Forno ad induzione a crogiolo: principio di funzionamento, diagramma e revisioni

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

A causa dell'avvento di componenti elettronici e isolanti a prezzi accessibili nella produzione moderna, il campo di applicazione del riscaldamento a induzione sta diventando sempre più ampio. Questa tecnologia è utilizzata non solo nella metallurgia, ma anche nello sviluppo di elettrodomestici.

Principio del riscaldamento a induzione

Il funzionamento del forno a induzione si basa sul principio del trasformatore di scambio di energia. L'induttore è costituito da un tubo di rame, che viene poi attorcigliato in una bobina multigiro. Una corrente alternata viene fornita al circuito primario dell'induttore, che porta alla formazione di un campo magnetico alternato attorno ad esso. Sotto l'influenza di un campo magnetico nel corpo posto all'interno dell'induttore, si forma un campo elettrico, che successivamente porta al processo di riscaldamento. La potenza e, di conseguenza, il calore generato dal forno fusorio a crogiolo ad induzione dipendono direttamente dalla frequenza del campo magnetico alternato. Pertanto, per un funzionamento efficiente, il forno necessita di correnti ad alta frequenza.

Applicazione di forni a induzione

Induzioneil riscaldamento può essere utilizzato per lavorare con qualsiasi materiale: metallo, scorie, gas, ecc. Il principale vantaggio del suo utilizzo è il trasferimento di calore senza contatto. Inoltre, il riscaldamento a induzione consente di ottenere quasi tutte le velocità di riscaldamento: tutto dipende dalla potenza del generatore che alimenta il forno. Le perdite di calore durante tale riscaldamento sono minime. La temperatura massima alla quale un oggetto può essere riscaldato in un forno è limitata solo dalla resistenza del materiale refrattario. Il processo di trasferimento del calore senza contatto al materiale riscaldato consente di produrre riscaldamento in un ambiente sottovuoto.

Secondo le recensioni dei metallurgisti, la portata dei forni a induzione è alquanto limitata a causa delle carenze esistenti. Gli svantaggi del forno a crogiolo includono:

• prezzo elevato delle apparecchiature elettriche;
• scorie fredde che complicano il processo di raffinazione;
• Stabilità del rivestimento ridotta durante i picchi di temperatura tra le fusioni.

Schema del forno a induzione a crogiolo

Il forno a crogiolo a induzione ha la seguente struttura.

L'elemento principale della fornace è il crogiolo (7), coperto da un coperchio (1). Il crogiolo si trova all'interno dell'induttore di riscaldamento (3), realizzato sotto forma di una bobina multigiro. La serpentina è un tubo di rame, all'interno del quale, ai fini del raffreddamento, circola costantemente acqua. Il flusso magnetico proveniente dall'induttore passa attraverso i circuiti magnetici (4), che sono realizzati in acciaio speciale per trasformatori. Il gruppo girevole (2) è previsto per inclinare il forno durante l'imbottigliamentoliquido fuso. Il forno è installato su una struttura mello (5). Il raffreddamento avviene con tubi flessibili di raffreddamento ad acqua (6). Una piattaforma ausiliaria (8) è utilizzata per la manutenzione del forno.

Inoltre, lo schema del forno a crogiolo include un trasformatore, condensatori, un'unità di controllo e un sistema di pompaggio del gas. Il forno elettrico a crogiolo è alimentato da correnti con una frequenza di 50 Hz.

Caratteristiche degli elementi strutturali interni

Molto spesso l'induttore è costituito da un tubo tondo. Ma ci sono situazioni in cui un tubo di rame rotondo non è applicabile. In alcuni casi, gli elementi profilati vengono utilizzati per progettare un forno a crogiolo a induzione, grazie al quale il flusso magnetico di dispersione viene ridotto. I tubi induttori sono isolati l'uno dall' altro con fibra di vetro impregnata con una vernice speciale. Le spire protette sono compresse da blocchi di materiale dielettrico. L'induttore e il crogiolo, posti all'interno della batteria, sono installati su un pallet in mattoni refrattari o cemento resistente al calore. In condizioni industriali, il processo di fabbricazione del crogiolo avviene direttamente nel forno. In questo caso, l'induttore allo stato assemblato è installato su un pallet e isolato con amianto. Successivamente, il pallet viene riempito con polvere refrattaria, che viene compattata mediante un'unità pneumatica. Lo spazio tra la dima montata sul fondo e l'induttore è riempito con polveri refrattarie.

Il rivestimento della zona sopra l'induttore è costituito da mattoni refrattari. Anche il colletto e lo scivolo di scarico sono rivestitimattone refrattario. Il lavoro del forno a crogiolo a induzione si svolge nelle condizioni più difficili, pertanto sono imposti requisiti più elevati sulla qualità dei materiali resistenti al calore utilizzati. La durabilità del rivestimento è influenzata dalla composizione della massa refrattaria, dal modo di funzionamento e dalla frequenza applicata della corrente elettrica. Di norma, il crogiolo resiste fino a 100 fusioni e poi si guasta.

Progettazione degli elementi esterni

Il telaio del forno a crogiolo fusorio è la base a cui sono fissati tutti i suoi elementi. Sui grandi dispositivi industriali, il telaio ha la forma di un involucro solido. Tutte le parti del telaio devono avere un'elevata resistenza, a causa dell'influenza del campo elettromagnetico dell'induttore su di esse. Il guscio in determinate condizioni può essere riscaldato allo stesso modo del materiale nel forno. Per ridurre il riscaldamento, è razionale realizzare il telaio con materiali non conduttivi. Tuttavia, poiché i materiali dielettrici sono costosi, il materiale del telaio è generalmente in acciaio. La struttura in acciaio è suddivisa in più elementi, che, a loro volta, sono isolati l'uno dall' altro. Gli schermi vengono utilizzati per ridurre il campo elettromagnetico vicino al telaio. Uno schermo protettivo è installato tra l'induttore e il corpo del forno. Lo schermo è cilindrico e realizzato in alluminio o rame.

La girella è un importante elemento di design. Il requisito principale per il meccanismo di rotazione è fornire un'inclinazione per il completo drenaggio del metallo. I meccanismi di rotazione possono essere utilizzati in modo diverso. I piccoli forni usano manuale o elettricoverricello. I forni industriali vengono inclinati mediante una gru a trave. I forni di grande capacità possono essere dotati di un azionamento idraulico dell'inclinazione.

Il coperchio, che copre il forno fusorio a crogiolo, serve a mantenere la temperatura all'interno dell'unità ad un livello più alto. Tuttavia, considerando che è possibile coprire il forno solo dopo il completo scioglimento della carica, l'uso di una copertura non è obbligatorio.

Preparazione del forno fai-da-te

I forni a induzione sono ampiamente utilizzati non solo nell'industria, ma anche nella vita di tutti i giorni. Puoi trovare schemi per un gran numero di dispositivi fatti in casa, ma alcuni di essi, nel migliore dei casi, semplicemente non funzioneranno e, nel peggiore dei casi, danneggeranno la salute del loro creatore. Molti fan avvertono di tali conseguenze. Nella vita di tutti i giorni, il metodo del riscaldamento a induzione viene utilizzato in tali dispositivi:

• forno fusorio a canale;
• Il forno a induzione a crogiolo è il più semplice da progettare, e quindi il più popolare tra gli appassionati, a giudicare dalle recensioni;
• caldaia per il riscaldamento dell'acqua basata sul metodo a induzione;
• piani cottura a induzione che competono con le popolari cucine a gas.

Forno canalizzato

Questo tipo di forno viene utilizzato per la produzione di ghisa di alta qualità, nonché per la fusione di duralluminio e leghe speciali non ferrose. Un forno a canale con una potenza fino a 3 kW è realizzato indipendentemente da un trasformatore di saldatura, la cui frequenza corrisponde a quella industriale. Questo forno si scioglieun pezzo grezzo di bronzo o rame che pesa fino a mezzo chilogrammo. Il forno a canale permette anche la rifusione del duralluminio, ma bisogna tenere conto che alla fusione deve seguire il processo di “invecchiamento”. Il tempo di questo processo può durare fino a 2 settimane e dipende dalla composizione della lega.

Per la fabbricazione del forno, l'avvolgimento primario del trasformatore di saldatura viene lasciato invariato e al posto dell'avvolgimento secondario viene posizionato un crogiolo ad anello. Il miglior materiale per il crogiolo di un piccolo forno a canale è l'elettroporcellana. Altre opzioni non funzioneranno a causa della bassa resistenza e delle perdite dielettriche. Secondo i metallurgisti dilettanti, il problema è che non è possibile elaborare l'elettroporcellana da soli ed è molto improbabile trovare un elemento adatto per la vendita. È proprio a causa dello scarso crogiolo che il forno a canale non ha trovato ampia applicazione tra gli appassionati, sebbene questo tipo di forno abbia un'efficienza superiore al 90%.

Forno a induzione a crogiolo

Il forno a crogiolo autocostruito viene utilizzato principalmente nella purificazione di metalli preziosi. Ad esempio, avendo un connettore radio prodotto in Unione Sovietica, puoi estrarre una certa quantità di oro dai suoi contatti. Utilizzando il riscaldamento esterno, questo risultato non può essere raggiunto.

Oltre all'estrazione dell'oro, una tale fornace viene spesso utilizzata per riscaldare uniformemente il metallo, necessario per una tempra di alta qualità. Modificando la posizione della parte nell'induttore e regolandone la potenza, è possibile raggiungere la temperatura desiderata in una specifica area del metallo. È importante che l'uso di una tale fornace sia abbastanza economico, perchéquasi tutta l'energia è diretta al processo di riscaldamento della parte.

Caldaie a induzione

Le caldaie per il riscaldamento dell'acqua a induzione hanno tutte le possibilità di sostituire le caldaie convenzionali in futuro. Gli utenti considerano il prezzo elevato uno svantaggio di un tale scaldabagno, ma allo stesso tempo, sistemando numerose recensioni, si possono distinguere diversi vantaggi:

• Affidabilità. La caldaia non ha una bobina elettrica, che è l'anello debole di una caldaia convenzionale.
• Efficienza quasi al 100%.
• Sicurezza. L'accesso elettrico al corpo caldaia è impossibile a causa delle caratteristiche costruttive.
• Il dispositivo non necessita di una messa a terra speciale.
• Resistente alle sovratensioni.
• Non scala.
• Durata. La caldaia è in grado di funzionare senza manutenzione per circa 30 anni.

Caldaia per acqua calda fatta in casa

La base di un tale scaldabagno è un trasformatore di potenza con una potenza fino a 1,5 kW, il cui avvolgimento primario è progettato per una tensione di 220 V. Un trasformatore di una TV a colori a tubo è perfetto. L'avvolgimento secondario dovrebbe essere rimosso e il numero di giri del primario dovrebbe essere aumentato.

Gli artigiani consigliano e avvertono: l'uso di un tale dispositivo fatto in casa non è sicuro, quindi il trasformatore dovrebbe essere collegato a terra e il dispositivo stesso dovrebbe essere collegato tramite un RCD ad alta velocità.

Induttore in cucina

I piani cottura a induzione non sono piùcausano sorpresa e sono ampiamente utilizzati nella vita di tutti i giorni. Il funzionamento del dispositivo si basa sugli stessi principi di un forno a induzione, con l'unica differenza che l'avvolgimento secondario è il fondo metallico della pentola.

L'uso di tali piastre è diventato possibile grazie alla comparsa nella produzione di un dielettrico, che, oltre ad assolvere al compito di isolare l'induttore, deve avere anche caratteristiche igieniche e di resistenza. Un materiale che soddisfa tutti i requisiti è apparso relativamente di recente e il suo costo è una parte significativa del prezzo totale della lastra.

Gli utenti affermano all'unanimità: l'autoproduzione di un piano cottura a induzione non ha senso per due motivi. In primo luogo, cucinare su un piano di cottura del genere richiede una messa a punto per ogni tipo di cibo. Per la necessaria regolazione di tutti i parametri elettrici durante il processo di cottura è necessario un microcontrollore. Il secondo motivo è il prezzo delle parti elettroniche che compongono la stufa. In totale, tutti gli elementi costeranno molto di più del costo di un dispositivo già finito.

Il fornello a induzione ha le seguenti qualità positive:

• mancanza, a differenza dei forni a microonde, radiazioni di terze parti;
• la possibilità di programmare la stufa in base al tuo stile di cottura;
• cucinare piatti come il caramello senza surriscaldarsi o bruciarsi;
• economia grazie all'uso efficiente dell'energia termica.