Если вы хотите плавить металл и придавать ему различную форму, вам понадобится печь, способная разогреться до достаточно высокой температуры, чтобы расплавить металл. Можно купить готовую печь или сделать ее самостоятельно из герметичного ведра для мусора. Для начала обрежьте ведро, чтобы оно имело подходящие размеры, и застелите внутреннюю поверхность термостойким изоляционным материалом. Затем покройте крышку теплоизоляцией и плотно приладьте ее, чтобы она удерживала тепло и избыточное давление. Наконец, установите нагревательный элемент, и вы сможете плавить металл!

Шаги

Часть 1

Корпус печи

Обрежьте с помощью угловой шлифовальной машины стальное мусорное ведро так, чтобы его высота составляла 45 сантиметров. Найдите стальное ведро для мусора высотой хотя бы 45 сантиметров и диаметром не меньше 40 сантиметров. Если ведро выше 45 сантиметров, поставьте на угловую шлифовальную машину круг для резки металла и включите ее. Осторожно обрежьте верхнюю кромку ведра до нужной высоты.

• При работе с угловой шлифовальной машиной наденьте защитные очки, чтобы прикрыть глаза от металлической стружки.
• Будьте осторожны и не порежьтесь об острые обрезанные края мусорного ведра.
• Если у вас нет угловой шлифовальной машины или вы хотите сделать меньшую печь, можно использовать стальное ведро объемом 10 литров и высотой около 30 сантиметров.

1. Просверлите в боковой стенке мусорного ведра отверстие на расстоянии 10 сантиметров от дна. Прикрепите к дрели кольцевую пилу диаметром 2,5 сантиметра и плотно зажмите ее. Отметьте место отверстия сбоку ведра примерно на 10 сантиметров выше дна. Просверлите боковую стенку ведра насквозь.

   • Через боковое отверстие в печь будет поступать воздух или другой газ.
   • Не делайте отверстие возле самого дна, иначе оно может забиться, если в печи разольется жидкость.

2. Выстелите внутреннюю поверхность ведра слоем ваты из керамического волокна толщиной 5 сантиметров. Вата из керамического волокна обладает теплоизоляционными и огнеупорными свойствами и хорошо подходит для самодельных печей. С помощью универсального ножа вырежьте круглый кусок ваты из керамического волокна такого же диаметра, что и дно мусорного ведра. Протолкните этот кусок в ведро и плотно прижмите его ко дну. После этого плотно оберните ватой внутреннюю сторону боковых стенок мусорного ведра.

   • Вату из керамического волокна можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.
   • При контакте с кожей вата из керамического волокна может вызвать раздражение. Чтобы избежать этого, наденьте одежду с длинными рукавами и рабочие перчатки.

   Предупреждение: при разрезании ваты из керамического волокна выделяется пыль, которая может нанести вред, если попадет в легкие, поэтому обязательно наденьте респиратор.

   Вырежьте вату в том месте, где она закрывает отверстие в мусорном ведре. Найдите отверстие, которое вы проделали в стенке мусорного ведра, и вырежьте в этом месте вату универсальным ножом. Для этого пройдитесь ножом вдоль края отверстия. После того как вы вырежете вату по всей окружности, вытяните ее из отверстия.

   Распылите на вату отвердитель и подождите 24 часа. Отвердитель представляет собой химическое соединение, которое активирует частицы керамической ваты, в результате чего она становится тверже и сохраняет свою форму. Залейте отвердитель в бутылку с распылителем и нанесите его на всю поверхность ваты. Подождите хотя бы 24 часа, пока отвердитель застынет на воздухе и укрепит слой ваты.

   • Отвердитель можно заказать в интернете.
   • Пометьте бутылку, которую вы использовали для отвердителя, чтобы не спутать ее с другими бутылками.
   • Некоторые виды керамической ваты уже обработаны отвердителем и начинают затвердевать на воздухе. Проверьте, нет ли на упаковке ваты каких-либо указаний насчет этого.

3. Нанесите на поверхность ваты печной цемент и дайте ему полностью затвердеть. Перемешайте печной цемент палочкой, чтобы получить однородную смесь. После этого нанесите цемент на поверхность ваты с помощью кисти для краски с 5-сантиметровой щетиной. Необходимо покрыть всю поверхность, чтобы из печи не выходило тепло. Подождите хотя бы 24 часа, чтобы цемент застыл, прежде чем использовать печь.

   • Уже разведенный печной цемент можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.
   • Можно обойтись и без печного цемента, однако он поможет продлить срок службы печи и получить гладкую чистую поверхность.

   Часть 2

   Теплоизоляция крышки

   1. Просверлите вентиляционное отверстие диаметром 5 сантиметров в крышке мусорного ведра. Возьмите крышку к тому ведру, которое вы использовали для корпуса печи. Прикрепите к дрели кольцевую пилу диаметром 5 сантиметров и плотно зажмите ее. Просверлите в крышке вентиляционное отверстие в 7,5–10 сантиметрах в стороне от ручки.

      • Используйте кольцевую пилу, предназначенную для сверления металла, чтобы не повредить инструмент.
      • Ни в коем случае не используйте крышку, в которой нет вентиляционного отверстия, иначе возросшее давление внутри печи может привести к ее взрыву и разрушению.

   2. Заполните нижнюю часть крышки 5-сантиметровым слоем керамической ваты. Вырежьте круглый кусок ваты из керамического волокна диаметром на 2,5–5 сантиметров больше нижней стороны крышки. Вдавите вату в дно крышки, чтобы она прижалась к бокам и крепко держалась на месте. Продолжайте добавлять слои керамической ваты, пока ее толщина не достигнет 5 сантиметров, чтобы обеспечить максимальную термостойкость.

      • При работе с керамической ватой наденьте одежду с длинными рукавами и респиратор N95 или более высокой степени защиты, чтобы предотвратить раздражение и зуд.
      • Обязательно изучите этикетку на керамической вате и соблюдайте все рекомендованные меры предосторожности.
      • Если керамическая вата не пристает к дну крышки, можно предварительно напылить на него термостойкий клей. Термостойкий клей можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.

   3. Вырежьте вату там, где она закрывает отверстие в крышке. Переверните крышку ручкой кверху и найдите отверстие, которое вы просверлили в ней. Просуньте универсальный нож вдоль края отверстия и проткните им слой ваты. Разрежьте вату вдоль края отверстия и достаньте вырезанный кусок.

      • Отверстие в крышке не должно быть закрыто ватой, иначе в печи не будет нужной вентиляции.

      Совет: если вам сложно вырезать вату в отверстии с помощью универсального ножа, попробуйте использовать зазубренный нож для хлеба - возможно, им легче будет разрезать вату.

   4. Нанесите на вату отвердитель и оставьте его застывать на 24 часа. Залейте отвердитель в бутылку с распылителем и нанесите его прямо на керамическую вату на дне крышки. Покройте отвердителем всю поверхность ваты, чтобы она как следует затвердела. После того как вы нанесете отвердитель на вату, оставьте крышку хотя бы на 24 часа в хорошо проветриваемом месте, чтобы он застыл.

      • Если у вас нет под рукой бутылки с распылителем, можно нанести отвердитель с помощью кисти для краски.

   5. Нанесите печной цемент на всю поверхность ваты для лучшей теплоизоляции. Перемешайте печной цемент палочкой, чтобы получилась однородная смесь. С помощью 5-сантиметровой кисти нанесите цемент на внешнюю поверхность ваты. Разровняйте цемент кистью и оставьте его хотя бы на 24 часа, чтобы он застыл.

      • Прежде чем наносить цемент, подложите под крышку лист картона или салфетки, чтобы не испачкать рабочую поверхность.

   Часть 3

   Нагревательный элемент

   1. Проденьте через отверстие в стенке печи стальную трубу или форсунку. Тип трубы зависит от того, что вы собираетесь использовать в качестве источника тепла. Если вы хотите разогревать печь древесным углем, пропустите через отверстие стальную трубу длиной 30 сантиметров и диаметром 2,5 сантиметра. При этом труба должна выступать из внутренней стенки печи хотя бы на 3 сантиметра. Если вы собираетесь использовать пропан, поместите горелку внутрь печи и пропустите конец клапана через боковое отверстие. Расположите конец горелки внутри печи так, чтобы он был направлен от центра.

      • Пропановую горелку для печей можно заказать через интернет.
      • Не используйте для пропана обычную стальную трубу, так как в этом случае вам будет сложно контролировать пламя.
   2. • К печи можно подсоединить любой баллон с пропаном, однако учтите, что в небольших баллонах быстрее закончится газ.

   3. Разогрейте печь. Если вы используете древесный уголь, заполните дно печи на 5–8 сантиметров брикетами и подожгите их с помощью зажигалки. Включите воздуходувку на минимальной мощности, чтобы печь разогревалась. Если вы используете пропан, откройте вентили на баллоне и горелке. Просуньте зажигалку в середину печи и подожгите пропан. Накройте печь крышкой, чтобы из нее не выходило тепло.

      • Регулируйте интенсивность пламени с помощью вентилей на баллоне с пропаном и горелке.
      • Пламя может выходить из вентиляционного отверстия в крышке, поэтому будьте осторожны.
      • Как правило, печи на угле могут разогреваться примерно до 650 °C, в то время как при использовании пропана температура может достигать 1250 °C.

   4. Расплавьте металл в тигле. Тигель представляет собой металлическую емкость внутри печи, в которой находится расплавленный металл. Положите в тигель металл, который вы хотите расплавить, и поместите его в центр печи с помощью жаростойких щипцов. Подождите, пока печь разогреет тигель и расплавит металл, а затем достаньте его щипцами, чтобы залить в форму.

      • С помощью подобной печи можно расплавить легкоплавкие металлы, например алюминий или латунь.

Самодельная плавильная печь может быть изготовлена из графита, цемента, слюды или кафельной плитки. Размеры печи зависят от мощности электропитания и напряжения трансформатора на выходе.

Самодельная плавильная печь нагревается постепенно, но достигает значительного нагрева. Для данной конструкции надо устанавливать на электроды напряжение в 25 В. Если в конструкции будет использоваться промышленный трансформатор, то расстояние между электродами должно составлять 160-180 мм.

Процесс изготовления самодельной плавильной печи

Можно изготовить плавильную печь своими руками. Ее размеры составят 100х65х50 мм. В такой конструкции можно расплавить 70-80 г серебра или другого металла. Такие возможности для самодельного плавильного устройства являются очень хорошими.

Материалы и инструменты:

• щетки от электрического мотора высокой мощности;
• графит;
• электродные стержни, используемые в дугоплавильных печах;
• провод из меди;
• гвозди;
• слюда;
• цементная плитка;
• кирпич;
• металлический поддон;
• углеграфитовый порошок;
• тонкопроводящий провод;
• трансформатор;
• напильник.

Чтобы изготовить плавильную печь своими руками, для электродов можно применить щетки от электромотора высокой мощности. В них имеется отличный токоподводящий провод.

Если вы не сможете приобрести такие щетки, то их можно выполнить своими руками из куска графита. Можно использовать стержень-электрод, который применяется в дугоплавильных печах.

По бокам в этом стержне надо сделать 2 отверстия, имеющие диаметр 5 мм, затем для придания прочности аккуратно забить туда гвоздь, подходящий по размеру. Для улучшения контакта с графитовым порошком при помощи напильника надо выполнить сетчатую насечку на внутренней поверхности этих электродов.

Для изготовления внутренней поверхности стенок печки используют слюду. Она имеет слоистую структуру и поэтому может быть использована как хороший теплоизолирующий экран.

Снаружи поверхность конструкции надо покрыть цементной или асбестовой плиткой, которая имеет толщину в 6-8 мм. После монтажа стенок их надо обвязать медной проволокой.

В качестве изолирующей подставки для устройства нужно использовать кирпич. Снизу устанавливают металлический поддон. Он должен быть эмалированным и иметь по бокам бортики.

Затем надо изготовить углеграфитовый порошок. Его можно приготовить из ненужных стержней. Работу лучше выполнять напильником или ножовкой по металлу.

При использовании печки графитовый порошок постепенно выгорает, поэтому его нужно иногда досыпать.

Для работы устройства используют понижающий трансформатор с напряжением в 25 В.

При этом сетевая обмотка трансформатора должна иметь 620 витков медного провода, который имеет диаметр 1 мм. В свою очередь, понижающая обмотка должна иметь 70 витков медного провода. Этот провод должен иметь изоляцию из стекловолокна и прямоугольное сечение размерами 4,2х2,8 мм.

Вернуться к оглавлению

Как изготовить трансформатор?

Если вы не сможете купить трансформатор, обладающий достаточно высокой мощностью, его можно изготовить из нескольких однотипных трансформаторов с более низкой мощностью. Они должны быть рассчитаны на одинаковую величину напряжения в сети.

С этой целью необходимо соединить параллельно выходные обмотки этих трансформаторов.

Можно изготовить . Для этого надо приготовить Г-образные металлические пластины, имеющие внутреннее сечение 60х32 мм. Сетевая обмотка такого трансформатора выполняется из эмалированного провода с сечением в 1 мм. Она должна иметь 620 витков. При этом понижающая обмотка выполняется из провода, имеющего прямоугольное сечение размерами 4,2х2,8 мм. Она должна иметь 70 витков.

После монтажа печи ее подключают к трансформатору при помощи медного провода, имеющего толщину в 7-8 мм. Провод должен иметь наружную изоляцию, для того чтобы в процессе работы печи не произошло короткого замыкания.

Когда печь будет полностью готова к работе, ее надо хорошо прогреть. При этом должны выгореть органические вещества в составе конструкции. Во время этой процедуры помещение должно хорошо проветриваться.

Устройство будет работать без копоти. После этого проводят проверку работы печи. Если все работает нормально, то можно приступать к эксплуатации прибора.

Вернуться к оглавлению

Как выполняют плавку металла в печи?

Плавку металла выполняют следующим образом. При помощи маленькой лопатки (в центре печки) в графитовом порошке надо сделать небольшую лунку, положить туда металлический лом и закапать его.

Если куски металла, подлежащего плавке, имеют различные размеры, то прежде всего укладывают большой кусок. После того как он расплавится, кладут мелкие кусочки.

Для того чтобы проверить, расплавился ли уже металл, можно немного покачать агрегат. Если порошок будет колыхаться, значит, металл расплавился.

После этого надо подождать, когда заготовка остынет, затем перевернуть ее на другую сторону и опять расплавить.

Такую процедуру нужно повторять несколько раз, до тех пор, пока металл не примет форму шара. В этом случае считается, что плавка металла выполнена качественно.

Если необходимо расплавить опилки или металлическую стружку недорогих металлов, надо засыпать их в лунку порошка и выполнять обычную плавку.

Более дорогие или драгоценные металлы надо положить в стеклянную ампулу из-под лекарственных препаратов и плавить вместе с этой ампулой. При этом на поверхности расплавленного металла образуется пленка из стекла, которую легко можно удалить, поместив его в воду.

Металлы, которые плавятся легко, нужно класть в железную посуду. Если нужно выполнить сплав различных металлов, то в печь кладут сначала металл, который хуже плавится. После того как он расплавится, добавляют легкоплавкий. Например, для получения сплава меди с оловом надо сначала поместить в порошок медь, а потом – олово. Для получения сплава меди и алюминия плавят сначала медь, а потом – алюминий.

В данном устройстве можно плавить такие металлы, как олово, железо, медь, алюминий, никель, серебро, золото. После плавки металла его подвергают ковке. Его куют на наковальне при помощи молотка. При этом надо часто раскалять заготовку на огне докрасна, а затем снова ковать молотком. После этого металл помещают в холодную воду, а затем снова обрабатывают молотком, пока заготовка не приобретет необходимые размеры.

Ни в коем случае нельзя расплавлять такие металлы, как свинец, магний, цинк, кадмий, мельхиор, так как, выгорая, они образуют очень токсичный желтый дым, который губительно действует на здоровье человека. Нельзя плавить серебряные контакты от реле и других приспособлений, потому что они содержат до 50% кадмия.

Индукционные печи применяются для выплавки металлов и отличаются тем, что нагрев в них происходит посредством электрического тока. Возбуждение тока происходит в индукторе, а точнее в непеременном поле.

В подобных конструкциях энергия превращается несколько раз (в данной последовательнос ти):

• в электромагнитную;
• электрическую;
• тепловую.

Подобные печи позволяют использовать тепло с максимальной эффективностью, что неудивительно, ведь они – наиболее совершенные из всех существующих моделей, работающих на электроэнергии.

Обратите внимание! Индукционные конструкции бывают двух типов – с сердечником или без него. В первом случае металл помещается в трубчатый желоб, который располагается вокруг индуктора. Сердечник размещен в самом индукторе. Второй вариант называют тигельным, т. к. в нем металл с тиглем находятся уже внутри индикатора. Разумеется, ни о каком сердечнике в данном случае речи быть не может.

В сегодняшней статье речь пойдет о том, как изготавливается индукционная печь своими руками .

Среди многочисленных преимуществ стоит выделить следующие:

• экологическую чистоту и безопасность;
• повышенную однородность расплава благодаря активному перемещению металла;
• быстродействие – печь можно использовать практически сразу после включения;
• зонную и фокусированную направленность энергии;
• высокую скорость плавления;
• отсутствие угара от легирующих веществ;
• возможность регулировки температуры;
• многочисленные технические возможности.

Но есть и свои минусы.

1. Шлак нагревается от металла, вследствие чего обладает низкой температурой.
2. Если шлак холодный, то из металла очень сложно удалить фосфор и серу.
3. Между катушкой и плавящимся металлом магнитное поле рассеивается, поэтому потребуется уменьшение толщины футировки. Это в скором времени приведет к тому, что сама футировка выйдет из строя.

Видео – Печь индукционная

Промышленное применение

Оба варианта конструкции используются при выплавке чугуна, алюминия, стали, магния, меди и драгоценных металлов. Полезный объем подобных конструкций может составлять как несколько килограмм, так и несколько сотен тонн.

Печи промышленного назначения делятся на несколько типов.

1. Конструкции средней частоты обычно используются в машиностроении и металлургии. С их помощью плавится сталь, а при использовании графитовых тиглей и цветные металлы.
2. Конструкции промышленной частоты применяются при выплавке чугуна.
3. Конструкции сопротивления предназначаются для плавки алюминия, алюминиевых сплавов, цинка.

Обратите внимание! Именно технология индукции легла в основу более популярных приборов – микроволновых печей.

Бытовое применение

Ввиду очевидных причин индукционная печь для плавки нечасто используется в быту. Зато технология, описываемая в статье, встречается практически во всех современных домах и квартирах. Это и упомянутые выше микроволновки, и индукционные плиты, и электродуховки.

Рассмотрим, к примеру, плиты. Они нагревают посуду за счет индукционных вихревых токов, вследствие чего разогрев происходит практически мгновенно. Характерно, что включить конфорку, на которой нет посуды, невозможно.

КПД индукционных плит достигает 90%. Для сравнения: у электроплит он составляет примерно 55-65%, а у газовых – не более 30-50%. Но справедливости ради стоит заметить, что для эксплуатации описываемых плит требуется специальная посуда.

Самодельная индукционная печь

Не так давно отечественные радиолюбители наглядно продемонстрирова ли, что индукционную печь можно сделать самому. Сегодня существует масса различных схем и технологий изготовления, мы же привели лишь самые популярные из них, а значит, самые эффективные и простые в выполнении.

Индукционная печь из высокочастотного генератора

Ниже приведена электрическая схема для изготовления самодельного прибора из высокочастотного (27,22 мегагерца) генератора.

Помимо генератора, при сборке потребуются четыре электролампочки высокой мощности и тяжелая лампа для индикатора готовности к работе.

Обратите внимание! Главным отличием печи, сделанной по этой схеме, является ручка конденсатора – в данном случае она располагается снаружи.

Помимо того, металл, находящийся в катушке (индукторе), расплавится в приборе самой незначительной мощности.

При изготовлении необходимо помнить о некоторых важных моментах, влияющих на скорость правления металла. Это:

• мощность;
• частота;
• вихревые потери;
• интенсивность теплопередачи;
• потери на гистерезисе.

Устройство будет питаться от стандартной сети в 220 В, но с предварительно установленным выпрямителем. Если печь предназначается для обогрева помещения, то рекомендуется использовать нихромовую спираль, а если для плавки, то графитовые щетки. Ознакомимся с каждой из конструкций более детально.

Видео – Конструкция из сварочного инвертора

Суть конструкции в следующем: устанавливается пара графитовых щеток, а между ними засыпается порошковый гранит, после чего осуществляется подводка к понижающему трансформатору. Характерно, что при выплавке можно не опасаться удара током, т. к. нет необходимости в использовании 220 В.

Технология сборки

Шаг 1. Собирается основа – бокс из шамотного кирпича размером 10х10х18 см, уложенный на огнеупорную плитку.

Шаг 2. Бокс отделывается асбестокартоном. После смачивания водой материал смягчается, что позволяет придавать ему любую форму. При желании конструкцию можно обмотать стальной проволокой.

Обратите внимание! Размеры бокса могут варьироваться в зависимости от мощности трансформатора.

Шаг 3. Оптимальный вариант для печи на графите – трансформатор от сварочного аппарата мощностью 0,63 кВт. Если трансформатор рассчитан на 380 В, то его можно перемотать, хотя многие опытные электрики утверждают, что можно оставить все как есть

Шаг 4. Трансформатор обматывается тонким алюминием – так конструкция не будет сильно греться при эксплуатации.

Шаг 5. Устанавливаются графитовые щетки, на дно бокса устанавливается глиняная подложка – так расплавленный металл не будет растекаться.

Основным преимуществом такой печи является высокая температура, которая подходит даже для плавки платины или палладия. Но среди минусов – быстрый нагрев трансформатора, небольшой объем (за один раз можно выплавить не больше 10 г). По этой причине для плавки больших объемов потребуется иная конструкция.

Итак, для выплавки больших объемов металла потребуется печь с нихромовой проволокой. Принцип работы конструкции достаточно прост: электрический ток подается на нихромовую спираль, та нагревается и плавит металл. В Сети есть масса различных формул для расчета длины проволоки, но все они, в принципе, одинаковые.

Шаг 1. Для спирали используется нихром ø0,3 мм длиной порядка 11 м.

Шаг 2. Проволоку необходимо намотать. Для этого понадобится прямая медная трубка ø5 мм – на нее и наматывается спираль.

Шаг 3. В качестве тигля используется небольшая керамическая труба ø1,6 см и длиной в 15 см. Один конец трубы затыкается асбестовой нитью – так расплавленный металл не будет вытекать.

Шаг 4. После проверки работоспособност и спираль укладывается вокруг трубы. При этом между витками кладется та же асбестовая нить – она предотвратит замыкание и ограничит доступ кислорода.

Шаг 5. Готовая катушка помещается в патрон от лампы высокой мощности. Такие патроны обычно керамические и имеют необходимый размер.

Преимущества подобной конструкции:

• высокая производительнос ть (до 30 г за один заход);
• быстрый нагрев (порядка пяти минут) и долгое остывание;
• удобство в эксплуатации – металл удобно разливать в формочки;
• оперативная замена спирали в случае перегорания.

Но есть, разумеется, и минусы:

• нихром перегорает, особенно если спираль плохо изолирована;
• небезопасность – устройство подключается к электросети 220 В.

Обратите внимание! Нельзя добавлять в печку металл, если там уже расплавлена предыдущая порция. В противном случае весь материал разлетится по помещению, более того, он может травмировать глаза.

В качестве заключения

Как видим, индукционную печь все же можно сделать своими силами. Но если быть откровенным, описанная конструкция (как и все, имеющиеся в Интернете) – это не совсем печь, а лабораторный инвертор Кухтетского. Собрать же полноценную индукционную конструкцию в домашних условиях попросту невозможно.

Древние гончары, обжигавшие керамические изделия в горнах, иногда находили на их дне блестящие твердые кусочки с необычными свойствами. С того самого момента, когда они стали задумываться, что это за чудные вещества, как они там появились, а также куда их можно применить с пользой, и родилась металлургия - ремесло и искусство обработки металлов.

А основным инструментом для извлечения из руды новых чрезвычайно полезных материалов стали термоплавильные горны. Конструкции их прошли долгий путь развития: от примитивных одноразовых куполов из глины, разогреваемых дровами до современных электропечей с автоматическим управлением процессом плавления.

В металлоплавильных агрегатах нуждаются не только гиганты черной металлургии, использующие вагранки, домны, мартены и регенераторные конвертеры с выработкой за один цикл в несколько сотен тонн.
Такие величины характерны для выплавки чугуна и стали, на долю которых приходится до 90% промышленного производства всех металлов.
В цветной же металлургии и во вторичной переработке - объемы значительно меньшие. А мировые обороты производства редкоземельных металлов и вообще исчисляются несколькими килограммами в год.

Но потребность в плавке металлопродукции возникает не только при ее массовом производстве. Значительный сектор рынка металлообработки занимает литейное производство, где требуются металлоплавильные агрегаты сравнительно небольшой выработки - от нескольких тонн до десятков килограммов. А для штучного ремесленного и декоративно‑прикладного производства и ювелирного дела находят применение плавильные аппараты с выработкой в несколько килограммов.

Все виды металлоплавильных устройств можно поделить по типу источника энергии для них:

1. Термические. Теплоноситель - топочный газ либо сильно разогретый воздух.
2. Электрические. Используют различные тепловые действия электрического тока:
   • Муфельные. Разогрев помещенных в теплоизолированный корпус материалов спиральным ТЭНом.
   • Сопротивления. Нагрев образца прохождением через него тока большой величины.
   • Дуговые. Используют высокую температуру электрической дуги.
   • Индукционные. Плавление металлического сырья внутренним теплом от действия вихревых токов.
3. Потоковые. Экзотические плазменные и электронно‑лучевые аппараты.

Поточная электронно‑лучевая плавильная печь Термическая мартеновская печь Электро-дуговая печь

При небольших объемах выработки наиболее целесообразным и экономичным оказывается использование электрических, в особенности, индукционных плавильных печей (ИПП).

Устройство индукционных электропечей

Если говорить кратко, то действие их основана на явлении токов Фуко - вихревых индукционных токов в проводнике. В большинстве случаев инженеры‑электротехники борются с ними, как с вредным явлением.
Например, именно из‑за них сердечники трансформаторов выполняются из стальных пластин или ленты: в сплошном куске металла эти токи могут достигать значительных величин, приводящим к бесполезным потерям энергии на его нагревание.

В индукционно‑плавильной электропечи это явление применяется с пользой. По сути она и представляет собой своеобразный трансформатор, в котором роль короткозамкнутой вторичной обмотки, а в некоторых случаях и сердечника выполняет расплавляемый металлический образец. Именно металлический - нагревать в ней можно только проводящие электричество материалы, диэлектрики же будут оставаться холодными. Роль индуктора - первичной обмотки трансформатора выполняют несколько витков толстой свернутой в катушку медной трубки, по которой циркулирует охлаждающая жидкость.

Кстати, на том же принципе действуют ставшие чрезвычайно популярными кухонные варочные поверхности с индукционным высокочастотным нагревом. Положенный на них кусок льда даже не растает, а поставленная металлическая посуда нагреется почти мгновенно.

Особенности конструкции индукционных термопечей

Существует два основных типа ИПП:

Для обоих видов металлоплавильных агрегатов нет принципиальных различий в типе рабочего сырья: они с успехом плавят и черные и цветные металлы. Необходимо только выбрать соответствующий рабочий режим и тип тигля.

Параметры выбора

Таким образом, основными критериями выбора того или иного вида термопечи являются объемы и непрерывность производства. Для небольшой литейной мастерской, например, в большинстве случаев подойдет тигельная электропечь, а предприятию по переработке вторсырья - канальная.

Кроме того, в числе основных параметром тигельной термопечи - объем одной плавки, исходя из которого и следует выбирать конкретную модель. Немаловажными характеристиками являются также максимальная рабочая мощность и тип тока: однофазный или трехфазный.

Выбор места для монтажа

Размещение индукционной печи в цехе или мастерской должно обеспечивать свободный подход к ней для безопасного выполнения всех технологический операций в процессе плавки:

• загрузки сырья;
• манипуляций во время рабочего цикла;
• выгрузки готового расплава.

Место установки должно быть обеспечено необходимыми электрическими сетями с требуемым рабочим напряжением и количеством фаз, защитным заземлением с возможностью быстрого аварийного отключения агрегата. Также установку нужно обеспечить подводом воды для охлаждения.

Настольные конструкции небольших габаритов должны тем не менее устанавливаться на прочные и надежные индивидуальные основания, не предназначенные для других операций. Напольным аппаратам также необходимо обеспечить прочный укрепленный фундамент.

В районе выгрузки расплава запрещено располагать пожаро‑ и взрывоопасные материалы. Рядом с местом размещения печи необходимо повесить пожарный щит со средствами тушения.

Инструкция по монтажу

Промышленные термоплавильные агрегаты - устройства с большим энергопотреблением. Их установка и электромонтаж должны проводиться квалифицированными специалистами. Подключение небольших агрегатов с загрузкой до 150 кг может быть выполнено квалифицированным электриком с соблюдением обычных правил монтажа электроустановок.

Например, печь ИПП‑35, мощностью 35 кВт с объемом выработки черных металлов 12 кг, а цветных - до 40 имеет массу 140 кг. Соответственно, установка ее будет заключаться в следующих шагах:

1. Выбор подходящего места размещения с прочным основанием для термоплавильного узла и высоковольтного индукционного блока с водяным охлаждением и конденсаторной батареей. Расположение агрегата должно соответствовать всем эксплуатационным требованиям и правилам электро‑ и пожарной безопасности.
2. Обеспечение установки линией водоохлаждения. Описываемая электроплавильная печь в комплекте поставки не имеет средств охлаждения, которые нужно приобрести дополнительно. Лучшим решением для нее будет двухконтурная градирня с замкнутым циклом.
3. Подключение защитного заземления.
   

   Функционирование любых электроплавильных печей без заземления категорически запрещена.

4. Подведению отдельной электрической линии с кабелем, сечение которого обеспечивает соответствующую нагрузку. Силовой щит также должен обеспечивать требуемую нагрузку с запасом по мощности

Для маленьких мастерских и домашнего применения выпускаются мини‑печи, например, УПИ‑60‑2, мощностью 2 кВт с объемом тигля 60 см³ для плавления цветных металлов: меди, латуни, бронзы ~ 0,6 кг, серебра ~ 0,9 кг, золота ~ 1,2 кг. Вес самой установки - 11 кг, габариты - 40х25х25 см. Ее монтаж заключается в размещении на металлическом верстаке, подведении проточного водяного охлаждения и включении в розетку.

Технология использования

Перед началом работы с тигельной электропечью следует обязательно проверить состояние тиглей и футеровки - внутренней защитной теплоизоляции. Если она рассчитана на применение двух видов тиглей: керамических и графитовых, необходимо выбрать по инструкции соответствующий загружаемому материалу.

Обычно керамические тигли используются для черных металлов, графитовые - для цветных.

Порядок работы:

• Тигель вставить внутрь индуктора и, загрузив рабочим материалом, накрыть теплоизоляционной крышкой.
• Включить водяное охлаждение. Многие модели электроплавильных агрегатов не запустятся, если нет необходимого давления воды.

• Процесс плавки в тигельной ИПП начинается с ее включения и выхода на рабочий режим. Если есть регулятор мощности, перед включением установить его в минимальное положение.
• Плавно поднять мощность до рабочей, соответствующей загруженному материалу.
• После расплавления металла мощность снизить до четверти от рабочей для поддержания материала в расплавленном состоянии.
• Перед разливом убрать регулятор до минимума.
• По окончании плавки - обесточить установку. Водяное охлаждение отключить после ее остывания.

Все время плавки агрегат должен находиться под наблюдением. Любые манипуляции с тиглями нужно производить с помощью щипцов и в защитных рукавицах. В случае возгорания установку следует немедленно обесточить и сбить пламя брезентом либо затушить любым огнетушителем, кроме кислотного. Заливать же водой категорически запрещено.

Преимущества индукционных печей

• Высокая чистота получаемого расплава. В других типах металлоплавильных термопечей обычно имеется прямой контакт теплоносителя с материалом, и, как следствие, - загрязнение последнего. В ИПП нагрев производится поглощением внутренней структурой проводящих материалов электромагнитного поля индуктора. Поэтому такие печи идеальны для ювелирных производств.
  

  Для термических печей главной проблемой является уменьшение содержания в расплавах черных металлов фосфора и серы, ухудшающих их качество.

• Высокий кпд индукционно‑плавильных устройств, доходящий до 98%.
• Большая скорость плавки благодаря нагреву образца изнутри и, как следствие высокая производительность ИПП, особенно для маленьких рабочих объемов до 200 кг.
  

  Разогревание муфельной электропечи с загрузкой 5 кг происходит в течение нескольких часов, ИПП - не более часа.

• Аппараты с загрузкой до 200 кг просты в размещении, монтаже и эксплуатации.

Главный недостаток электроплавильных устройств, и индукционные не являются исключением, - относительная дороговизна электроэнергии как теплоносителя. Но несмотря на это высокий кпд и хорошая производительность ИПП, в значительной мере окупают их в процессе эксплуатации.

В видео представлена индукционная печь во время работы.

Индукционная печь часто используется в сфере металлургии, поэтому данное понятие хорошо знакомо людям, которые в той или иной степени связаны с процессом плавки различных металлов. Устройство позволяет преобразовывать электричество, образованное магнитным полем, в тепло.

Подобные устройства продаются в магазинах по довольно высокой цене, но если вы обладаете минимальными навыками использования паяльника и умеете читать электронные схемы, то можно попробовать изготовить индукционную печь своими руками.

Самодельное устройство вряд ли подойдёт для выполнения сложных задач, но вполне справится с базовыми функциями. Собрать устройство можно на основе рабочего сварочного инвертора из транзисторов, либо на лампах. Самым производительным при этом является именно устройство на лампах за счёт высокого КПД.

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.

Разновидности

Печи на индукционной катушке, принято подразделять на два вида в зависимости от типа конструкции:

• Канальные;
• Тигельные.

В первых устройствах металл для расплавки находится перед индукционной катушкой, а в печах второго типа помещается внутри неё.

Собрать печь можно, соблюдая следующие шаги:

1. Медную трубу сгибаем в виде спирали. Всего необходимо сделать около 15 витков, расстояние между которыми должно быть не меньше 5 мм. Внутри спирали должен свободно располагаться тигель, где и будет происходить процесс выплавки;
2. Изготавливаем надёжный корпус для устройства, который не должен проводить электрический ток, и обязан выдерживать высокие температуры воздуха;
3. Дросселя и конденсаторы собираются по обозначенной выше схеме;
4. К схеме подключается неоновая лампа, которая будет сигнализировать о том, что устройство готово к работе;
5. Также припаивается конденсатор для подстройки ёмкости.

Использование для обогрева

Индукционные печи подобного вида могут использоваться и для обогрева помещения. Чаще всего их используют вместе с котлом, который дополнительно производит нагрев холодной воды. На деле конструкции применяются крайне редко из-за того, что в результате потерь электромагнитной энергии КПД устройства минимален.

Ещё один недостаток основан на потреблении устройством больших объёмов электроэнергии в процессе работы, потому устройство относится к категории экономически невыгодных.

Охлаждение системы

Устройство, собранное самостоятельно, необходимо оборудовать системой охлаждения, так как при работе все составные части будут находиться под воздействием высоких температур, конструкция может перегреться и сломаться. В печах, продающихся в магазине, охлаждение производится водой или антифризом.

При выборе охладителя для дома предпочтение отдаётся вариантам, которые наиболее выгодны для реализации с экономической точки зрения.

Для домашних печей можно попробовать использовать обычный лопастной вентилятор. Обращайте внимание на то, что устройство не должно стоять слишком близко к печи, так как металлические детали вентилятора негативно воздействуют на работоспособность устройства, а также способны размыкать вихревые потоки и снижать производительность всей системы.

Меры предосторожности при использовании устройства

Работая с устройством следует придерживаться следующих правил:

• Некоторые элементы установки, а также металл, который плавится, подвергаются сильному нагреву, в результате чего существует риск получить ожог;
• При использовании ламповой печи, обязательно размещайте её в закрытом корпусе, иначе велика вероятность поражения электрическим током;
• Перед работой с устройством уберите из зоны работы прибора все металлические элементы и сложные электронные приборы. Использовать устройство не стоит людям, у которых установлен кардиостимулятор.

Печь для плавки металлов индукционного типа может применяться при лужении и формовке металлических деталей.

Самодельную установку легко подогнать под работу в конкретных условиях, меняя некоторые настройки. Если придерживаться указанных схем при сборе конструкции, а также соблюдать элементарные правила безопасности, самодельное устройство практически не будет уступать магазинным бытовым приборам.