Индукционные печи своими руками

Понятие индукционной печи близко людям, занятым в металлургии, так как именно для плавки металла используются промышленные индукционные печи. Впрочем, ничто не мешает вам сделать индукционные печи и своими руками из того, что под рукой. Главное – понять принцип их действия и разобраться в простейших конструкциях. А это не так сложно, как может показаться.

Индукционная печь: принцип работы

В  качестве основы любой такой печи лежит принцип индукционного нагрева. Проще говоря, тепло мы получаем от электрического тока, который вырабатывает электромагнитное поле. Индукционные токи – тема по физике в старших классах школы. Но не стоит объединять индукционные печи и электрически котлы в одно целое – это отнюдь не одно и то же, хотя, казалось бы, и там и там замешан электрический ток. (См. также: Топливо для биокаминов своими руками)

Давайте рассмотри подробнее принцип действия индуктора. Индуктор – это  просто несколько витков проводов, в которые необходимо поместить электропроводящую заготовку из графита. Используя мощности генератора, в индуктор запускаются токи различной частоты, из-за чего вокруг индуктора создается мощное электромагнитное поле. И уже это поле воздействует на заготовку, создавая в ней вихревые токи, которые и разогревают заготовку, отчего та начинает отдавать тепло. Принцип действия достаточно прост для любого, кто хоть как-то знаком с физикой.

Производимое тепло можно использовать:

• для плавки металлов (в промышленных масштабах);
• для закалки металлов (поверхностной);
• для термообработки уже готовых  деталей;
• для обогрева жилища и приготовление еды – бытовые функции.

Как мы можем видеть, такие печи достаточно популярны и широко используются сегодня.

Виды индукционных печей и их краткая характеристика

В зависимости от целей и поставленных задач используются разные индукционные печи. Итак, виды индукционных печей: 

1. Индукционные тигельные печи – применяются для плавления металлов, главное отличие этой печи от остальных – отсутствие сердечника.

(См. также: Установка котла отопления: методичность действий и важные рекомендации)

2. Индукционные канальные печи – трансформатор, имеющий стальной магнитопровод и одновитковую вторичную обмотку, которая одновременно выполняет и роль нагрузки. 
3. Индукционные вакуумные печи – плавка происходит в вакууме, благодаря чему из металла удаляются все вредные примеси.
4. Бытовая индукционная печь – приспособлена для бытовых нужд. Небольшое дополнение: во время готовки  на такой печи лучше использовать посуду из материала, способного поглощать электромагнитное поле.

(См. также: Карта сайта)

Описаны далеко не все виды индукционных печей, а только наиболее известные и распространенные, которые человек часто применяет для своих нужд.

Подробнее об индукционной тигельной печи

Данный вид самый распространенный, поэтому на нем следует остановиться подробнее. В такой печи все основывается на принципе индукционного нагрева, о котором мы уже вскользь упоминали. ИТП или индукционно тигельная печь интересна тем, что в ее конструкции отсутствует сердечник. То есть печь представляет собой тигель правильной цилиндрической формы, который выполнен из огнеупорного материала (обязательное условие). Этот тигель помещен в полость индуктора и, естественно, подключен к какому-либо источнику переменного тока.

Достоинства тигельных печей:

1. Процесс выделения энергии происходит при загрузке, то есть нет  необходимости в промежуточных нагревательных элементах;

(См. также: Дымоходы для котлов своими руками)

2. Многокомпонентные сплавы металла, получающиеся в результате, однородные по своему химическому составу;
3. Независимо от показателя давления (оно регулируется) в такой печи можно воссоздать абсолютно любую атмосферу – окислительную, нейтральную или восстановительную;
4. На средних частотах значения удельной мощности также находятся на высоком уровне, а это говорит о высокой производительности таких печей;

(См. также: Альтернативное отопление)

5. Такие печи – идеальный вариант для работы с перерывами между плавками. Более того, на таких печах можно быстро перейти от одной марки сплава к другой, не затрачивая при этом большого количества ресурсов;
6. Простота в эксплуатации и возможность полноценной настройки всех условий. Боле того, такие печи легко автоматизировать;
7. Полное отсутствие местных перегревов, выравнивание температуры согласно объему ванны, а также быстрое плавление отходов – все это является гарантом получение качественных многокомпонентных сплавов, которые однородны по своему химическому составу;
8. Экологичность – воздух окружающий среды практически не страдает от производства, происходящего в такой печи, да и сам процесс плавки отличается высоким показателем гигиеничности.

Недостатки таких печей:

1. Сравнительно низкая температура шлаков, которые используются для технологической обработки зеркала расплава;
2. Сравнительно низкая стойкость у футеровки в таких печах, особенно это заметно при условии резких перепадов температур.

Да, у таких печей есть свои недостатки, но на фоне достоинств они выглядят довольно блекло. Именно поэтому данный тип печей нашел самое большое распространение в нашей жизни и в производстве.

Футеровка индукционных печей

Футеровка индукционных печей – что это такое и для чего она проводится? Все очень просто: футеровка необходима для защиты кожуха печи от пагубного воздействия высоких температур. Более того, она позволяет существенно сократить тепловые потери, а значит, повысить эффективность всего процесса.

В качестве материала футеровки обычно используют кварцит (модификация кремнезема). Для того чтобы футеровка успешно выполнила все свои функции, необходимо обеспечить три зоны различного состояния материала: буферную, монолитную и промежуточную. Лишь такое трехслойное покрытие сможет в полной мере осуществить защитную функцию.

Что пагубно влияет на футеровку:

• неправильная укладка;
• низкое качество защитных материалов;
• тяжелые условия эксплуатации

Изготавливаем индукционную мини-печь

Давайте узнаем, как сделать индукционную печь своими руками, на примере простого прибора для нагревания, основанного на принципах работы токов Фуко.

Описываемая печка имеет слабый генератор, так как в нем используются низковольтные транзисторы КТ805ИМ. Конечно, это скорее вариант для нагрева железа, нежели бытовой. Но после изучения этого простого примера другие самодельные индукционные печи перестанут быть для вас сложной задачей.

Итак, нам понадобятся следующие материалы для изготовления индукционной печи:

• много проволоки для индуктора;
• ферритовые кольца разных диаметров;
• светодиод;
• микросхема К174ХА11.

Собираем задающий генератор для индукционного нагревателя. Для этого нам необходимо будет использовать микросхему К174ХА11, предварительно настроив ее на предел частоты от 40 до 80 кГц. А также надо будет задать скважность в 50 % – данные параметры оптимальны.

Трансформатор типа ТР1 должен быть намотан на маленьком ферритовом колечке с диаметром  в 2 см. Вся обмотка выполняется проводом с диаметром 0,4 см и должна составлять 30 витков.

Трансформатор ТР2 намотан уже на ферритовом кольце с диаметром в 50 мм. Первичная обмотка должна содержать ровно 22 витка провода с диаметром в 1 мм, а вторичная – всего 2-3 витка такого же провода, но уже сложенного в четыре раза. Индуктор необходимо изготовить из 3 мм проволоки с диаметром в 11 мм. Число витков должно быть равно шести.

Чтобы настроить резонанс, лучше всего установить обычный светодиод (его необходимо устанавливать последовательно), включенный через 1к резистор. При условии что после подключения генератор не заработал, меняем местами выводы одной из тех обмоток, что выходят на транзисторные базы.

Запомните, что при первом пуске надо сдерживаться, нельзя подавать максимальное напряжение сразу, лучше действовать методом проб, поднимая напряжение постепенно, по 10–12 В, при этом следя за транзисторами. Помните, если все сделано правильно, они не должны сильно нагреваться – максимум станут чуть теплыми.

Мы рассмотрели элементарную схему для индукционной печи. Если вы собрались сделать что-то подобное, не лишним будет почитать немного теории про электрический ток, электромагнитные поля и индукцию. Там нет ничего сложного – разобраться при желании сможет каждый.