Индукционная печь для металла: особенности конструкции и изготовление своими руками

Занимаетесь плавкой металла, подрабатываете этим или это ваше хобби? Узнайте в статье, как делают индукционные печи своими руками.

Сбор информации

Человеку, который понимает, как прочитать и понять электрическую схему, будет не сложно разобраться, как сделать подобную индукционную печь. В сети Интернет вы увидите десятки, а то и сотни вариантов изготовления различных индукционных печей с использованием домашнего хлама, например, из старой микроволновки или сварочного инвертора.

Обязательно помните, что электрический ток – вещь опасная. И для изготовления индукционной печи нужно иметь представления о том, что такое нагрев с помощью индукции. Желательно, чтобы с вами был человек, который хорошо понимает хотя бы основы электротехники или имеет опыт работы с электрооборудованием.

Принцип действия

Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.

Чтобы вызвать протекание вихревых токов через расплавляемый металл, его помещают в зону действия электромагнитного поля индуктора — катушки. Она может иметь форму спирали, восьмерки или трилистника. Форма индуктора зависит от размеров и формы нагреваемой заготовки.

Катушка индуктора подключается к источнику переменного тока. В производственных плавильных печах используют токи промышленной частоты 50 Гц, для плавки небольших объемов металлов в ювелирном деле используют высокочастотные генераторы, как более эффективные.

Необходимые знания

Электромагнитное поле действует на все живое. В качестве примера можно привести мясо в микроволновке. Поэтому стоит позаботиться о безопасности. И, неважно, вы собираете печь и тестируете ее или работаете на ней. Есть такой показатель, как плотность потока энергии. Так вот он зависит от именно от электромагнитного поля. И чем выше частота излучения, тем хуже человеческому организму.

Во многих странах приняты меры безопасности, в которых учитывается плотность потока энергии. Есть разработанные допустимые пределы. Это 1-30 мВт на 1 м² тела человека. Эти показатели действуют, если облучение происходит не больше одного часа в сутки. Кстати, установленный оцинкованный экран снижает плотность потолка в 50 раз.

Виды

Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.

• Поэтому индукционные печи бывают двух типов:
• канальные, в которых емкостью для плавки металлов являются каналы, расположенные вокруг индуктора, а внутри него расположен сердечник;
• тигельные, в них используется специальная емкость — тигель, выполненный из жаропрочного материала, обычно съемный.

Канальная печь слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов.
Тигельная печь довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.

Особенности индукционных печей

Этот тип оборудования обладает определенными характерными чертами, которые являются как преимуществами, так и недостатками.

Так как распределение металла должно быть равномерным, полученный материал характеризуется хорошей однородной массой. Этот тип печи работает за счет транспортировки энергии по зонам, при этом представлена и функция фокусировки энергии. Для использования доступны такие параметры, как емкость, рабочая частота и способ футеровки, а также регуляция температуры, при которой происходит плавление металла, что заметно облегчает рабочий процесс. Имеющийся технологический потенциал печи создает высокий темп плавки, устройства являются экологически чистыми, совершенно безопасными для человека и готовыми к работе в любой момент.

Самым заметным недостатком такого оборудования является сложность его чистки. Так как нагревание шлака происходит исключительно за счет тепла, выделяемого металлом, этой температуры не хватает для обеспечения его полноценного использования. Высокая разница в температуре металла и шлака не позволяет делать процесс удаления отходов максимально простым. В качестве еще одного недостатка принято выделять зазор, из-за которого требуется всегда уменьшать толщину футеровки. Из-за таких действий спустя некоторое время она может оказаться неисправной.

Разновидности

Существуют две основные конструкции индукционных печей:

• Канальные.
• Тигельные.

Не будем здесь расписывать все их отличительные особенности. Просто отметим, что канальный вариант – это конструкция, которая похожа на сварочный аппарат. К тому же, чтобы плавить металл в таких печах, приходилось оставлять немного расплава, без которого процесса просто не получалось. Второй вариант – это усовершенствованная схема, где используется технология без остаточного расплава. То есть, тигель просто устанавливается прямо в индуктор.

Как это работает

Индукционные печи своими руками

Этой темой часто интересуются любители радио-проектирования и радио-технологий. Сейчас становится понятно, что создавать индукционные печи своими руками – это вполне реально, а сделать это удавалось очень многим. Однако для создания подобного оборудования требуется воплотить в жизнь действие электрической схемы, которая содержала бы прописанные действия самой печи. Подобные решения требуют привлечения высокочастотных генераторов, способных производить волновые колебания. Простая индукционная печь своими руками по схеме может быть построена с использованием четырех электронных ламп в комбинации с одной неоновой, подающей сигнал о том, что система готова к работе.

В данном случае ручка конденсатора переменного тока размещается не внутри прибора. Благодаря этому может быть создана индукционная печь своими руками. Схема прибора подробно описывает расположение каждого отдельного элемента. Убедиться в том, что устройство получилось достаточно мощным, можно, если воспользоваться отверткой, которая должна доходить до раскаленного состояния буквально за несколько секунд.

Устройство

• Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:
• генератор переменного тока высокой частоты;
• индуктор — спиралевидная обмотка из медной проволоки или трубки, выполненная своими руками;
• тигель.

Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором. В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки. Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.

Достоинства индукционной печи:

• быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
• направленность нагрева — греется только металл, а не вся установка;
• высокая скорость плавления и однородность расплава;
• отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
• установка экологически чиста и безопасна.

В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.

Печь для плавки металла на сварочном инверторе

Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.

Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков — от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.

Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.

При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток.

Индукционная печь на транзисторах: схема

Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:

• Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:
• два полевых транзистора типа IRFZ44V;
• два диода UF4007 (можно также использовать UF4001);
• резистор 470 Ом, 1 Вт (можно взять два последовательно соединенных по 0,5 Вт);
• пленочные конденсаторы на 250 В: 3 штуки емкостью 1 мкФ; 4 штуки — 220 нФ; 1 штука — 470 нФ; 1 штука — 330 нФ;
• медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø1,2 мм;
• медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø2 мм;
• два кольца от дросселей, снятых с компьютерного блока питания.

Последовательность сборки своими руками:

• Полевые транзисторы устанавливают на радиаторы. Поскольку схема в процессе работы сильно греется, радиатор должны быть достаточно большими. Можно установить их и на один радиатор, но тогда нужно изолировать транзисторы от металла с помощью прокладок и шайб из резины и пластика. Распиновка полевых транзисторов приведена на рисунке.

• Необходимо изготовить два дросселя. Для их изготовления медную проволоку диаметром 1,2 мм наматывают на кольца, снятые с блока питания любого компьютера. Эти кольца состоят их порошкового ферромагнитного железа. На них необходимо намотать от 7 до 15 витков проволоки, стараясь выдерживать расстояние между витками.

• Собирают перечисленные выше конденсаторы в батарею общей емкостью 4,7 мкФ. Соединение конденсаторов — параллельное.

• Выполняют обмотку индуктора из медной проволоки диаметром 2 мм. Наматывают на подходящий по диаметру тигля цилиндрический предмет 7-8 витков обмотки, оставляют достаточно длинные концы для подключения к схеме.
• Соединяют элементы на плате в соответствии со схемой. В качестве источника питания используют аккумулятор на 12 В, 7,2 A/h. Потребляемый ток в режиме работы — около 10 А, емкости аккумулятора в этом случае хватит примерно на 40 минут.При необходимости изготовляют корпус печи из термостойкого материала, например, текстолита.Мощность устройства можно изменить, поменяв количество витков обмотки индуктора и их диаметр.

При продолжительной работе элементы нагревателя могут перегреваться! Для их охлаждения можно использовать вентилятор.

Индукционный нагреватель для плавки металла: видео

Индукционная печь на лампах

Более мощную индукционную печь для плавки металлов можно собрать своими руками на электронных лампах. Схема устройства приведена на рисунке.

Для генерации высокочастотного тока используются 4 лучевые лампы, соединенные параллельно. В качестве индуктора используется медная трубка диаметром 10 мм. Установка оснащена подстроечным конденсатором для регулировки мощности. Выдаваемая частота — 27,12 МГц.

Для сборки схемы необходимы:

• 4 электронные лампы — тетрода, можно использовать 6L6, 6П3 или Г807;
• 4 дросселя на 100…1000 мкГн;
• 4 конденсатора на 0,01 мкФ;
• неоновая лампа-индикатор;
• подстроечный конденсатор.

Сборка устройства своими руками:

1. Из медной трубки выполняют индуктор, сгибая ее в форме спирали. Диаметр витков — 8-15 см, расстояние между витками не менее 5 мм. Концы лудят для пайки к схеме. Диаметр индуктора должен быть больше диаметра помещаемого внутрь тигля на 10 мм.
2. Размещают индуктор в корпусе. Его можно изготовить из термостойкого не проводящего ток материала, либо из металла, предусмотрев термо- и электроизоляцию от элементов схемы.
3. Собирают каскады ламп по схеме с конденсаторами и дросселями. Каскады соединяют в параллель.
4. Подключают неоновую лампу-индикатор — она будет сигнализировать о готовности схемы к работе. Лампу выводят на корпус установки.
5. В схему включают подстроечный конденсатор переменной емкости, его ручку также выводят на корпус.

Особенности

Если вами создается индукционная печь своими руками, принцип работы и сборка которой изучается и производится по соответствующей схеме, вам стоит знать, что на скорость плавления в данном случае может повлиять один или несколько факторов, перечисленных далее:

— импульсная частота;

— гистерезисные потери;

— генераторная мощность;

— период выхода тепла наружу;

— потери, связанные с возникновением вихревых токов.

Если вами собирается печь индукционная своими руками, то при использовании ламп требуется помнить, что их мощность должна распределяться так, чтобы четырех штук было достаточно. При использовании выпрямителя получится сеть примерно в 220 В.

Охлаждение схемы

Промышленные плавильные установки оснащены системой принудительного охлаждения на воде или антифризе. Выполнение водяного охлаждения в домашних условиях потребует дополнительных затрат, сопоставимых по цене со стоимостью самой установки для плавки металла.

Выполнить воздушное охлаждение с помощью вентилятора можно при условии достаточно удаленного расположения вентилятора. В противном случае металлическая обмотка и другие элементы вентилятора будут служить дополнительным контуром для замыкания вихревых токов, что снизит эффективность работы установки.

Элементы электронной и ламповой схемы также способны активно нагреваться. Для их охлаждения предусматривают теплоотводящие радиаторы.

Индукционная печь для плавки металла — где купить и цены

Бытовое применение печей

В быту такие устройства используются достаточно редко, хотя подобные технологии можно встретить в отопительных системах. Их можно увидеть в форме микроволновых печей, электрических духовок и индукционных плит. В среде новых технологий данная разработка нашла широкое применение. К примеру, использование вихревых индукционных токов в индукционных плитах позволяет готовить огромное разнообразие блюд. Так как для разогрева им требуется очень мало времени, конфорку нельзя включить, если на ней ничего не стоит. Однако для использования таких особых и полезных плит требуется специальная посуда.

Меры безопасности при работе

• Основная опасность при работе с самодельной установкой — опасность получения ожогов от нагреваемых элементов установки и расплавленного металла.
• Ламповая схема включает элементы с высоким напряжением, поэтому её нужно разместить в закрытом корпусе, исключив случайное прикосновение к элементам.
• Электромагнитное поле способно воздействовать на предметы, находящиеся вне корпуса прибора. Поэтому перед работой лучше надеть одежду без металлических элементов, убрать из зоны действия сложные устройства: телефоны, цифровые камеры.

Не рекомендуется использовать установку людям с вживлёнными кардиостимуляторами!

Печь для плавки металлов в домашних условиях может использоваться также для быстрого нагрева металлических элементов, например, при их лужении или формовке. Характеристики работы представленных установок можно подогнать под конкретную задачу, меняя параметры индуктора и выходной сигнал генераторных установок — так можно добиться их максимальной эффективности.

Самодельная электропечь для плавки металлов

Если у вас есть необходимость в отжиге металлов, создании керамики, плавке цветных и том числе драгоценных металлов, можете соорудить себе вот такую простую печь. Большинство подобных печей стоит кучу денег, по словам автора, в его регионе цены находятся в районе 600-12000 $ за печь. В нашем же случае печь обошлась всего в 120 $, не считая регулятора температуры. Эта небольшая печь может выдавать температуру в районе 1100 o C.

Собирается самоделка просто, все детали стоят не дорого, а еще их можно быстро заменить при неисправности печи.

Некоторые умельцы умудряются изготавливать в таких печах обручальные кольца, серьги, различные талисманы, кастеты и многое другое.

Материалы и инструменты для самоделки:

Материалы:

– болты и гайки (8×10, 1/4 дюйма); – семь огнеупорных кирпичей (они должны быть мягкими, так как в них нужно будет проделать канавки, размеры 4 1/2″ x 9 “x 2 1/2”); – уголок для создания рамы; – квадратный лист металла для двери (автор использовал алюминий); – нагревательный элемент (можно купить для печи уже готовые спирали, или же намотать свою собственную из нихрома) – жаропрочные винты-контакты для крепления спирали; – кусок хорошего кабеля (должен выдерживать как минимум 10А).

Из инструментов:

– ручной бур с подходящей насадкой для вырезки канавок в кирпиче; – гаечный ключ; – плоскогубцы; – ножовка; – дрель; – кусачки и другое.

Процесс изготовления самодельной печи:

Шаг первый. Делаем канавки

Сперва нужно определиться с тем, какой ширины спираль, в зависимости от этого определяется глубина и ширина будущих канавок в кирпичах. Далее их нужно нарисовать на кирпиче карандашом. У автора канавки имеют форму в виде буквы «U», всего канавки такой формы две штуки, то есть вырезаны на двух кирпичах. На том кирпиче, который будет находиться в задней части печи, нужно проделать две параллельные канавки как на фото. В итоге после сборки печи, спираль получит примерно «П»-образную форму.

Ну а далее можно устанавливать спираль. Скорее всего, ее предварительно нужно растянуть до нужной длины. Если спираль вы будете наматывать сами, то нужно рассчитать, какой длины и толщины должна быть проволока, в интернете для этого есть масса информации.

Ну а далее можно укладывать печь в канавку. Для фиксирования спирали автор использует металлические скобки, под которые в кирпиче нужно будет проделать отверстия. Особое внимание нужно уделить подключению спирали к проводу. Здесь должны использоваться специальные винты с керамическими шайбами, причем винты нужно брать подлиннее. В противном случае будет либо постоянно гореть и вонять изоляция провода, или он вовсе будет постоянно гореть из-за высокой температуры.

Наш народ научился делать такие контакты из старых автомобильных свечей, когда использовались древние электрические плитки с открытой спиралью.

Особое внимание следует уделить выбору материала, из которой делается спираль. От этого будет зависеть максимальная температура, которую может выдать печь. Спираль должна выдерживать большие температурные нагрузки. Для таких целей автор выбрал провод типа NiCr. Большая часть таких проводов рассчитана на температуру порядка 1340 о С. Если вам требуются более высокие температуры, то можно выбрать и другие виды провода, которые для этого подходят.

Шаг третий. Делаем раму печки

Для создания рамы понадобится уголок, можно использовать сталь или алюминий. Четыре куска алюминия образуют ножки, а еще два идут в нижнюю часть и поддерживают вес всех кирпичей. Можно использовать для создания нижней опоры не два уголка, а четыре. Впрочем, это не обязательно, в итоге конструкция все равно стягивается болтами с гайками, эти болты и удерживают кирпичи внизу.

В верхней части печи нужно будет уложить также два или полтора кирпича, как и внизу. Ну а как все собирается, можно детально увидеть на фото.

Шаг четвертый. Делаем дверь

Для создания двери нужен будет лист металла, автор использовал алюминий. Сперва на листе нужно нарисовать квадрат или четырехугольник, в зависимости от размеров и формы двери. Далее этот квадрат нужно еще обвести по кругу, отступив нужно расстояние для крепления огнеупорного материала. Ну а потом по углам вырезать куски, как видно на фото.

В качестве огнеупорного материала авто использовал плиту Kaowool. Ее нужно отрезать по размеру нарисованного ранее квадрата. Ну а далее плита укладывается на лист, а оставшиеся края листа загибаются, тем самым они удерживают плиту.

Вот и все, теперь дверь нужно шарнирно прикрепить винтами с гайками к печи, просверлив пару отверстий. В качестве изоляционного материала можно использовать и другие комплектующие. Защелку для двери можно делать, а можно нет.

Шаг пятый. Подаем электричество

Для подключения спирали нужно использовать хороший провод с толстой жилой, который может выдержать как минимум 10А. Помимо всего прочего, печь подключается через регулятор, он позволит поддерживать температуру в заданном состоянии. Также нужен будет печной градусник, по которому можно будет более точно следить за температурой в печи.

Важно помнить, что такая печь потребляет много энергии, поэтому вся проводка должна быть исправна, а автомат должен выдерживать нагрузку, которую создает печь.

Шаг шестой. Тестируем печку

Перед запуском печь нужно установить подальше от веществ и материалов, которые могут легко загореться. Ее не следует включать на деревянном полу или полу с линолеумом. Это должен быть кирпич, бетон и так далее. Теперь печь можно включать и тестировать. Важно запомнить, на какую температуру рассчитан выбранный провод, чтобы не перегреть спираль.

Нагреватель из микроволновки

В кладовке долго лежала без дела старая сломанная микроволновка. Решил из нее сделать, что нибудь полезное. В микроволновке есть мощный трансформатор, если его правильно доработать, то получится мощный резистивный нагреватель для нагрева заржавевших гаек, и других небольших металлических деталей.
Для этой самоделки подойдет практически любой трансформатор от микроволновой печи, даже неисправный, главное чтобы была цела первичная сетевая обмотка. Мне достался 700 ваттный экземпляр, впрочем чем мощнее тем лучше.

Переделка трансформатора заключается в удалении вторичной обмотки. И намотке двух витков медного провода большого сечения. То есть нам надо перемотать трансформатор таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до 1.2 вольта, а силу тока повысить до 600 ампер.

Приступим к делу, берем ножовку по металлу и пилим вторичную обмотку. Пилить надо с двух сторон и очень аккуратно, чтобы случайно не повредить сетевую обмотку.

Теперь надо закрепить трансформатор в тисках и через металлическую наставку с помощью молотка выбить внутреннюю часть вторичной обмотки.

Новую обмотку надо мотать толстым медным проводом. Идеальным вариантом будет сварочный кабель с сечением жилы 16 мм 2 толщина жилы по меди около пяти миллиметров. Желательно брать сварочный кабель в толстой резиновой изоляции.

Делаем два витка. Сварочный кабель плотно входит в окно трансформатора. На этом переделка трансформатора от микроволновки завершена. На концы сварочного кабеля надо одеть медные трубчатые клеймы и расплескать.

Измеряем напряжение на выходе, с двух витков сварочного кабеля получилось 1.2 вольта, а сила тока при такой толщине кабеля будет примерно 600 ампер.

Ну и конечно тесты. Тестировать будем на гайке, собственно для нагрева гаек эта самоделка и предназначена. Буквально за пару минут гайка М8 нагрелась до бела. А, это пожалуй хороший результат.

Нагреватель из микроволновки будет очень хорошим помощником, как для домашнего мастера, так для мастера по ремонту автомобилей. Ведь очень часто приходится откручивать заржавевшие гайки методом нагрева с резким охлаждением холодной водой.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать нагреватель из микроволновки