Индукционная плавильная печь

Делаем своими руками

Как вы думаете, индукционная печь своими руками — это реально? Более чем.

Начать нужно с того, чтобы понять схему устройства. Мы приведем пример самой элементарной индукционной печи. Поняв принцип и разобравшись, какая схема здесь используется, можно попробовать создать нечто более сложное, подходящее для бытовых нужд.

В описываемом руководстве по изготовлению индукционной печи мы возьмем не очень мощный генератор с низковольтными транзисторами. Его хватит для нагрева железа. Полученный прибор нагрева полностью основан на работе токов Фуко.

Для работы вам потребуется:

• Проволока для индуктора;
• Светодиод;
• Ферритовые кольца с разным диаметром;
• Схема К174ХА11. Данная микросхема есть везде.

Теперь приступаем к сборке.

Для начала соберем задающий генератор для нашего нагревателя индукционного типа. Вам нужна схема (К174ХА11), которая предварительно настраивается на пределы частоты 40-80 кГц

Задайте скважность на 50%. Для создаваемого оборудования это оптимальные показатели

Трансформатор ТР1 наматывается на маленьком ферритовом кольце диаметром около 2 сантиметров. Для обмотки используются провода диаметром 4 миллиметра

Намотка должна получиться из 30 витков. Трансформатор ТР2 наматывается на ферритовое кольцо большего диаметра — 5 сантиметров. На первичной обмотке обязательно 22 витка из проводов диаметров 1 миллиметр. Для вторичной обмотки требуется 2-3 витка из аналогичной проволоки, только сложенной в четыре раза. Индуктор делают из проволоки толщиной 3 миллиметра. Диаметр получаемого индуктора составляет 11 миллиметров. Количество витков при этом ровно 6. Для настройки резонанса используют обычный светодиод, подключенный через резистор 1к. Если после включения генератор не начал работать, выводы обмоток на транзисторных базах попробуйте поменять местами. Обязательно подавайте напряжение постепенно при первом пуске с шагом 10 В. Одновременно с повышением напряжения следите за состоянием транзисторов, чтобы схема выдержала нагрузку. Если вы собрали конструкцию правильно, транзисторы только слегка нагреются, они не должны быть горячими.

Специалисты отмечают, что при выборе между индукционной печкой и электрическим аналогом, предпочтение следует отдать первому варианту. Но это уже дело лично каждого. Так что решайте.

Для организации плавки металла вполне может использоваться индукционная печь. Ее принцип работы был заложен в далеком 19 веке путем открытий в физике. Суть его в том, что вырабатывается тепло от электричества, которое создает переменное магнитное поле. Таким образом, из электромагнитной энергии образуется электрическая, а из нее – тепловая.

Если классифицировать индукционные печи по масштабам использования, то можно выделить два типа: промышленные и бытовые. Однако есть и такое условное разделение:

1. Канальные. По конструкции они похожи на трансформаторы. Индуктор в такой конструкции находится вокруг металла. Индукционная печь такого типа при первом запуске заливается расплавленным металлом, может использоваться металлический шаблон. После завершения процесса сырье сливается частично, чтобы оставить часть на следующую плавку.

Разновидность индукционных печей — канальные

2. Тигельные. Распространенный вариант в металлургическом производстве, используемый для обработки и плавки металлов всех видов (сталь, алюминий, магний, медь, драгоценные, цветные металлы и пр.). Индукционная тигельная печь используется и в других отраслях, к примеру, в ювелирном деле. В таких устройствах нет сердечника

Важное преимущество тигельных устройств – простота исполнения. Тигель погружается в индуктор для последующего нагрева металла. Такая емкость может быть изготовлена из графита, керамики, стали и прочих материалов

Такая емкость может быть изготовлена из графита, керамики, стали и прочих материалов.

Разновидность индукционных печей — канальные

Современные модели тигельных индукционных печей

3. Вакуумные. Эффективное средство для удаления из расплава различных примесей.

Это разделение, конечно, относится к промышленным индукционным печам. Что касается бытовых устройств, они делятся на такие типы:

1. Для приготовления пищи. Важная характеристика таких плит – экономный расход электроэнергии. К тому же они характеризуются повышенным уровнем безопасности.
2. Для отопления. Небольшие отопительные устройства используются в схемах систем автономного отопления.

По организации процесса могут быть разного действия:

• непрерывного;
• полунепрерывного;
• периодического.

Плaвильныe печи для стали

Плавильные печи нагреваются до своей максимальной температуре при плавки стали 1500 – 1600 °С и сопровождается сложными физико-химическими процессом. При переплавке стали, необходимо снизить содержания кислорода, серы и фосфора, образующих оксидные и сульфидные элементы, который снижают качество стали.

Особенность плавки стали в плавильных печах является использование футеровочных смесей, в отличие от плавки меди, где применяется графитовый тигель. Плавильные печи хорошо перемешивают металл, за счет индукционного поля, которое выравнивает химический состав стали.

Указанные выше преимущества, отлично подходят при выплавке легированных сталей, с минимальными потерями легирующих элементов: вольфрама – около 2%, марганца, хрома и ванадия – 5 – 10%, кремния – 10 – 15%, учитывая дефицитность и высокую стоимость легирующих элементов.

Плавка стали имеет следующие особенности и преимущества:

• Самые важные отливки плавятся, используя метод окисления, ведь во время кипения металла, удаляются все неметаллические включения, и происходит понижение содержания фосфора. Состав шихты берется лома углеродистых сталей или чугуна, для получения среднего содержания углерода 0,5 %;
• Если вы собираетесь плавить сталь с высоким содержанием марганца, алюминия, хрома надо выбирать кислую футеровку, ведь стойкость тигля будет в два раза выше;
• Перед началом плавки тигель забивается металлом, но верх не следует забивать плотно, это может привести к образованию сводов и соответственно угару металла, так как шихта будет осаживаться во время плавки нижних кусков;
• Время плавки стали составляет от 50-70 минут, в зависимости от разогрева плавильного узла;
• Плавильные печи для стали, имеют высокую производительность при производстве отливок небольшой массы и размера.

Читать также: Чем отличается циклонный фильтр от контейнера

Индукционные печи своими руками

Среди имеющихся распространенных методик создания таких агрегатов можно найти пошаговое руководство, как сделать индукционную печь из сварочного инвертора, с нихромовой спиралью или графитовыми щетками, приведем их особенности.

Агрегат из высокочастотного генератора

Она выполняется с учетом расчетной мощности агрегата, вихревых потерь и утечек на гистерезисе. Питание конструкции будет идти от обычной сети в 220 В, но с использованием выпрямителя. Такой вид печи может идти с графитовыми щетками или нихромовой спиралью.

Для создания печи потребуется:

• два диода UF4007;
• пленочные конденсаторы;
• полевые транзисторы в количестве двух штук;
• резистор в 470 Ом;
• два дроссельных кольца, их можно снять со старого компьютерного системщика;
• медный провод Ø сечения 2 мм.

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

1. Транзисторы располагаются на радиаторах. Из-за того, что в процессе плавки металла схема устройства быстро греется, радиатор для нее нужно подбирать с большими параметрами. Допустимо устанавливать несколько транзисторов на один генератор, но в этом случае их нужно изолировать от металла при помощи прокладок, сделанных из пластика и резины.
2. Изготавливаются два дросселя. Для них берутся два заранее снятые с компьютера кольца, вокруг них обматывают медную проволоку, количество витков ограничено от 7 до 15.
3. Конденсаторы объединяются между собой в батарею, чтобы на выходе получилась емкость в 4,7 мкФ, их соединение проводится параллельно.
4. Вокруг индуктора обвивается медная проволока, ее диаметр должен быть 2 мм. Внутренний диаметр обмотки должен совпадать с размером используемого для печи тигля. Всего делают 7-8 витков и оставляют длинные концы, чтобы их можно было подключить к схеме.
5. В качестве источника к собранной схеме подсоединяется аккумулятор мощностью 12 В, его хватает примерно на 40 минут работы печи.

Если необходимо, то делается корпус из материала с высокой термоустойчивостью . Если же выполняется индукционная плавильная печь из сварочного инвертора, то защитный корпус должен быть обязательно, но его нужно заземлить.

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

• графитовые щетки;
• порошковый гранит;
• трансформатор;
• шамотный кирпич;
• стальная проволока;
• тонкий алюминий.

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

1. Выполняется основа – в виде бокса, который изготавливается из шамотного кирпича, его кладут на огнеупорную плитку.
2. Сверху бокса укладывается лист асбестокартона, если ему нужно придать определенную форму, его поверхность нужно смочить водой. Чтобы конструкцию сделать жесткой, нужно обмотать ее проволокой. Размеры бокса зависят от мощности трансформатора. Лучше всего использовать его из сварочного аппарата. Если он большой мощности, то его следует перемотать.
3. Во избежание перегрева трансформатора его обматывают тонким алюминием.
4. На дне кирпичного бокса располагается глиняная подложка, чтобы расплавленный металл не растекался.
5. Устанавливаются графитовые щетки.

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

• нихром;
• асбестовая нить;
• кусок керамической трубы.

После подключения всех составляющих печи по схеме, ее работа состоит в следующем: после подачи электрического тока на нихромовую спираль, она передает тепло металлу и плавит его.

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

1. Навивание спирали, для нее используется проволока диаметром 0,3 мм, длина заготовки должна быть около 11 метров.
2. Проволока наматывается вокруг длинной трубки, ее диаметр – 5 мм.
3. Кусок трубы из керамики выступает в качестве тигля, его подрезают до нужного размера, примерно на 15 см. В один его конец вставляется асбестовая нить, чтобы расплавленный металл не растекался.
4. Укладка спирали вокруг трубы. Между ее витками укладывается асбестовая нить, она ограничит доступ кислорода и тем самым не допустит замыкания в печи.
5. В таком виде катушка помещается в лампу высокой мощности, в ней имеется патрон нужного диаметра, который чаще всего изготовлен из керамики.

Такая конструкция отличается высокой производительностью, она долго остывает и быстро нагревается. Но необходимо учесть, что если спираль будет плохо изолирована, то она быстро перегорит.

Канальные печи индукционной плавки

Такой тип нашел широкое применение в плавильном деле цветных металлов. Эффективно используется для меди и медных сплавов на основе латуни, мельхиора, бронзы. Активно плавят в канальных агрегатах алюминий, цинк и сплавы в составе этих металлов. Широкое использование печей этого типа ограничено из-за невозможности выполнить футеровку, стойкую к разрушениям, на внутренних стенках камеры.

Расплавленный металл в канальных печах индукционного типа совершает тепловое и электродинамическое движение

, что обеспечивает постоянную однородность смешивания компонентов сплава в печной ванне. Использование канальных печей индукционного принципа оправдано в случаях, если к расплавленному металлу и изготовленным слиткам предъявляются особые требования. Сплавы получаются качественными в плане коэффициента насыщения газами, присутствия в металле органических и синтетических примесей.

Индукционные канальные печи работают по типу миксера и предназначаются для выравнивания состава, поддержки постоянной температуры процесса, и выбора скорости разлива в кристаллизаторы или формы. Для каждого сплава и состава литья существуют параметры специальной шихты.

Достоинства

• подогревание сплава происходит в нижней части, к которой нет воздушного доступа, что уменьшает испарение с верхней поверхности, нагретой до минимальной температуры;
• канальные печи относят к экономичным индукционным печам, так как происходящее расплавление обеспечивается маленьким расходом электрической энергии;
• печь имеет высокий коэффициент полезного действия благодаря применению в работе замкнутого контура магнитного провода;
• постоянная циркуляция в печи расплавленного металла вызывает ускорение плавильного процесса и способствует однородности перемешивания компонентов сплава.

Недостатки

• стойкость каменной внутренней футеровки снижается при использовании высоких температур;
• футеровка разрушается при плавлении химически агрессивных сплавов из бронзы, олова и свинца.
• при плавлении загрязненной низкосортной шихты происходит засорение каналов;
• поверхностный шлак на ванне не нагревается до высокой температуры, что не позволяет проводить операции в промежутке между металлом и укрытием и расплавлять стружку и скрап;
• канальные агрегаты плохо переносят перерывы в работе, что заставляет постоянно хранить в жерле печи значительное количество жидкого сплава.

Полное удаление расплавленного металла из печи ведет к ее быстрому растрескиванию. По этой же причине невозможно выполнить быструю перестройку с одного сплава на другой

, приходится делать несколько промежуточных плавок, получивших название балластных.

Использование для обогрева

Для обогрева жилища печи такого типа, как правило, используются вместе с водогрейным котлом.

Одним из вариантов самодельного водогрейного котла индукционного типа является конструкция, нагревающая трубу с протечной водой с помощью индуктора, получающего питание от сети с помощью ВЧ сварочного инвертора.

Однако, как показывает анализ таких систем, из-за больших потерь энергии электромагнитного поля в диэлектрической трубе кпд подобных систем крайне низок. Кроме того, для обогрева жилища требуется очень большое количество электроэнергии, что делает такой обогрев экономически невыгодным.

Из данного раздела можно сделать выводы:

1. Наиболее приемлемым вариантом изготовленной своими руками индукционной печи является тигельный вариант с генератором питания на МОП-транзисторах.
2. Использование изготовленной своими руками индукционной печи для обогрева дома невыгодно экономически. В этом случае лучше приобрести заводскую систему.

Особенности индукционных приборов

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.

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.

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.

Свернуть

Индукционная печь — это печной аппарат, который применяется для плавления цветных (бронзы, алюминия, меди, золота и других) и черных (чугуна, стали и других) металлов за счет работы индуктора. В поле ее индуктора производится ток, он нагревает металл и доводит его до расплавленного состояния.

Вначале на него будет действовать электромагнитное поле, потом электрический ток, а затем уже он пройдет тепловую стадию. Простую конструкцию такого печного устройства можно собрать самостоятельно из различных подручных средств.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

Режимы работы тигельной индукционной печи

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Индукционная печь своими руками

Благодаря пошаговому руководству можно самостоятельно создать достаточно хорошие и продуктивные агрегаты разных размеров. Для работы с мелкими и крупными деталями потребуется предварительно продумать все нюансы, касающиеся будущего корпуса установки и важных составляющих.

Простая схема индукции

Подготовительные моменты также требуют особого внимания, прежде чем приступать к сборке, стоит закупить все составляющие в специализированных магазинах. Если точно придерживаться алгоритма действий, то печь для плавки металла, получится сконструировать своими руками за короткий промежуток времени.

Конструкция из транзисторов

Из инструмента понадобится паяльник и плоскогубцы, место для работы также нужно подготовить заранее, удобство и скорость создания агрегата напрямую зависит от этого фактора. Питание аппарата предполагает подключение к сети в 220 В, не будет лишним использовать выпрямители. Закупить нужно такие составляющие как:

1. Диоды, в количестве 2 шт.(UF4007).
2. Конденсаторы.
3. Два полевых транзистора.
4. Резистор(470 Ом).
5. Дроссельные кольца(2 штуки).
6. Провод с сечением в 2 мм.

Без специальной схемы не обойтись, на ней наглядно можно увидеть все интересующие нюансы, бумаги лучше держать перед собой и в случае необходимости сразу заглянуть туда.

Транзисторы необходимо расположить на радиаторы, параметры которого должны соответствовать возможным повышениям температур, ведь в момент работы агрегата схема будет греться. После чего переходят к изготовлению дросселя, для этого на кольца наматывают медную проволоку, не стоит делать больше 15 витков.

Конденсаторы следует объединить, чтобы получилась батарея, благодаря параллельному соединению элементов можно достичь показателей в 4,7 мкФ.

Индикатор также обматывается проволокой диаметром 2 мм, 8 витков будет достаточно, концы необходимо оставить длинные, благодаря этому дальнейшее подключение не вызовет проблем.

С графитовыми щетками

Подобная конструкция отлично подойдет для выплавки сплавов из любого металла, прежде чем приступать к работе потребуется приобрести следующий список составляющих:

1. Щетки.
2. Гранит порошкового типа.
3. Трансформатор.
4. Шамотрые кирпичи.
5. Проволоку из стали.
6. Алюминий тонкого образца.

За основу стоит взять бокс, он конструируется из кирпича, который следует положить на плитку огнеупорного типа. Поверх кладут асбестокартонный лист, чтобы придать элементу нужную форму, стоит только смочить поверхность водой. Размеры конструкции напрямую зависят от мощности, которую будет выдавать трансформатор. Если деталь берется из сварочного аппарата старого образца, то ее следует предварительно перемотать.

Чтобы не допустить перегрева, потребуется обмотать корпус тонким алюминием, который возьмет лишнюю температуру на себя. Глиняная подложка достаточно практична, ее укладывают, чтобы расплавленный металл не растекался по поверхности. На последнем этапе устанавливают графитовые щетки, этот элемент при необходимости можно заменить новым.

Печь на лампах

Я всегда советую перед началом конструирования любого устройства сделать подробную разработку будущей модели, составить схему и спроектировать работу. Без минимального опыта в физике и электричестве лучше не браться за изготовление, а изначально найти хорошую и полезную информацию как сделать индукционную печь.

Медную проволоку необходимо согнуть так, чтобы получилась спираль, витки не стоит делать слишком близко, 5 мм считается минимальным показателем. Диаметр готового элемента варьируется от 8 до 16 см. Индуктор следует подбирать так, чтобы тигель достаточно легко помещался.

Схема печи на лампах

Созданную схему обрамляют корпусом из графита или текстолита, материал в обязательном порядке не должен проводить ток. Для удобства большинство экземпляров оснащают лампой-индикатором, а благодаря подстроечному конденсатору получится регулировать мощность.

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.

Меры безопасности при плавке металла

Индукционная установка генерирует очень высокую температуру, достаточную для расплавления металла массой до 10-20 грамм. Поэтому при работе  с тиглем нужно использовать фартук из плотного материала и такие же рукавицы. Они уберегут вас от ожогов при случайном пролитии металла из емкости.

Собранную конструкцию печи лучше упрятать в изолированный корпус, оставив за его стенами только индуктор. Это убережет и пользователя, и хрупкие радиодетали. А для вентиляции в корпусе необходимо нарезать или насверлить несколько отверстий, обеспечив приток и отток воздуха.

Остаточное магнитное поле может нагреть металлические детали на одежде пользователя, которые обожгут кожу. Поэтому к тиглю лучше подходить в простой одежде, без молний или металлических пуговиц. Кроме того, все электроприборы лучше удалить от индуктора, как минимум, на метровое расстояние.

Печь для алюминия своими руками — легко!

Желание иметь дома небольшую плавильную печь легко осуществимо, не требует больших вложений, знаний и времени для постройки. Можно самостоятельно соорудить агрегат ёмкостью до 10 кг расплавленного металла и изготавливать сувениры, фурнитуру или заготовки для мелких алюминиевых деталей. Температура, достигаемая в домашней печи, позволяет плавить большинство алюминиевых сплавов за короткое время (несколько десятков минут в зависимости от объёма лома).

Конечно, качество получившегося металла отличается от промышленного. Алюминий, расплавленный в домашних условиях, содержит повышенное количество окисных плёнок, загрязнений, менее стабилен по химическому составу. Но всё же он будет пригоден для использования в быту.

Выводы и полезное видео по теме

Как самому собрать котел индукционного типа:

Как работает самодельный индукционный нагреватель:

Что такое индукционный нагрев:

Индукционный котел – наиболее экономичный и эффективный из всех отопительных приборов, работающих от электричества. Существует множество модификаций самодельных индукционных устройств, можно выбирать любое, наиболее подходящее к условиям эксплуатации.

Чтобы купить такое устройство в магазине придется потратить значительную сумму, поэтому домашние умельцы научились изготавливать их самостоятельно.

Вы используете в качестве отопительного прибора самодельный индукционный котел? Поделитесь фотографией свой самоделки и рекомендациями по сборке в блоке комментариев.