Плавка металлов – это достаточно специфический и сложный процесс. Он должен выполняться только на специализированном оборудовании, причем процедура реализуется исключительно профессионалами, чтобы не возникало возможности для нанесения значительных повреждений. Металлы могут плавиться разными способами. Выбор зависит от применяемого оборудования. Достаточно интересной считается левитационная плавка металлов. Она может выполняться своими руками, но для этого надо обзавестись соответствующим оборудованием, представленным индукционными печами.
С помощью чего осуществляется процесс?
Левитационная плавка реализуется исключительно с помощью подходящего оборудования. Оно представлено индукционными печами, обеспечивающими создание оптимальных условий для этого процесса.
Данные нагреватели могут быть промышленными или бытовыми. Они работают по индукционному принципу, поэтому представлены специфическим электрооборудованием. Продаются на рынке в многочисленных моделях. Причем их можно сделать своими руками.
В них формируются специальные условия, за счет которых реализуется левитационная плавка металлов.
Преимущества метода
Левитационная плавка своими руками разных металлов обладает определенными положительными параметрами. К ним относятся:
- нагрев является прямым и бесконтактным, поэтому все вырабатываемое тепло применяется с высоким показателем эффективности;
- КПД при таком способе достигает 90 %, что считается действительно высоким показателем для любого способа плавки металла;
- во время этой процедуры осуществляется не только тепловое, но и электродинамическое движение жидкого материала, поэтому по всему объему устанавливается равномерная и единая температура;
- пользоваться этим методом удобно тем, что сразу после включения оборудования можно приступать к работе;
- левитационная плавка металлов обеспечивает высокую скорость процесса;
- температура расплава может легко регулироваться мастером;
- энергия может фокусированно направляться в нужные зоны;
- металл плавится однородно, что гарантирует равномерность и эффективность этого процесса;
- не возникает угар от легирующих веществ;
- левитационная плавка является экологически чистым и безопасным процессом.
Для многих людей несомненным преимуществом является возможность самостоятельного создания индукционной печи для этих целей. Далее можно самому выполнять плавку, что снижает расходы на этот процесс.
Что требуется для работы оборудования?
Для формирования работоспособной и надежной печи требуется разобраться в основе и принципах индукционного нагрева. Весь процесс формирования оборудования заключается в нескольких действиях, заключающихся в разработке схемы, проектировании инструмента и составления печи.
При самостоятельном создании печи можно выбрать ее оптимальную емкость и рабочую частоту. Определяется метод футеровки, являющийся подходящим для конкретного пользователя.
Принцип работы
Левитационная плавка металла своими руками осуществляется с помощью индукционной печи, в основе работы которой лежит получение тепла за счет электричества. Оно может быть получено путем выработки переменным электромагнитным полем. Для этого используется индуктор, представленный катушкой индуктивности.
За счет работы такой печи первоначально электромагнитная энергия преобразуется в вихревую, после чего будет получена тепловая энергия.
Внутри замкнутых тел имеются вихревые токи, которые обеспечивают выделение тепловой энергии. Она воздействует на металл, что приводит к его нагреванию изнутри. Даже преобразование энергии в несколько ступеней не приводит к уменьшению эффективности функционирования оборудования.
Расплавленный металл левитирует в тигле, сформированном из медных трубок, располагающихся вертикально по кругу. Вокруг этого тигля находится индукционная катушка из меди. Именно она способствует возбуждению в нем магнитного поля высокой мощности, обладающего сверхзвуковой частотой.
При расплавлении металла возникают вихревые токи Фуко. Именно они обеспечивают быстрый нагрев материала, что приводит к его интенсивному плавлению. При этом они создают встречное магнитное поле, взаимодействующее с первичным. Это приводит к появлению силы Лоренца, за счет которой металл в жидком состоянии парит в инертной среде, а при этом не касается стенок тигля.
Схема левитационной плавки, своими руками осуществляемой, довольно проста, поэтому за счет самостоятельной работы повышается эффективность использования оборудования. Работают печи от 220В, но требуется пользоваться выпрямителем. В данных устройствах допускается плавление только электропроводящих металлов.
Нюансы использования индукционной печи
Левитационная плавка металлов, выполняемая своими силами на самодельном оборудовании, считается простым и доступным процессом, который сопровождается особенностями:
- не возникает необходимости подготавливать отдельное помещение, так как процесс является безопасным и бесшумным;
- допускается дублировать такую плавку с иными способами обогрева металлов;
- не нужно выполнять какие-либо профилактические процессы;
- за счет присутствия постоянной вибрации устанавливается минимальный показатель накипи;
- пользоваться можно разными жидкими теплоносителями;
- конструкции являются долговечными, так как их механический износ находится на низком уровне;
- во время работы не выделяются вредные вещества.
Таким образом, левитационная плавка металлов действительно является выгодной для людей, работающих с этими материалами.
В каких сферах деятельности используется?
Такая левитационная плавка считается простым процессом, который используется в разных сферах деятельности. За счет нее обеспечивается получение разного результата:
- формируются сверхчистые материалы, поэтому в них не будет загрязнений, попадающих из атмосферы;
- с помощью такой плавки получаются гомогенные материалы, имеющие однородный состав;
- такой метод идеально подходит для подготовки разных металлов или сплавов, являющихся химически активными;
- допускается работать даже с тугоплавкими материалами, так как при таком способе достигается даже температура до 3 тыс. градусов.
Таким образом, за счет данного метода плавки можно работать с металлами в разных направлениях.
Устройство печи
Плавка реализуется с помощью соответствующего оборудования, сформированного из важных элементов, таких как:
- электрическая часть;
- индуктор;
- тигель;
- система охлаждения.
Своими руками можно сделать конструкцию, в которую входит только электрическая часть и система охлаждения. Плавка гарантируется за счет наличия встречного электромагнитного поля, соединяющегося с вихревыми токами в металле. Именно за счет этого определенный металлический элемент удерживается в пространстве.
Для эффективного плавления металла нужны токи, обладающие большой высотой и частотой, достигающей минимально 400 Гц. Достаточно для этого напряжения в 220В, получаемого из обычной розетки. Для этого надо превратить 50 Гц в 400 Гц, для чего используется любая схема, применяемая для формирования катушки Тесла. Для левитационной плавки металлов схема может быть разной, поэтому в домашних условиях заниматься этим процессом достаточно просто.
Заключение
Левитационная плавка является необычным способом плавления разных металлов. Она обладает действительно многочисленными плюсами. Создать оборудование для этого процесса можно своими руками. Применяется такая плавка для разных сфер деятельности. Процедура считается оперативной и безопасной, поэтому может легко осуществляться в домашних условиях. При этом не возникает опасности нанести вред здоровью.
Представьте себе установку, способную разогреть любой металл до температуры в тысячу градусов по Цельсию. Ничего удивительного? А что вы скажете на то, что нагреваемый кусочек металла, во время нагрева замрет в воздухе, опровергая закон всемирного тяготения? Кажется, что это невозможно, но на самом деле всему происходящему есть разумное объяснение — это левитационная плавка металлов. Левитационная плавка — это нагрев и плавление металлов во взвешенном состоянии при помощи магнитного поля.
Давайте сначала разберемся, что же не дает кусочку металла упасть, а заставляет его замереть в подвешенном состоянии. Если взять проволоку и намотать ее витками на каком-либо каркасе, а после подключить к полученной катушке источник тока, то мы получим электромагнит. По своей сути это свойство используется в данной установке с одной лишь разницей, что здесь еще есть сердечник в виде медной трубки, который задает направление индукционным токам, а своей формой (витки становятся меньше диаметром к низу индуктора) не дает плавящемуся металлу пройти сквозь рабочую область устройства.
Медная трубка индуктора не является нагревательным элементом, как можно подумать сначала, она является только сердечником катушки и направляет индукционные токи. Индукционные токи, проходя через кусочек металла, не только удерживают его навесу, но и нагревают его до температуры в 1300 градусов по Цельсию. Данной температуры вполне хватает для того что бы расплавить железо, алюминий, медь. Таким образом, данный индуктор позволяет производить плавки металлов прямо в воздухе без каких либо держателей из тугоплавких сплавов.
Человечество никогда не останавливается на достигнутом, в этом и заключается его уникальность. Научные специалисты постоянно изобретают новые приборы и механизмы, позволяющие в значительной мере облегчить нашу с вами повседневную жизнь. Знали ли вы, что нагреть металл можно и без использования открытого огня? Такой эффект нынче широко применяется в разных сферах, и не только в металлургии, но и в быту, например в индукционных кухонных плитах или водогрейных котлах.
Слышали ли вы об индукционном нагреве, представляющий собой современный метод, который позволяет разогреть докрасна металл за считанные секунды? Обратите внимание, насколько быстро металл раскаляется и плавится без огня, бесконтактно, находясь в мощном электромагнитном поле.
Любая индукционная установка работает только благодаря индуктору, создающему мощное электромагнитное поле, которое впоследствии проникает в металл и начинает нагревать его. Электрическая энергия попадает в индуктор, и после прохождения через него преобразуется в мощные вихревые токи. Электромагнитное поле, созданное вокруг индуктора, проникает в изделие, размещенное в индукторе. В металле вихревые токи преобразуются в тепловую энергию, которая и отвечает за процесс термообработки.
В последнее время принцип индукции получил широкое применение во многих сферах:
- в металлургии индукционный нагрев используется для плавки металлов;
- в некоторых отраслях промышленности используются специальные печи быстрого разогрева, функционирование которых основано на принципе индукции;
- в бытовой сфере индукционные нагреватели можно использовать, например, для приготовления пищи, нагрева воды или отопления частного дома.
Левитационная плавка металла
Особый интерес представляет левитационная плавка. Выплавляемый в обычных печах металл соприкасается с футеровкой печи, со шлаком и с атмосферой и взаимодействует с ними. В результате он загрязняется примесями.
Чтобы выплавить совершенно чистый металл, нужно устранить контакт его со шлаком, огнеупорами и атмосферой. Как же этого можно добиться? Должен же металл на чем-то лежать, на что-то опираться?
Можно ли сделать так, чтобы сплошной металлический шар оказался парящим в пространстве? Оказывается, да. Если металлический шар поместить между — двумя противоположно включенными катушками, по которым течет переменный ток, то при достаточно большой силе отталкивания между токами, индуктируемыми в шаре, и током в соленоиде, возникает состояние парения шара в переменном магнитном поле. Шар как бы зависает в пространстве между катушками. Если он и сместится в сторону от оси симметрии, то сила отталкивания станет больше и шар возвратится в исходное положение.
Этим обстоятельством и воспользовались металлурги для плавки во взвешенном состоянии чистых металлов, не соприкасающихся ни со стенками тигля или ванны печи, ни со слоем шлака над металлом.
В Физико-техническом институте имени академика А. Ф. Иоффе научились отливать шарики сверхчистых металлов. Эти шарики в состоянии невесомости не соприкасаются не только со шлаками и футеровкой, но и с атмосферой печи. Они выплавляются в вакууме.