Индукционная печь для плавки металла своими руками

Нагревание тел с помощью электромагнитного поля, возникающего от воздействия индуцированным током, называется индукционным нагревом. Электротермическое оборудование, или индукционная печь, имеет разные модели, предназначенные для выполнения задач разного назначения.

Конструкция и принцип действия

По техническим характеристикам устройство является частью установки, используемой в металлургической промышленности. Принцип работы индукционной печи зависит от переменного тока, мощность установки формируется назначением прибора, в конструкцию которого входит:

  1. индуктор;
  2. каркас;
  3. плавильная камера;
  4. вакуумная система;
  5. механизмы перемещения объекта нагревания и другие приспособления.

Современный потребительский рынок располагает большим количеством моделей приборов, работающих по схеме образования вихревых токов. Принцип работы и конструкционные особенности промышленной индукционной печи позволяет выполнять ряд специфических операций, связанных с плавкой цветного металла, термической обработкой изделий из металла, спекания синтетических материалов, очисткой драгоценных и полудрагоценных камней. Бытовые приборы используются для дезинфекции предметов быта и обогрева помещений.

Работа ИП (индукционной печи) заключается в нагревании помещенных в камеру предметов вихревыми токами, излучаемыми индуктором, представляющим собой катушку индуктивности, выполненную в форме спирали, восьмерки или трилистника с обмоткой проводом большого поперечного сечения. Работающий от переменного тока индуктор создает импульсное магнитное поле, мощность которого изменяется в соответствии с частотой тока. Предмет, помещенный в магнитное поле, нагревается до точки закипания (жидкости) или плавления (металл).

Установки, работающие с помощью магнитного поля, производятся в двух типах: с магнитным проводником и без магнитопровода. Первый тип приборов имеет в конструкции индуктор, заключенный в металлический корпус, обеспечивающий быстрое повышение температуры внутри обрабатываемого объекта. В печах второго типа магнитотрон находится снаружи установки.

Особенности индукционных приборов

Промышленные и бытовые агрегаты производятся в нескольких видах, каждый из которых обладает индивидуальными характеристиками и свойствами. Одним из видов приборов для термической обработки материалов являются индукционные тигельные печи, основными рабочими компонентами которых служат индукторы и генераторы.

Наиболее распространенной формой устройства является цилиндр, для изготовления которого используется огнестойкий материал. В конструкции отсутствует сердечник, индуктор тигельных ИП состоит из 8−10 витков медной трубки, тигель расположен в его полости. Установка работает от переменной сети. Для безопасности эксплуатации ИП оснащается системой звукового и светового оповещения, термометрами, датчиками давления, электронной панелью управления.

Достоинства тигельной установки

К положительным свойствам тигельной печи индукционного типа относится выделение тепловой энергии непосредственно при загрузке материала, однородность сплава при нагревании компонентов, возможность создания реакции окисления и восстановления без регулировки величины давления. Производительность прибора формируется удельной мощностью установки вне зависимости от частоты электромагнитного импульса.

При разогреве материала не требуется большого количества энергии, прерванный процесс плавки металла не влияет на качество конечного продукта. Оборудование просто в управлении и эксплуатации, выравнивание температуры в камере происходит по всему объему. Основным достоинством установки является экологическая безопасность для персонала и окружающей среды, электромагнитные волны не распространяются за пределы корпуса прибора.

Недостатки тигельной ИП

К отрицательным факторам устройства относится недостаточная температура шлака, применяемого при обработке зеркала расплава, невысокая стойкость футеровки при изменении температурного режима.

Несмотря на отрицательные качества, тигельные печи нашли применение в быту, а также разных областях производства и промышленности.

Самодельная индукционная печь

Для мастера, умеющего читать проектную документацию и собрать индукционную плавильную печь своими руками, схема доступна в интернете. Прибор может стать как помощником, так и опасным соседом, если в процессе сборки были допущены ошибки в выборе комплектующих деталей или расходных материалов. Основным условием создания функционального аппарата является знание основ физических свойств индукционного оборудования и меди для трубки.

От мастера также требуются навыки конструирования и монтажа электроприборов. Безопасность устройства индивидуальной сборки заключается в ряде особенностей:

  1. емкости оборудования;
  2. рабочей частоты импульса;
  3. мощности генератора;
  4. вихревых потерь;
  5. гистерезисных потерь;
  6. интенсивности тепловой отдачи;
  7. способа футеровки.

Обеспечить стабильную работу плавильного агрегата поможет профессиональная отделка или футеровка индукционной печи с целью возможных повреждений химическими средствами, термическими, механическими или физическими воздействиями. Для выполнения футеровки выбираются материалы с высокими огнеупорными свойствами с учетом метода нанесения облицовки.

Защитный слой обеспечивает качество плавильного процесса и химическую чистоту конечного продукта. Плавка стали в индукционных печах должна проводиться в безопасном для обслуживающего персонала режиме, иметь экономические показатели, мало потреблять электрической энергии, работать с недефицитными рабочими материалами, выделять минимальные отходы в производственном процессе.

Вакуумная плавильная установка

Для производства плавки и литья подходит вакуумный прибор индукционного типа, состоящий из камеры, индукционной печи и литейной формы. К положительным качествам устройства относится возможность получения высококачественной продукции при минимальных затратах на производство. Принцип действия вакуумной печи основан на усовершенствованной технологии плавки металлов с повышенной дегазацией, возможностью дозаргузки установки, регулировки температурного режима, изменения химического состава и раскисления материала в рабочем процессе.

Технологический процесс позволяет получать сплавы высокой чистоты, сокращать время нагрева и плавки, использовать любую форму сырья. Приборы вакуумного типа могут работать от переменной сети, конечным продуктом является сплав с пониженным процентом водорода и азота, чистота материала получается за счет откачки воздуха из плавильной камеры и очистки металла от летучих компонентов, присутствующих в шихте.

Читайте также:  Гвозди для газового монтажного пистолета

Канальное плавильное устройство

Канальный тип индукционной сталеплавильной печи имеет в конструкции электромагнитный сердечник. Принцип действия прибора заключается в движении переменного магнитного потока через магнитопровод. В кольце с жидким металлом происходит возбуждение электрического тока, разогревает шихту до заданной температуры. Технология применяется в литейном производстве, миксерах, пищевых раздаточных столах. Для увеличения магнитного потока используется магнитный проводник замкнутого вида из трансформаторной стали.

Свое название канальные печи получили за наличие в пространстве агрегата двух отверстий с каналом, образующим замкнутый контур. По конструкционным особенностям прибор не может работать без контура, благодаря которому жидкий алюминий находится в непрерывном движении. При несоблюдении рекомендаций завода изготовителя оборудование самопроизвольно отключается, прерывая процесс плавки.

По расположению каналов индукционные плавильные агрегаты бывают вертикальными и горизонтальными с барабанной или цилиндрической формой камеры. Барабанная печь, в которой можно плавить чугун, выполнена из листовой стали. Поворотный механизм оснащен приводными роликами, электродвигателем на две скорости и цепной передачей.

Жидкая бронза заливается через сифон, расположенный на торцевой стенке, присадки и шлаки загружаются и удаляются через специальные отверстия. Выдача готовой продукции осуществляется через V -образный сливной канал, сделанный в футеровке по шаблону, который расплавляется в рабочем процессе. Охлаждение обмотки и сердечника осуществляется воздушной массой, температура корпуса регулируется при помощи воды.

Индукционные нагреватели работают по принципу “получение тока из магнетизма”. В специальной катушке генерируется переменное магнитное поле высокой мощности, которое порождает вихревые электрические токи в замкнутом проводнике.

Замкнутым проводником в индукционных плитах является металлическая посуда, которая разогревается вихревыми электрическими токами. В общем, принцип работы таких приборов не сложен, и при наличии небольших познаний в физике и электрике, собрать индукционный нагреватель своими руками не составит большого труда.

Самостоятельно могут быть изготовлены следующие приборы:

  1. Приборы для нагрева теплоносителя в котле отопления.
  2. Мини-печи для плавки металлов.
  3. Плиты для приготовления пищи.

Кроме этого большая сложность при конструировании плиты заключается в подборе материала для основания варочной поверхности, которое должно удовлетворять следующим требованиям:

  1. Идеально проводить электромагнитное излучение.
  2. Не являться токопроводящим материалом.
  3. Выдерживать высокую температурную нагрузку.

В бытовых варочных индукционных поверхностях используется дорогая керамика, при изготовлении в домашних условиях индукционной плиты, найти достойную альтернативу такому материалу – довольно сложно. Поэтому, для начала следует сконструировать что-нибудь попроще, например, индукционную печь для закалки металлов.

Инструкция по изготовлению

Чертежи

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • паяльник;
  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

  1. Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
  3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
  4. При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

  1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
  2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.
Читайте также:  Из чего состоит электрогенератор

Нюансы

  1. При проведении опытов по нагреву и закалке металлов, внутри индукционной спирали температура может быть значительна и составляет 100 градусов Цельсия. Этот теплонагревательный эффект можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд или для отопления дома.
  2. Схема нагревателя рассмотренного выше (рисунок 3), при максимальной нагрузке способна обеспечить излучение магнитной энергии внутри катушки равное 500 Вт. Такой мощности недостаточно для нагрева большого объёма воды, а сооружение индукционной катушки высокой мощности потребует изготовление схемы, в которой необходимо будет использовать очень дорогие радиоэлементы.
  3. Бюджетным решением организации индукционного нагрева жидкости, является использование нескольких устройств описанных выше, расположенных последовательно. При этом, спирали должны находиться на одной линии и не иметь общего металлического проводника.
  4. В качестве теплообменникаиспользуется труба из нержавеющей стали диаметром 20 мм. На трубу «нанизываются» несколько индукционных спиралей, таким образом, чтобы теплообменник оказался в середине спирали и не соприкасался с её витками. При одновременном включении 4 таких устройств, мощность нагрева будет составлять порядка 2 Квт, что уже достаточно для проточного нагрева жидкости при небольшой циркуляции воды, до значений позволяющих использовать данную конструкцию в снабжении тёплой водой небольшого дома.
  5. Если соединить такой нагревательный элемент с хорошо изолированным баком, который будет расположен выше нагревателя, то в результате получится бойлерная система, в которой нагрев жидкости будет осуществляться внутри нержавеющей трубы, нагретая вода будет подниматься вверх, а её место будет занимать более холодная жидкость.
  6. Если площадь дома значительна, то количество индукционных спиралей может быть увеличено до 10 штук.
  7. Мощность такого котла можно легко регулировать путём отключения или включения спиралей. Чем больше одновременно включённых секций, тем больше будет мощность работающего таким образом отопительного устройства.
  8. Для питания такого модуля понадобится мощный блок питания. Если есть в наличии инверторный сварочный аппарат постоянного тока, то из него можно изготовить преобразователь напряжения необходимой мощности.
  9. Благодаря тому, что система работает на постоянном электрическом токе, который не превышает 40 В, эксплуатация такого устройства относительно безопасна, главное обеспечить в схеме питания генератора блок предохранителей, которые в случае короткого замыкания обесточат систему, там самым исключив возможность возникновения пожара.
  10. Можно таким образом организовать “бесплатное” отопление дома, при условии установки для питания индукционных устройств аккумуляторных батарей, зарядка которых будет осуществляться за счёт энергии солнца и ветра.
  11. Аккумуляторы следует объединить в секции по 2 шт., подключённые последовательно. В результате, напряжение питания при таком подключении будет не менее 24 В., что обеспечит работу котла на высокой мощности. Кроме этого, последовательное подключение позволит снизить силу тока в цепи и увеличить срок эксплуатации аккумуляторов.

Блиц-советы

  1. Эксплуатация самодельных устройств индукционного нагрева, не всегда позволяет исключить распространение вредного для человека электромагнитного излучения, поэтому индукционный котёл следует устанавливать в нежилом помещении и экранировать оцинкованной сталью.
  2. Обязательно при работе с электричествомследует соблюдать правила техники безопасности, особенно это касается сетей переменного тока напряжением 220 В.
  3. В качестве экспериментаможно изготовить варочную поверхность для приготовления пищи по схеме указанной в статье, но эксплуатировать данный прибор постоянно не рекомендуется по причине несовершенства самостоятельного изготовления экранирования данного устройства, из-за этого возможно воздействие на организм человека вредного электромагнитного излучения, способного негативно сказаться на здоровье.

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.
Читайте также:  Какой клей для склеивания пластмассы

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

Устройство индукционной плавильной печи

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.

Установки на транзисторах получили довольно большое распространение, так как их можно изготовить своими руками при минимальных временных и денежных затратах.

Изготовление своими руками

При желании рассматриваемое устройство можно собрать в домашних условиях. Простая схема состоит из нижеприведенных элементов:

  1. полевые транзисторы;
  2. резисторы на 470 Ом;
  3. два диода;
  4. конденсаторы пленочного типа;
  5. обмоточный провод из меди;
  6. два кольца от дросселя, которые снимаются с компьютерного блока питания.

Приведенный выше список элементов определяет то, что создать индукционную печь можно при минимальных затратах. Процесс сборки устройства можно охарактеризовать следующим образом:

  1. Для начала проводится установка полевых транзисторов на радиаторы. Стоит учитывать, что подобная печь при работе сильно греется. Поэтому следует использовать радиаторы большого размера. Есть возможность провести установку транзисторов и на один радиатор, но придется выполнить их изоляцию.
  2. Далее потребуются два дросселя, которые также изготавливаются своими руками. Для этого проводится наматывание медной проволоки на кольца блока питания персонального компьютера. Почему именно эти кольца? Причина довольно проста – при их изготовлении применяется ферромагнитное железо. Следует намотать около 10 витков, а также выдерживать одинаковое расстояние между ними.
  3. Важным элементом конструкции можно назвать конденсаторную батарею. При соединении отдельных конденсаторов можно получить батарею емкостью 4,7 мкФ. Соединение отдельных элементов проводится параллельно.
  4. Для образования магнитного поля нужно создать обмотку, которая изготавливается из медной проволоки толщиной 2 миллиметра. Достаточно создать около 7-8 витков. Образующееся пространство внутри должно быть таким, чтобы поместилась заготовка, которая будет плавиться. Обмотка должна иметь два длинных конца, которые будут подключаться к источнику тока.
  5. В рассматриваемом случае источником питания может стать обычный аккумулятор на 12 В. Ток, который подается на катушку, имеет силу около 10А. Емкости подобного источника тока хватает примерно на 40 минут, после чего приходится проводить зарядку устройства.

Самодельная индукционная печь

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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.