Как своими руками собрать индукционную печь для плавки металла в домашних условиях. Что такое индукционная печь и как ее сделать своими руками? Печи для плавки цветных металлов

Индукционная плавильная печь применяется для плавления металлов и сплавов уже на протяжении последних нескольких десятилетий. Устройство получило широкое распространение в металлургической и машиностроительной областях, а также в ювелирном деле. При желании простую версию этого оборудования можно изготовить своими руками. Рассмотрим принцип работы и особенности применения индукционной печи подробнее.

Принцип индукционного нагрева

Для того чтобы металл перешел из одного агрегатного состояния в другое требуется нагреть его до достаточно высокой температуры. При этом у каждого металла и сплава своя температура плавления, которая зависит от химического состава и других моментов. Индукционная плавильная печь проводит нагрев материала изнутри при создании вихревых токов, которые проходят через кристаллическую решетку. Рассматриваемый процесс связан с явлением резонанса, который становится причиной увеличения силы вихревых токов.

Принцип действия устройства имеет следующие особенности:

1. Пространство, которое образуется внутри катушки, служит для размещения заготовки. Использовать этот метод нагрева в промышленных условиях можно только при условии создания большого устройства, в которое можно будет поместить шихту различных размеров.
2. Устанавливаемая катушка может иметь различную форму, к примеру, восьмерки, но наибольшее распространение получила спираль. Стоит учитывать, что форма катушки выбирается в зависимости от особенностей заготовки, подвергаемой нагреву.

Для того чтобы создать переменное магнитное поле устройство подключается к бытовой сети электроснабжения. Для повышения качества получаемого сплава с высокой текучестью применяются высокочастотные генераторы.

Устройство и применение индукционной печи

При желании можно создать индукционную печь для плавки металла из подручных материалов. Классическая конструкция имеет три блока:

1. Генератор, который создает ток высокой частоты переменного типа. Именно он создает электрический ток, преобразующийся в магнитное поле, проходящее через материал и ускоряя движение частиц. За счет этого происходит переход металла или сплавов из твердого состояния в жидкое.
2. Индуктор отвечает за создание магнитного поля, которое и нагревает металл.
3. Тигель предназначен для плавки материала. Он помещается в индуктор, а обмотка подключается к источникам тока.

Процесс преобразования электрического тока в магнитное поле сегодня применяется в самых различных отраслях промышленности.

К основным достоинствам индуктора можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Современное устройство способно направлять магнитное поле, за счет чего повышается КПД. Другими словами, проходит нагрев шихты, а не устройства.
2. За счет равномерного распространения магнитного поля заготовка нагревается равномерно. При этом с момента включения устройства до плавки шихты уходит небольшое количество времени.
3. Однородность получаемого сплава, а также его высокое качество.
4. При нагреве и плавлении металла не образуются испарения.
5. Сама установка безопасна в применении, не становится причиной образования токсичных веществ.

Существует просто огромное количество различных вариантов исполнения самодельных индукционных печей, каждая имеет свои определенные особенности.

Виды индукционных печей

Рассматривая классификацию устройств, отметим, что нагрев заготовок может проходить как внутри, так и снаружи катушки. Именно поэтому выделяют два типа индукционных печей:

1. Канальная. Подобного рода устройство имеет небольшие каналы, которые расположены вокруг индуктора. Для генерации переменного магнитного поля внутри расположен сердечник.
2. Тигельная. Эта конструкция характеризуется наличием специальной емкости, которую называют тигель. Изготавливается она из тугоплавкого металла с высоким показателем температуры плавления.

Важно, что канальные индукционные печи обладают большими габаритными размерами и предназначаются для промышленного плавления металла. За счет непрерывного процесса плавки можно получать большой объем расплавленного металла. Канальные индукционные печи применяются для плавки алюминия и чугуна, а также других цветных сплавов.

Тигельные индукционные печи характеризуются относительно небольшими размерами. В большинстве случаев подобного рода устройство применяется в ювелирном деле, а также при плавке металла в домашних условиях.

Создавая печь своими руками можно провести регулировку мощности, для чего изменяется количество витков. Стоит учитывать, что при повышении мощности устройства требуется более емкая батарея, так как повышается показатель энергопотребления. Для того чтобы снизить температуру основных элементов конструкции устанавливается вентилятор. При длительной эксплуатации печи ее основные элементы могут существенно нагреваться, что стоит учитывать.

Еще большое распространение получили индукционные печи на лампах. Подобную конструкцию можно изготовить самостоятельно. Процесс сборки имеет следующие особенности:

1. Медная трубка применяется для создания индуктора, для чего ее сгибают по спирали. Концы также должны быть большими, что требуется для подключения устройства к источнику тока.
2. Индуктор следует поместить в корпусе. Изготавливается он из термостойкого материала, который может отражать тепло.
3. Проводится соединение каскадов ламп по схеме с конденсаторами и дросселями.
4. Выполняется подключение неоновой лампы-индикатора. Она включается в схему для обозначения того, что устройство готово к работе.
5. В систему подключают подстроечный конденсатор переменной емкости.

Важным моментом является то, как можно провести охлаждение системы. При работе практически всех индукционных печей основные элементы конструкции могут нагреваться до высокой температуры. Промышленное оборудование имеет систему принудительного охлаждения, которое работает на воде или антифризе. Для того чтобы создать конструкцию водяного охлаждения своими руками требуется довольно много средств.

В домашних условиях устанавливается система воздушного охлаждения. Для этого устанавливаются вентиляторы. Следует располагать их так, чтобы обеспечивать беспрерывный поток холодного воздуха к основным элементам конструкции печи.

Индукционная печь часто используется в сфере металлургии, поэтому данное понятие хорошо знакомо людям, которые в той или иной степени связаны с процессом плавки различных металлов. Устройство позволяет преобразовывать электричество, образованное магнитным полем, в тепло.

Подобные устройства продаются в магазинах по довольно высокой цене, но если вы обладаете минимальными навыками использования паяльника и умеете читать электронные схемы, то можно попробовать изготовить индукционную печь своими руками.

Самодельное устройство вряд ли подойдёт для выполнения сложных задач, но вполне справится с базовыми функциями. Собрать устройство можно на основе рабочего сварочного инвертора из транзисторов, либо на лампах. Самым производительным при этом является именно устройство на лампах за счёт высокого КПД.

Принцип работы индукционной печи

Нагревание металла, помещённого внутрь устройства, происходит путём перехода электромагнитных импульсов в энергию тепла. Электромагнитные импульсы вырабатываются катушкой с витками из медной проволоки или трубы.

Схема индукционной печи и схемы проведения нагрева

При подключении устройства через катушку начинает проходить электрический ток, а вокруг появляется электрическое поле со временем меняющее своё направление. Впервые работоспособность такой установки была описана Джеймсом Максвеллом.

Объект, который нужно нагреть, необходимо поместить внутрь катушки или недалеко от неё. Целевой предмет будет пронизываться потоком магнитной индукции, а внутри появится магнитное поле вихревого типа. Таким образом, индукционная энергия перейдёт в тепловую.

Разновидности

Печи на индукционной катушке, принято подразделять на два вида в зависимости от типа конструкции:

• Канальные;
• Тигельные.

В первых устройствах металл для расплавки находится перед индукционной катушкой, а в печах второго типа помещается внутри неё.

Собрать печь можно, соблюдая следующие шаги:

1. Медную трубу сгибаем в виде спирали. Всего необходимо сделать около 15 витков, расстояние между которыми должно быть не меньше 5 мм. Внутри спирали должен свободно располагаться тигель, где и будет происходить процесс выплавки;
2. Изготавливаем надёжный корпус для устройства, который не должен проводить электрический ток, и обязан выдерживать высокие температуры воздуха;
3. Дросселя и конденсаторы собираются по обозначенной выше схеме;
4. К схеме подключается неоновая лампа, которая будет сигнализировать о том, что устройство готово к работе;
5. Также припаивается конденсатор для подстройки ёмкости.

Использование для обогрева

Индукционные печи подобного вида могут использоваться и для обогрева помещения. Чаще всего их используют вместе с котлом, который дополнительно производит нагрев холодной воды. На деле конструкции применяются крайне редко из-за того, что в результате потерь электромагнитной энергии КПД устройства минимален.

Ещё один недостаток основан на потреблении устройством больших объёмов электроэнергии в процессе работы, потому устройство относится к категории экономически невыгодных.

Охлаждение системы

Устройство, собранное самостоятельно, необходимо оборудовать системой охлаждения, так как при работе все составные части будут находиться под воздействием высоких температур, конструкция может перегреться и сломаться. В печах, продающихся в магазине, охлаждение производится водой или антифризом.

При выборе охладителя для дома предпочтение отдаётся вариантам, которые наиболее выгодны для реализации с экономической точки зрения.

Для домашних печей можно попробовать использовать обычный лопастной вентилятор. Обращайте внимание на то, что устройство не должно стоять слишком близко к печи, так как металлические детали вентилятора негативно воздействуют на работоспособность устройства, а также способны размыкать вихревые потоки и снижать производительность всей системы.

Меры предосторожности при использовании устройства

Работая с устройством следует придерживаться следующих правил:

• Некоторые элементы установки, а также металл, который плавится, подвергаются сильному нагреву, в результате чего существует риск получить ожог;
• При использовании ламповой печи, обязательно размещайте её в закрытом корпусе, иначе велика вероятность поражения электрическим током;
• Перед работой с устройством уберите из зоны работы прибора все металлические элементы и сложные электронные приборы. Использовать устройство не стоит людям, у которых установлен кардиостимулятор.

Печь для плавки металлов индукционного типа может применяться при лужении и формовке металлических деталей.

Самодельную установку легко подогнать под работу в конкретных условиях, меняя некоторые настройки. Если придерживаться указанных схем при сборе конструкции, а также соблюдать элементарные правила безопасности, самодельное устройство практически не будет уступать магазинным бытовым приборам.

На протяжении многих лет люди проводят плавку металла. Каждый материал имеет свою температуру плавления, достигнуть которую можно только при применении специального оборудования. Первые печи для плавки металла были довольно большими и устанавливались исключительно в цехах крупных организаций. Сегодня современная индукционная печь может устанавливаться в небольших мастерских при налаживании производства ювелирных изделий. Она небольшая, проста в обращении и обладает высокой эффективностью.

Принцип действия

Плавильный узел индукционной печи применяется для нагрева самых различных металлов и сплавов. Классическая конструкция состоит из следующих элементов:

1. Сливной насос .
2. Индуктор, охлаждающийся водой.
3. Каркас из нержавеющей стали или алюминия.
4. Контактная площадка.
5. Подина из жаропрочного бетона.
6. Опора с гидравлическим цилиндром и подшипниковым узлом.

Принцип действия основан на создании вихревых индукционных токов Фуко. Как правило, при работе бытовых приборов подобные токи вызывают сбои, но в этом случае они применяются для нагрева шихты до требуемой температуры. Практически вся электроника во время работы начинает нагреваться. Этот негативный фактор применения электричества используется на полную мощность.

Преимущества устройства

Печь плавильная индукционная стала применяться относительно недавно. На производственных площадках устанавливаются знаменитые мартены, доменные печи и другие разновидности оборудования. Подобная печь для плавки металла обладает следующими преимуществами:

Именно последнее преимущество определяет распространение индукционной печи в ювелирном деле, так как даже небольшая концентрация посторонней примеси может негативно сказаться на полученном результате.

В зависимости от особенностей конструкции выделяют напольные и настольные индукционные печи. Независимо от того, какой именно вариант был выбран, выделяют несколько основных правил по установке:

Во время работы устройство может серьезно нагреваться. Именно поэтому поблизости не должно быть никаких легковоспламеняющихся или взрывчатых веществ. Кроме этого, по технике пожарной безопасности вблизи должен быть установлен пожарный щит .

Широкое применение получили только два типа печи: тигельные и канальные. Они обладают сходными преимуществами и недостатками, отличия заключаются лишь в применяемом методе работы:

Большей популярностью пользуется тигельная разновидность индукционных печей. Это связано с их высокой производительностью и простотой в эксплуатации. Кроме этого, подобную конструкцию при необходимости можно изготовить самостоятельно.

Самодельные варианты исполнения встречаются довольно часто . Для их создания требуются:

1. Генератор.
2. Тигель.
3. Индуктор.

Опытный электрик при необходимости может сделать индуктор своими руками. Этот элемент конструкции представлен обмоткой из медной проволоки. Тигель можно приобрести в магазине, а вот в качестве генератора используется ламповая схема, собранная своими руками батарея их транзисторов или сварочный инвертор.

Использование сварочного инвертора

Печь индукционная для плавки металла своими руками может быть создана при применении сварочного инвертора в качестве генератора. Этот вариант получил самое широкое распространение, так как прилагаемые усилия касаются лишь изготовления индуктора:

1. В качестве основного материала применяется тонкостенная медная трубка. Рекомендуемый диаметр составляет 8-10 см.
2. Трубка изгибается по нужному шаблону, который зависит от особенностей применяемого корпуса.
3. Между витками должно быть расстояние не более 8 мм.
4. Индуктор располагают в текстолитовом или графитовом корпусе.

После создания индуктора и его размещения в корпусе остается только установить на свое место приобретенный тигель.

Подобная схема довольно сложна в исполнении, предусматривает применение резисторов, нескольких диодов, транзисторов различной емкости, пленочного конденсатора, медного провода с двумя различными диаметрами и колец от дросселей. Рекомендации по сборке следующие:

Созданная схема помещается в текстолитовый или графитовый корпус, которые являются диэлектриками. Схема, предусматривающая применение транзисторов , довольно сложна в исполнении. Поэтому браться за изготовление подобной печи следует исключительно при наличии определенных навыков работы.

Печь на лампах

В последнее время печь на лампах создают все реже, так как она требует осторожности при обращении. Применяемая схема проще в сравнении со случаем применения транзисторов. Сборку можно провести в несколько этапов:

Применяемые ламы должны быть защищены от механического воздействия.

Охлаждение оборудования

При создании индукционной печи своими руками больше всего проблем возникает с охлаждением. Это связано со следующими моментами:

1. Во время работы нагревается не только расплавляемый металл, но и некоторые элементы оборудования. Именно поэтому для длительной работы требуется эффективное охлаждение.
2. Метод, основанный на применении воздушного потока, характеризуется низкой эффективностью. Кроме этого, не рекомендуется проводить установку вентиляторов вблизи печи. Это связано с тем, что металлические элементы могут оказывать воздействие на генерируемые вихревые токи.

Как правило, охлаждение проводится при подаче воды. Создать водяной охлаждающий контур в домашних условиях не только сложно, но и экономически невыгодно. Промышленные варианты печи имеют уже встроенный контур, к которому достаточно подключить холодную воду.

Техника безопасности

При использовании индукционной печи нужно соблюдать определенную технику безопасности. Основные рекомендации:

При установке оборудования следует рассмотреть то, как будет проводиться погрузка шихты и извлечение расплавленного металла. Рекомендуется отводить отдельное подготовленное помещение для установки индукционной печи.

ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ – это литейная печь c индуктором для плавки металла. Преимущество в том, что плавильная масса отлично перемешивается до однородного состава, если используется индукционная плавильная печь. Индукционная технология ускоряет процесс плавки металла (время плавки 45 минут), такие печи имеют хорошие характеристики! ZAVODRR – плавильные печи для стали, алюминия, меди от профессионалов!

Как устроены плавильные печи?

Плавильные печи представляют собой рабочую камеру, в которую помещается исходное сырьё (шихта), материалы и интенсифицирующие образование расплава. Камера отделяется от внешнего корпуса с помощью огнеупорной футеровки, а также теплоизолирующего слоя. В зависимости от вида применяемого энергоносителя или способа нагрева (метод индукции, графитовые электроды, газовые горелки), зависит устройство камеры, а так же время и качество материала на выходе. Давайте рассмотрим устройство плавильных печей.

– В дуговых плавильных печах устройство для слива расплава и отделения шлаковых масс расположено в нижней части печи. Электроды помещаются сверху их количество от 1 до 4 штук. В качестве источника питания выступает трансформатор. Недостатком этого способа может быть спекание металла.

– Индукционная плавильная печь состоит из индуктора, внутри которого находится тигель с огнеупорной футеровкой. Оборудование оснащено механизмами загрузки шихты, системами, обеспечивающими полный слив готового расплава, системами управления и регулировки. В индукционных плавильных печах металл сливается сверху. В качестве источника питания выступают тиристорные или транзисторные преобразователи. Качество переплавленного металла таким способом самое лучшее, ведь метод индукции – это постоянное равномерное перемешивание шихты во время плавки; Устройство плавильных печей зависит от их вида.

– Газовые плавильные печи имеют самую простую и дешевую конструкцию. В плавильный узел в нижней части подключена газовая горелка, которая работает от обычного магистрального газа (метана). Как правило, эти печи используют для переплавки металлов с небольшой удельной теплотворной способностью, таких как алюминий или медь.

Плавильные печи – преимущества

При выборе плавильной печи, нужно знать ее недостатки и преимущества. Основное преимущество газовых плавильных печей – это минимальные затраты при плавки металла, ведь газ является самым дешевым энергоносителем. Индукционные плавильные печи позволяют получить отличное качество расплава на выходе. Электродуговые – достичь максимальную температуру плавки, для тугоплавких материалов или сплавов. Все виды печей имеют хорошую автоматизацию процесса и небольшой объём вредных атмосферных выбросов.

Преимущества использования индукционных печей очевидны:

• технология производства позволяет получать высококачественные расплавы с однородным химическим составом,
• есть возможность введения дополнительных легирующих элементов,
• печи обладают высоким КПД около 95%,
• сравнительно малый угар,
• безопасная для здоровья персонала технология производства,
• экономичность производства, достигаемая за счет выделения большого количества тепла металлом, что позволяет потреблять меньшую мощность.

Основными характеристиками тепловых установок является вместимость рабочей камеры, которая предопределяет производительность, тип материала, для выплавки которого она предназначена и номинальная мощность нагревательного элемента, задающая максимальную рабочую температуру, а также энергоёмкость процесса.

Обращая внимание на характеристики оборудования при выборе индукционных печей, стоит уделить особое внимание качеству тигля. В среднем тигель рассчитан на количество плавок от 20 до 60. Комплект индукционной печи, кроме тигля, включает в себя:

• преобразователь частоты (транзисторный или тиристорный),
• конденсаторные батареи,
• плавильные узлы,
• водоохлаждаемые кабели,
• системы охлаждения и пульты управления.

Управление и контроль над процессом плавки должен осуществлять специально обученный персонал.

Нагревательный элемент таких установок может работать как в промышленных, так и в средних частотах. Преимуществами такого решения является полный контроль над окислительными процессами, а также полный слив расплава. В качестве футеровочных могут быть использованы как кислые, так и основные материалы.

Плавильные печи для плавки металла являются самым востребованным оборудованием для металлургических предприятий. Индукционные плавильные печи делают процесс плавки более экономичным и качественным. В зависимости от типа металла и объема шихты процесс плавки металла в индукционной печи занимает в среднем от 30 минут до 1,5 часов. Индукционные печи позволяют проводить термическую обработку черных, цветных и даже драгоценных металлов.

Плавка стали происходит при температуре 1500-1600 градусов Цельсия. В процессе плавки необходимо снизить содержание веществ, ухудшающих качество стали, таких как сера, фосфор и кислород. Выбор футеровки зависит от состава желаемого расплава. Индукционные печи идеально подходят для производства легированных сталей. Время плавки стали в среднем занимает около 1 часа.

Эти печи работают, преимущественно, на промышленных частотах в 50 Гц и оснащаются высокоточной автоматикой, позволяющей контролировать как температуру, так и интенсивность ликвации. Величина угара в них едва достигает 2%, кроме того, они не требовательны к качеству подготовки шихтовых материалов.

Температура плавления алюминия составляет 660 градусов Цельсия, поэтому важно, чтобы тиристорный преобразователь не был слишком мощным. Плавильный узел для плавки алюминия не стоит использовать для плавки других металлов. Использование индукционной печи для плавки алюминия и его сплавов позволит получить однородный расплав высокого качества.

Отличительной особенностью таких печей является низкая температура разогрева и. как следствие, малое энергопотребление. В качестве основного материала для тигля распространён графит, кроме того, для интенсификации процесса, может быть использован и металлический сердечник, подключаемый к среднечастотной сети через понижающий трансформатор. Максимальная температура нагрева, как правило, не превышает 750 ºС.

Плавильные печи для меди

Плавка меди в индукционной печи занимает не более 40 минут. Процесс получения расплава происходит при температуре 1000-1300 градусов Цельсия. Плавить можно в вакууме, в среде защитных газов или в открытой среде. Благодаря высокой тепло- и электропроводности и гибкости медь широко используется в различных отраслях промышленности.

При производстве медного расплава очень важно обеспечить химическую чистоту, поэтому, печи, в ряде случаев, имеют герметичную рабочую камеру, а индукционный нагрев осуществляется в мягком режиме. Существенных конструктивных отличий от индукционных печей для цветных металлов здесь нет, основное же требование - отсутствие непосредственной реакции между материалом тигля и расплавом.

Плавильные печи – транзисторные

Для расплавления шихты на небольших литейных предприятиях используются транзисторные печи. В таких печах используется среднечастотный индукционный нагреватель. Плавка металлов осуществляется в графитовом тигле. В транзисторных печах происходит динамическая циркуляция металлического расплава внутри тигля, благодаря чему происходит выравнивание температуры по всему объему тигля, что способствует получению однородного химического состава многокомпонентного сплава. В таких печах возможен быстрый переход со сплава одной марки на другой.

Транзисторные индукционные печи отличает универсальность и крайне высокий КПД, который может достигать 99%, вместо привычной медной обмотки, в них применяется нагреватель индукционного типа, собранный на системе взаимосвязанных транзисторов. Преимуществом является и электродинамическая циркуляция, обеспечивающая равномерное перемешивание расплава.

Ещё одной разновидностью индукционных печей являются установки. В которых для стабилизации процесса нагрева и обеспечения возможности его регулирования применяются тиристорные частотные преобразователи тока, обеспечивающего образование электромагнитного поля.

Муфельная печь для расплава или закалки металлических изделий – прибор, позволяющий домашнему мастеру выполнить определенную работу. Простой агрегат, способный работать на разных видах топлива, для самостоятельного изготовления достаточно обладать навыками выполнения слесарных и электросварочных работ.

Свернуть

Устройство и схема

Устройство муфельной печи для плавки металла состоит из:

• в большинстве случаев стального корпуса. Для домашнего использования лучше выполнить его из жаростойкого металла или нержавейки. Но можно использовать конструкционную сталь. Толщина листа 1,5-2 мм;
• слоя внутренней теплоизоляции. Для домашних печей используют шамотный кирпич или другой теплоизоляционный материал, выдерживающий температуры нагрева до 1000 0 — 1200 0 ;
• стальной корпус можно обложить наружным слоем керамических плиток или огнеупорным кирпичом;
• электрических или газовых нагревательных элементов. Газовые горелки лучше приобретать в специализированных магазинах. Электрическая печь может оснащаться самодельными спиралями из нихрома или фехраля. Толщина проволоки – 1 мм. Фехралевая проволока дешевле, но она уступает нихрому по уровню сопротивлению воздействия агрессивной среды и долговечности спирали;
• системой автоматического или ручного управления работой техники. Установив тепловые датчики вы сможете легко управлять температурным режимом и временем поддержания заданной температуры.

Вывод

Самодельные или промышленные печи для закаливания металла или его плавления – все эти конструкции должны обеспечивать безопасность и комфортность в работе с нагревательными приборами. Сделать конструкцию самостоятельно несложно, справиться сможет даже новичок. Главное внимательно и ответственно выполнять все рекомендации и правила выполнения работ.