Pemanasan induksi, pengerasan dan peleburan induksi logam

Jenis pemanasan yang paling sempurna adalah yang menghasilkan panas langsung di benda yang dipanaskan. Metode pemanasan ini sangat baik dilakukan dengan mengalirkan arus listrik ke seluruh tubuh. Namun, langsung - dimasukkannya benda yang dipanaskan ke dalam sirkuit listrik tidak selalu memungkinkan karena alasan teknis dan praktis.

Dalam kasus ini, jenis pemanasan yang sempurna dapat diwujudkan dengan menggunakan pemanasan induksi, di mana panas juga dihasilkan dalam benda yang dipanaskan itu sendiri, yang menghilangkan konsumsi energi yang tidak perlu, biasanya besar, di dinding tungku atau elemen pemanas lainnya. Oleh karena itu, meskipun efisiensi pembangkitan arus frekuensi tinggi dan tinggi relatif rendah, efisiensi keseluruhan pemanasan induksi seringkali lebih tinggi daripada dengan metode pemanasan lainnya.

Metode induksi juga memungkinkan pemanasan cepat benda non-logam secara merata di seluruh ketebalannya.Konduktivitas termal yang buruk dari benda-benda semacam itu menghilangkan kemungkinan pemanasan cepat lapisan dalamnya dengan cara biasa, yaitu dengan memasok panas dari luar. Dalam metode induksi, panas dihasilkan dengan cara yang sama baik di lapisan luar maupun di lapisan dalam, dan bahkan mungkin ada risiko panas berlebih jika isolasi termal yang diperlukan dari lapisan luar tidak dilakukan.

Properti yang sangat berharga dari pemanasan induksi adalah kemungkinan konsentrasi energi yang sangat tinggi dalam benda yang dipanaskan, yang mudah disesuaikan dengan dosis yang akurat. Hanya busur listrik urutan kerapatan energi yang sama dapat diperoleh, tetapi metode pemanasan ini sulit dikendalikan.

Karakteristik dan keunggulan pemanasan induksi yang terkenal telah menciptakan peluang luas untuk penerapannya di banyak industri. Selain itu, ini memungkinkan Anda membuat jenis struktur baru yang sama sekali tidak layak untuk metode perlakuan panas konvensional.

Proses fisik

Dalam tungku dan perangkat induksi, panas dalam benda yang dipanaskan secara konduktif secara elektrik dilepaskan oleh arus yang diinduksi di dalamnya oleh medan elektromagnetik bolak-balik. Dengan cara ini, pemanasan langsung terjadi di sini.

Pemanasan induksi logam didasarkan pada dua hukum fisika: hukum Faraday-Maxwell induksi elektromagnetik dan hukum Joule-Lenz. Badan logam (kosong, bagian, dll.) Ditempatkan medan magnet bolak-balik, yang menimbulkan angin puyuh di dalamnya Medan listrik… EMF induksi ditentukan oleh laju perubahan fluks magnet. Di bawah aksi EMF induksi, arus eddy (tertutup di dalam tubuh) mengalir di dalam tubuh, melepaskan panas menurut hukum Joule-Lenz… EMF ini dibuat dalam logam arus bolak-balik, energi panas yang dilepaskan oleh arus ini menyebabkan logam memanas. Pemanasan induksi bersifat langsung dan non-kontak. Ini memungkinkan Anda mencapai suhu yang cukup untuk melelehkan logam dan paduan yang paling tahan api.

Pemanasan induksi yang intens hanya dimungkinkan dalam medan elektromagnetik dengan intensitas dan frekuensi tinggi, yang dibuat oleh perangkat khusus - induktor. Induktor ditenagai oleh jaringan 50 Hz (instalasi frekuensi industri) atau oleh sumber energi terpisah - generator dan konverter frekuensi menengah dan tinggi.

Induktor paling sederhana dari perangkat pemanas induksi tidak langsung frekuensi rendah adalah kawat berinsulasi (dipanjangkan atau digulung) yang ditempatkan di dalam tabung logam atau dilapiskan pada permukaannya. Saat arus mengalir melalui kabel induktor di dalam tabung, ia memanas arus eddy… Panas dari tabung (bisa juga wadah, wadah) dipindahkan ke media yang dipanaskan (air yang mengalir melalui tabung, udara, dll.).

Pemanasan induksi dan pengerasan logam

Pemanasan logam induksi langsung yang paling banyak digunakan pada frekuensi menengah dan tinggi. Untuk ini, digunakan induktor dengan desain khusus. Induktor memancarkan gelombang elektromagnetik, yang jatuh pada tubuh yang dipanaskan dan mati di dalamnya. Energi gelombang yang diserap diubah menjadi panas di dalam tubuh. Koefisien pemanasan semakin tinggi semakin dekat bentuk gelombang elektromagnetik yang dipancarkan (datar, silinder, dll) dengan bentuk tubuh. Oleh karena itu, induktor datar digunakan untuk memanaskan benda datar, induktor silinder (solenoid) digunakan untuk benda kerja berbentuk silinder.Secara umum, mereka dapat memiliki bentuk yang kompleks karena kebutuhan untuk memusatkan energi elektromagnetik ke arah yang diinginkan.

Karakteristik input energi induksi adalah kemampuan untuk mengatur tata ruang zona aliran arus eddy.

Pertama, arus eddy mengalir di area yang dicakup oleh induktor. Hanya bagian tubuh yang bersentuhan secara magnetis dengan induktor yang dipanaskan, terlepas dari ukuran keseluruhan tubuh.

Kedua, kedalaman zona sirkulasi arus eddy dan oleh karena itu zona pelepasan energi tergantung, antara lain, pada frekuensi arus induktor (meningkat pada frekuensi rendah dan menurun dengan meningkatnya frekuensi).

Efisiensi transfer energi dari induktor ke arus yang dipanaskan tergantung pada ukuran celah di antara keduanya dan meningkat seiring berkurangnya.

Pemanasan induksi digunakan untuk pengerasan permukaan produk baja, dengan pemanasan untuk deformasi plastik (penempaan, pencetakan, pengepresan, dll.), Peleburan logam, perlakuan panas (anil, penempaan, normalisasi, pengerasan), pengelasan, pelapisan, mematri logam.

Pemanasan induksi tidak langsung digunakan untuk memanaskan peralatan proses (saluran pipa, wadah, dll.), memanaskan media cair, pelapis pengeringan, bahan (misalnya kayu). Parameter terpenting dari instalasi pemanas induksi adalah frekuensi. Untuk setiap proses (pengerasan permukaan, dengan pemanasan) terdapat rentang frekuensi optimal yang memberikan indikator teknologi dan ekonomi terbaik. Frekuensi dari 50 Hz hingga 5 MHz digunakan untuk pemanasan induksi.

Keuntungan dari pemanasan induksi

1) Mentransfer energi listrik langsung ke benda yang dipanaskan memungkinkan pemanasan langsung bahan konduktif. Dalam hal ini, laju pemanasan meningkat dibandingkan dengan instalasi dengan tindakan tidak langsung, di mana produk hanya dipanaskan dari permukaan.

2) Transfer energi listrik langsung ke benda yang dipanaskan tidak memerlukan perangkat kontak. Lebih mudah dalam kondisi produksi manufaktur otomatis, ketika vakum dan alat pelindung digunakan.

3) Karena fenomena efek permukaan, daya maksimum dilepaskan di lapisan permukaan produk yang dipanaskan. Oleh karena itu, pemanasan induksi selama pendinginan memberikan pemanasan cepat pada lapisan permukaan produk. Hal ini memungkinkan untuk mendapatkan kekerasan permukaan bagian yang tinggi dengan media yang relatif kental. Pengerasan permukaan induksi lebih cepat dan lebih ekonomis daripada metode pengerasan permukaan lainnya.

4) Pemanasan induksi dalam banyak kasus meningkatkan produktivitas dan memperbaiki kondisi kerja.

Tungku peleburan induksi

Tungku atau perangkat induksi dapat dianggap sebagai jenis transformator di mana kumparan primer (induktor) dihubungkan ke sumber arus bolak-balik dan badan yang dipanaskan itu sendiri berfungsi sebagai kumparan sekunder.

Proses kerja tungku peleburan induksi dicirikan oleh pergerakan elektrodinamik dan termal logam cair dalam bak atau wadah, yang berkontribusi untuk mendapatkan logam dengan komposisi yang sama dan suhu seragam di seluruh volume, serta limbah logam yang rendah (beberapa kali lebih sedikit sedikit daripada di tungku busur).

Tungku peleburan induksi digunakan dalam produksi coran, termasuk cetakan, dari baja, besi tuang, logam non-besi dan paduan.

Tungku peleburan induksi dapat dibagi menjadi tungku saluran frekuensi industri dan tungku wadah frekuensi industri, menengah dan tinggi.

Tungku saluran induksi adalah transformator, biasanya pada frekuensi daya (50 Hz). Belitan sekunder transformator adalah belitan logam cair. Logam tertutup dalam saluran refraktori annular.

Fluks magnet utama menginduksi EMF dalam logam saluran, EMF menciptakan arus, arus memanaskan logam, oleh karena itu tungku saluran induksi mirip dengan transformator yang beroperasi dalam mode hubung singkat.

Induktor tungku saluran terbuat dari tabung tembaga memanjang, berpendingin air, bagian saluran perapian didinginkan oleh kipas angin atau oleh sistem udara terpusat.

Tungku induksi saluran dirancang untuk operasi berkelanjutan dengan transisi langka dari satu kelas logam ke kelas lainnya. Tungku induksi saluran terutama digunakan untuk peleburan aluminium dan paduannya, serta tembaga dan beberapa paduannya. Seri tungku lainnya dikhususkan sebagai pencampur untuk menahan dan memanaskan besi cair, logam non-besi dan paduan sebelum pengecoran dalam cetakan pengecoran.

Pengoperasian tungku wadah induksi didasarkan pada penyerapan energi elektromagnetik oleh muatan konduktif. Sel ditempatkan di dalam kumparan silinder - sebuah induktor. Dari sudut pandang kelistrikan, tungku wadah induksi adalah transformator udara hubung singkat yang belitan sekundernya adalah muatan penghantar.

Tungku wadah induksi terutama digunakan untuk melelehkan logam die casting dalam mode operasi batch dan, terlepas dari mode operasinya, untuk melelehkan paduan tertentu, seperti perunggu, yang berdampak buruk pada lapisan tungku saluran.