. Cela est devenu possible grâce au développement de l’électronique. Croissance explosive de la puissance des contrôleurs réalisés à base de semi-conducteurs en silicium et apparition sur le marché de transistors capables de fournir des puissances élevées (plusieurs kilowatts) dans dernières années a pris le caractère d'une avalanche. Tout cela a donné à l'humanité des perspectives incroyablement grandes dans le développement d'installations miniatures comparables en puissance à appareils industriels le passé immédiat.

Utilisation et structure de l'appareil

L'utilisation de fours à induction dans ménage permet d'éviter l'apparition de flammes nues dans la pièce et est tout à fait façon efficace fusion et chauffage contrôlé des métaux et alliages. Cela est dû au fait que le métal chauffe, chauffe et fond non pas sous l'influence de brûleurs à haute température, mais en faisant passer des courants à haute fréquence à travers lui-même, stimulant le mouvement actif des particules dans la structure du matériau.

Il est devenu possible d'apparaître dans la vie de tous les jours :

D'ailleurs, tout une plus grande distribution recevez des cuisinières électriques à induction qui fonctionnent non seulement avec un matériau conducteur. Leur conception est légèrement différente des fours à induction classiques, puisqu'elle repose sur le chauffage par induction électrique d'un matériau non conducteur de courant (on les appelle aussi diélectriques). entre les plaques du condensateur, c'est-à-dire ses conclusions de polarité différente. Les températures atteintes ne sont pas très élevées (environ 80 à 150 degrés Celsius), de telles installations sont donc utilisées pour faire fondre le plastique ou pour son traitement thermique.

Caractéristiques de conception et principe de fonctionnement

Un four à induction fonctionne sur la base de la formation de courants électriques de Foucault. Pour ce faire, utilisez un inducteur constitué de spires de fil épais, auquel est connectée une source de courant alternatif. C'est le courant alternatif qui forme un champ magnétique en constante évolution en fonction de la fréquence du courant. Cela provoque le transfert de ces courants vers la substance placée à l’intérieur de la bobine ainsi qu’une grande quantité de chaleur. Dans ce cas, même l'onduleur de soudage le plus ordinaire peut faire office de générateur.

Il existe deux types de fours à induction :

1. Avec un noyau magnétique dont la particularité est la localisation de l'inducteur à l'intérieur du volume de métal pouvant être fondu.
2. Sans circuit magnétique - lorsque l'inducteur est situé à l'extérieur.

La conception à noyau magnétique est utilisée, par exemple, dans les fours à canaux. Ils utilisent un circuit magnétique ouvert en métal (le plus souvent en acier), à l'intérieur duquel se trouvent un creuset de fusion et un inducteur, formant le circuit d'enroulement primaire. Le matériau du creuset peut être du graphite, de l'argile résistante à la chaleur ou tout autre matériau non conducteur présentant une résistance thermique appropriée. Le métal qui doit être fondu y est placé. Il s'agit généralement de toutes sortes d'alliages de métaux non ferreux, de duralumin et de fonte.

Le générateur d'un tel four doit fournir Fréquence CA dans les 400 hertz. Il est également possible d'utiliser un générateur conventionnel à la place réseau électrique et alimenter le four en utilisant un courant d'une fréquence de 50 hertz, mais dans ce cas la température de chauffage sera plus basse et une telle installation ne conviendra pas aux alliages plus réfractaires.

Les fours à creuset, qui ne comportent pas de circuit magnétique dans leur conception, sont devenus beaucoup plus répandus parmi les passionnés. Ils utilisent des courants de fréquences nettement plus élevées pour atteindre des densités de champ plus élevées. Cela est dû précisément à l'absence de circuit magnétique - un pourcentage trop important de l'énergie du champ est dissipée dans l'espace. Pour contrecarrer cela, vous devez régler très finement le four :

• Assurez-vous que la fréquence du circuit d'induction et la tension du générateur sont égales (c'est plus facile à faire lorsque vous utilisez un onduleur).
• Sélectionnez le diamètre du creuset de fusion de manière à ce qu’il soit proche de la longueur d’onde du rayonnement du champ magnétique résultant.

De cette manière, les pertes peuvent être minimisées jusqu'à 25 % de la puissance totale. Pour réaliser le même meilleur résultat Il est recommandé de régler la fréquence de la source CA deux fois, voire trois fois, supérieure à la fréquence de résonance. Dans ce cas, la diffusion des métaux qui composent l’alliage sera maximale, et sa qualité sera bien meilleure. Si vous augmentez davantage la fréquence, vous pouvez obtenir l'effet de pousser le champ haute fréquence vers la surface du produit et ainsi le durcir.

Fours de fusion sous vide

Ce type d'installation peut difficilement être qualifié de domestique, mais il mérite d'être pris en compte car la fusion sous vide présente un certain nombre d'avantages technologiques par rapport aux autres types. Dans sa conception, il ressemble à un creuset, à la différence que le four lui-même est situé dans une chambre à vide. Cela permet d'obtenir une plus grande pureté du processus de fusion du métal, de réduire son oxydation pendant le traitement et d'accélérer le processus, réalisant ainsi d'importantes économies d'énergie.

De plus, l'espace limité et clos permet d'éviter le dégagement de fumées nocives provenant de la fonte des métaux dans l'espace environnant et de maintenir la pureté du processus de traitement. La possibilité de contrôler la composition et le processus de transformation est également l’un des avantages de ce type de four.

Unités d'induction gainables

Un autre type de four industriel qui a des applications plus larges que d’autres. Ils peuvent être utilisés non seulement comme fonderies, mais également comme distributeurs de matériaux préparés et mélangeurs de plusieurs types de matières premières. Les conceptions typiques de tels dispositifs comprennent :

La moindre ouverture du circuit formé par le métal liquide, le circuit magnétique et la bobine entraîne une augmentation de sa propre résistance et une libération instantanée de toute la masse de matière première du canal. Pour contrecarrer ce phénomène, un « marécage » est laissé à l’intérieur du canal : une petite masse de métal maintenue sous forme liquide.

Avantages des fours à induction à canaux :

• Faible coût des installations.
• Économique - pour maintenir la température à l'intérieur du bain, qui ne dissipe pas bien la chaleur, une petite quantité d'électricité est nécessaire.
• Coefficient action utile l'inducteur pendant le fonctionnement est très élevé.

Défauts:

Éléments de base du circuit du four

Afin d'assembler l'installation et d'effectuer des travaux dessus, vous devez trouver schéma adapté four à induction et pièces détachées pour celui-ci. Pour trouver ces dernières, il sera très utile de disposer d'une ou plusieurs alimentations inutiles de votre ordinateur, puisque la plupart des pièces se trouvent dedans. Schéma typique le four le plus simple avec un onduleur fait maison comprendra des éléments tels que :

L'onduleur pour l'installation est assemblé selon le schéma proposé par S.V. Kukhtetsky pour les tests en laboratoire. On peut le trouver facilement sur Internet. La puissance d'un onduleur, alimenté par une tension comprise entre 12 et 35 volts, sera de 6 kilowatts et sa fréquence de fonctionnement sera de 40 à 80 kilohertz, ce qui sera plus que suffisant pour les projets domestiques.

Précautions de sécurité au travail

Étant donné que travailler avec un four à induction implique un contact étroit avec du métal en fusion et des courants à haute fréquence et intensité, il convient de veiller à une mise à la terre de haute qualité de l'installation et des moyens fiables protection. Dans ce cas, les vêtements doivent strictement répondre à toutes les exigences :

N'oubliez pas une bonne ventilation de la pièce dans laquelle ils travailleront. Du métal en fusion est projeté en l'air composants chimiques, qui ne sont pas du tout bons pour vos poumons.

Principe chauffage par induction c'est transformer l'énergie Champ électromagnétique absorbée par un objet chauffé électriquement conducteur en énergie thermique.

Dans les installations de chauffage par induction, le champ électromagnétique est créé par un inducteur, qui est une bobine cylindrique multitours (solénoïde). Un courant électrique alternatif traverse l'inducteur, ce qui entraîne un champ magnétique alternatif variable dans le temps autour de l'inducteur. Il s'agit de la première transformation de l'énergie du champ électromagnétique, décrite par la première équation de Maxwell.

L'objet chauffé est placé à l'intérieur ou à côté de l'inducteur. Le flux changeant (dans le temps) du vecteur d'induction magnétique créé par l'inducteur pénètre dans l'objet chauffé et induit champ électrique. Les lignes électriques de ce champ sont situées dans un plan perpendiculaire à la direction du flux magnétique et sont fermées, c'est-à-dire que le champ électrique dans l'objet chauffé est de nature vortex. Sous l'influence d'un champ électrique, selon la loi d'Ohm, des courants de conduction (courants de Foucault) apparaissent. Il s'agit de la deuxième transformation de l'énergie du champ électromagnétique, décrite par la deuxième équation de Maxwell.

Dans un objet chauffé, l’énergie du champ électrique alternatif induit se transforme de manière irréversible en énergie thermique. Cette dissipation thermique d'énergie, qui entraîne un échauffement de l'objet, est déterminée par l'existence de courants de conduction (courants de Foucault). Il s'agit de la troisième transformation de l'énergie du champ électromagnétique, et la relation énergétique de cette transformation est décrite par la loi de Lenz-Joule.

Les transformations décrites de l'énergie du champ électromagnétique permettent :
1) transmettre énergie électrique inducteur dans un objet chauffé sans recourir à des contacts (contrairement aux fours à résistance)
2) libérer de la chaleur directement dans l'objet chauffé (le soi-disant « four avec source interne chauffage" selon la terminologie du Prof. N.V. Okorokova), de sorte que l'utilisation de l'énergie thermique est plus parfaite et que la vitesse de chauffage augmente considérablement (par rapport aux « fours avec source de chauffage externe »).

L'amplitude du champ électrique dans un objet chauffé est influencée par deux facteurs : l'amplitude du flux magnétique, c'est-à-dire le nombre de champs magnétiques. les lignes électriques, pénétrant dans l'objet (ou couplé à l'objet chauffé), et la fréquence du courant d'alimentation, c'est-à-dire la fréquence des changements (au fil du temps) du flux magnétique couplé à l'objet chauffé.

Cela permet de créer deux types d'installations de chauffage par induction, qui diffèrent tant par leur conception que par leur conception. propriétés opérationnelles: appareils à induction avec et sans noyau.

Selon le but technologique, les installations de chauffage par induction sont divisées en fours de fusion pour la fusion des métaux et en installations de chauffage pour le traitement thermique (durcissement, revenu), pour le chauffage profond des pièces avant déformation plastique (forgeage, estampage), pour le soudage, le brasage et le surfaçage, pour produits de traitement chimico-thermique, etc.

Selon la fréquence des variations du courant alimentant l'installation de chauffage par induction, on distingue :
1) installations industrielles à fréquence (50 Hz), alimentées par le réseau directement ou via des transformateurs abaisseurs ;
2) installations haute fréquence (500-10 000 Hz), alimentées par des machines électriques ou des convertisseurs de fréquence à semi-conducteurs ;
3) installations haute fréquence (66 000-440 000 Hz et plus), alimentées par des générateurs électroniques à tubes.

Unités de chauffage par induction

Dans un four de fusion (Fig. 1), un inducteur cylindrique multitours constitué d'un tube de cuivre profilé est monté sur un noyau fermé en tôle d'acier électrique (épaisseur de tôle 0,5 mm). Un revêtement en céramique réfractaire avec un canal annulaire étroit (horizontal ou vertical) où se trouve le métal liquide est placé autour de l'inducteur. Une condition nécessaire au fonctionnement est un anneau électriquement conducteur fermé. Par conséquent, il est impossible de faire fondre des pièces individuelles de métal solide dans un tel four. Pour démarrer le four, il faut verser une partie du métal liquide d'un autre four dans le canal ou laisser une partie du métal liquide de la fusion précédente (la capacité résiduelle du four).

Fig. 1. Schéma du four à canal à induction : 1 - indicateur ; 2 - métal; 3 - canal ; 4 - circuit magnétique ; F - flux magnétique principal ; Ф 1р et Ф 2р - flux de fuite magnétique ; U 1 et I 1 - tension et courant dans le circuit inducteur ; I 2 - courant de conduction dans le métal

Un flux magnétique de travail important est fermé dans le noyau magnétique en acier d'un four à canal à induction, et seule une petite partie du flux magnétique total créé par l'inducteur est fermée à travers l'air sous forme de flux de fuite. Par conséquent, de tels fours fonctionnent avec succès à une fréquence industrielle (50 Hz).

Actuellement, il existe un grand nombre de types et de conceptions de tels fours développés au VNIIETO (monophasé et multiphasé avec un ou plusieurs canaux, avec un canal fermé vertical et horizontal formes différentes). Ces fours sont utilisés pour fondre des métaux et alliages non ferreux ayant un point de fusion relativement bas, ainsi que pour produire de la fonte de haute qualité. Lors de la fusion de la fonte, le four est utilisé soit comme chaudière (mélangeur), soit comme unité de fusion. Les conceptions et caractéristiques techniques des fours à induction à canaux modernes sont données dans la littérature spécialisée.

Unités de chauffage par induction sans noyau

Dans un four de fusion (Fig. 2), le métal en fusion se trouve dans un creuset en céramique placé à l'intérieur d'un inducteur cylindrique multi-tours. fabriqué à partir d'un tube profilé en cuivre à travers lequel passe l'eau de refroidissement. Vous pouvez en savoir plus sur la conception de l’inducteur.

L'absence de noyau en acier entraîne une forte augmentation du flux de fuite magnétique ; le nombre de lignes de force magnétiques s'emboîtant avec le métal dans le creuset sera extrêmement faible. Cette circonstance nécessite une augmentation correspondante de la fréquence de changement (dans le temps) du champ électromagnétique. Par conséquent, pour un fonctionnement efficace des fours à creuset à induction, il est nécessaire de leur fournir des courants de fréquence accrue, et dans certains cas, haute fréquence à partir de convertisseurs de courant appropriés. De tels fours ont un facteur de puissance naturelle très faible (cos φ = 0,03-0,10). Il est donc nécessaire d’utiliser des condensateurs pour compenser la puissance réactive (inductive).

Actuellement, il existe plusieurs types de fours à creuset à induction développés au VNIIETO sous la forme de gammes de tailles correspondantes (par capacité) de haute, haute et fréquence industrielle pour la fusion de l'acier (type IST).

Riz. 2. Schéma de la structure d'un four à creuset à induction : 1 - inducteur ; 2 - métal; 3 - creuset (les flèches montrent la trajectoire de circulation du métal liquide suite à des phénomènes électrodynamiques)

Les avantages des fours à creuset sont les suivants : chaleur générée directement dans le métal, grande uniformité du métal en termes de composition chimique et de température, absence de sources de contamination métallique (autres que le revêtement du creuset), facilité de contrôle et de régulation du processus de fusion. , conditions de travail hygiéniques. De plus, les fours à creuset à induction se caractérisent par : une productivité plus élevée grâce à des puissances chauffantes spécifiques (par unité de capacité) élevées ; la capacité de fondre une charge solide sans laisser de métal issu de la fusion précédente (contrairement aux fours à canaux) ; faible masse du revêtement par rapport à la masse du métal, ce qui réduit l'accumulation d'énergie thermique dans le revêtement du creuset, réduit l'inertie thermique du four et rend les fours de fusion de ce type extrêmement pratiques pour les travaux périodiques avec des pauses entre les fusions, en en particulier pour les fonderies de formes d'installations de construction de machines ; compacité du four, ce qui permet d'isoler assez facilement l'espace de travail de environnement et réaliser la fusion sous vide ou sous environnement gazeux d'une composition donnée. C’est pourquoi les fours à creuset à induction sous vide (type ISV) sont largement utilisés en métallurgie.

Outre les avantages, les fours à creuset à induction présentent les inconvénients suivants : la présence de scories relativement froides (la température des scories est inférieure à la température du métal), ce qui rend difficile la réalisation des procédés d'affinage lors de la fusion d'aciers de haute qualité ; équipements électriques complexes et coûteux ; faible résistance du revêtement lors de brusques variations de température dues à la faible inertie thermique du revêtement du creuset et à l'effet érosif du métal liquide lors des phénomènes électrodynamiques. Par conséquent, de tels fours sont utilisés pour refondre les déchets alliés afin de réduire les déchets d'éléments.

Les références:
1. Egorov A.V., Morjine A.F. Fours électriques (pour la production d'acier). M. : « Métallurgie », 1975, 352 p.