Indukční ohřev (3)

Indukční ohřev (3)

prof. Václav Černý

Obr. 4. 1 – kroužek spojený nakrátko, 2 – vodou chlazený prstenec, 3 – tavenina, 4 – ocelová kostra, 5 – betonový prstenec, 6 – kopulovitá hladina taveniny, 7 – pohyb taveniny, 8 – kelímek, 9 – induktor, 10 – svazek plechů

3. Indukční pece
Na obr. 4 je zjednodušeně naznačena kelímková indukční pec, která se používá zejména pro tavení oceli. Na vnější straně keramického kelímku je vodou chlazený induktor, napájený ze zdroje střídavého proudu o frekvenci 50 až 1 000 Hz. V důsledku indukovaných vířivých proudů a elektromagnetických sil dochází uvnitř kelímku k intenzivnímu proudění materiálu, což se projevuje i kopulovitým vzedmutím horní hladiny. Pohyb taveniny zaručuje rovnoměrné promísení základní oceli s legovacími přísadami.

U indukčních kelímkových pecí napájených přímo ze sítě o frekvenci 50 Hz je maximální měrný výkon omezen přibližně na 300 kW na tunu taveniny. Při vyšších hodnotách výkonu by bylo víření materiálu příliš intenzivní a výška kopulovité horní hladiny příliš velká.

Obr. 5. 1 – izolace, 2 – jádro transformátoru, 3 – kanálek, 4 – primární cívka, 5 – ohnivzdorná vyzdívka, 6 – tavicí prostor

U kelímkových pecí napájených vyšší frekvencí (do 1 000 Hz) je intenzita proudění taveniny a výška kopulovité horní hladiny menší. Měrný výkon se může volit až 1 000 kW na tunu taveniny. Vyšší měrný výkon zkracuje dobu tavby, což může být ekonomicky výhodnější.

Na obr. 5 je kanálková pec, určená pro tavení neželezných kovů. Tavenina je v kotlíku s ohnivzdornou vyzdívkou. Pod kotlíkem je uložena primární indukční cívka, navinutá na feromagnetickém jádru. Induktor z ohnivzdorného materiálu je tvořen jedním nebo několika kanálky, které jsou vyústěny do taveniny. Roztavený kov uvnitř kanálků tvoří sekundární závit nakrátko a působením elektromagnetických sil proudí z kanálků do taveniny, takže vsázka je intenzivně promísena.

Velké kanálkové pece se používají zejména v průmyslu na zpracování hliníku. Jejich předností je dobrá celková účinnost (zhruba 85 %) a malé ztráty propalem (pod 1 %).

Obr. 6. 1 – magnetické pole, 2 – kopulovitá hladina taveniny, 3 – mezera, 4 – vodou chlazený segment kelímku, 5 – induktor, 6 – vodou chlazené dno, 7 – „skull“

Na obr. 6 je princip indukční kelímkové pece s chladnými stěnami, které jsou vhodné pro tavení neželezných materiálů s vysokým bodem tání. Induktor je vytvořen z dutých měděných, vodou chlazených segmentů kelímku, které jsou navzájem odděleny tenkou drážkou. Induktor je napájen z vysokofrekvenčního zdroje. Dno kelímku je rovněž chlazeno vodou.

V důsledku velkého teplotního rozdílu mezi taveninou a stěnami kelímku se na povrchu taveniny vytvoří ztuhlý potah, tzv. skull, takže tavenina zůstává oddělena od postranních stěn.

Tento typ pecí se používá např. při výrobě oxido-keramických materiálů na bázi titanu a hliníku a pro výrobu monokrystalických křemíkových výkonových polovodičů procesem označovaným zkratkou FZP (Floating-Zone-Process – proces tavby letmou zónou). Při tomto postupu se původní polykrystal v určité definované zóně roztaví a působením elektromagnetických sil se dotuje vhodnou látkou.

Obr. 7. 1 – vrstva materiálu na výstupu, 2 – vodou chlazený induktor, 3 – „skull“, 4 – tavenina, 5 – vodou chlazené dno, 6 – magnetické pole

Na obr. 7 je zjednodušený nákres indukční vysokofrekvenční pece pro tavení slabě elektricky vodivých materiálů. Tyto pece jsou založeny na technologii SMT (Skull-Melting-Technology – tavicí technologie skull). Na stěnách i na dně vodou chlazeného induktoru se opět vytvoří skull, který cívku i dno chrání od vysoké teploty taveniny. Tavicí teplota těchto materiálů je obvykle vyšší než 3 000 °C. Tyto pece se používají např. pro výrobu různých oxido-keramických a skleněných materiálů a pro výrobu laserových krystalů, jejich elektrická účinnost dosahuje více než 90 %.

4. Indukční pájení
Pájení je spojování kovových částí pájkou při teplotě nižší, než je teplota tavení spojovaných kovů.

Při pájení natvrdo se používají pájky, jejichž teplota tavení se málo liší od teploty tavení spojovaných kovů. Základním materiálem tvrdých pájek jsou měď, stříbro a jejich slitiny.

(pokračování)