Некоторые особенности и преимущества индукционных методов нагрева

Индукционный нагрев основан на преобразовании электри­ческой энергии в тепловую. В электромагнитное поле, создаваемое током индуктора, вносят нагреваемое тело. Благодаря явлению электромагнитной индукции в нем возникает электродвижущая сила и появляется электрический ток, который и приводит к разо­греву загрузки.

Индукционный метод нагрева наиболее широко применяется для нагрева и плавки металлов и сплавов, однако он весьма уни­версален и может использоваться для нагрева практически любых веществ: а) металлов и сплавов; б) полупроводниковых материа­лов; в) диэлектриков; г) газов; д) шлаков и е) электролитов. Нагрев газов оказывается возможным благодаря тому, что при определенных условиях атомы газов теряют электроны и газ становится ионизированным. Ионизированный газ является про­водником электрического тока; его проводимость обусловлена движением ионов и свободных электронов. Что же касается ди­электриков, то их нагрев возможен благодаря тому, что при на­ложении на них высокочастотного электрического поля заряжен­ные частицы диэлектрика начинают смещаться: диэлектрик по­ляризуется. Поляризация может вызывать нагрев непроводящих тел (так называемый диэлектрический нагрев). Кроме того, при определенных условиях (при очень высоких температурах) удель­ное сопротивление многих диэлектриков падает настолько, что их индукционный нагрев становится возможным уже на средних частотах. Это позволяет использовать индукционные методы плавки для получения особо чистых огнеупорных материалов.

Преимущества индукционного нагрева по сравнению с другими методами нагрева заключаются в следующем:

1. Передача электрической энергии непосредственно в нагре­ваемое тело позволяет осуществить прямой («глубинный») нагрев материалов, и значительно увеличить его скорость по сравнению с печами косвенного нагрева, где изделия нагреваются только через поверхностный слой («поверхностный» нагрев).

2. Максимальный уровень температур может быть весьма высоким, лимитируется в основном только применяемыми огне­упорными материалами.

3. При передаче электрической энергии в нагреваемое тело не нужны контактные устройства, что значительно упрощает конструкцию и позволяет применить индукционный метод в усло­виях автоматизированного поточного производства, а также осу­ществлять нагрев в вакууме и в защитных средах.

4. Благодаря явлению поверхностного эффекта на высоких частотах максимальная мощность выделяется в поверхностном слое нагреваемого изделия, и тем самым индукционный метод при закалке обеспечивает быстрый нагрев поверхности изделия, позволяя получить ее высокую твердость, при сохранении отно­сительно вязкой сердцевины. Поверхностная индукционная за­калка быстрее и экономичнее других методов поверхностного упрочнения изделий.

5. В индукционных плавильных печах возникающие при передаче энергии в расплав электродинамические усилия способствую циркуляции расплава в объеме тигля. Это ускоряет процесс плавки и позволяет получать металл со стабильными и однородными свойствами.

6 Источник нагрева (индуктор), являясь «холодным» (его собственная температура не превышает обычно 50—70° С) и осуществляя нагрев загрузки бесконтактно (в некоторых случаях он вообще может быть вынесен из рабочего пространства печи), ни вносит никаких загрязнений в атмосферу печи, что позволяет осуществлять прецизионные и особо чистые технологические процессы.

7 Индукционный метод нагрева и плавки в большинстве случаев позволяет повысить производительность труда, значительно улучшить санитарно-гигиенические условия производства и исклю­чить загрязнение воздушного бассейна.

8 не требуется время для предварительного пускового режима (например, время для разогрева электропечей сопротивления косвенного действия);

9 так как энергия выделяется в самом изделии, то в нем получаются меньшие температурные перепады (при равных удельных мощностях, например, с электропечами сопротивления косвенного действия);

10 высокие скорости нагрева;

11 при высокой скорости нагрева - малые тепловые потери излучением и конвекцией, а значит, высокий КПД (не менее 0,9);

12 любая рабочая среда (в отличие от топливных печей).

По отношению к расплав металлу и спалаву