История индукционного нагрева

23 сентября 2014

От­кры­тие элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции в 1831 году при­над­ле­жит Фа­ра­дею (1791-1867). При дви­же­нии про­вод­ни­ка в поле маг­ни­та в нем на­во­дит­ся ЭДС, так же как при дви­же­нии маг­ни­та, си­ло­вые линии ко­то­ро­го пе­ре­се­ка­ют про­во­дя­щий кон­тур. Ток в кон­ту­ре на­зы­ва­ет­ся ин­ду­ци­ро­ван­ным. На за­коне элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции ос­но­ва­ны изоб­ре­те­ния мно­же­ства устройств, в том числе опре­де­ля­ю­щих - ге­не­ра­то­ров и транс­фор­ма­то­ров, вы­ра­ба­ты­ва­ю­щих и рас­пре­де­ля­ю­щих элек­три­че­скую энер­гию, что яв­ля­ет­ся фун­да­мен­таль­ной ос­но­вой всей элек­тро­тех­ни­че­ской промышленности.
В 1841 году Джеймс Джо­уль (и неза­ви­си­мо от него Эмиль Ленц) сфор­му­ли­ро­вал ко­ли­че­ствен­ную оцен­ку теп­ло­во­го дей­ствия элек­три­че­ско­го тока: "Мощ­ность тепла, вы­де­ля­е­мо­го в еди­ни­це объ­ё­ма среды при про­те­ка­нии элек­три­че­ско­го тока, про­пор­ци­о­наль­на про­из­ве­де­нию плот­но­сти элек­три­че­ско­го тока на ве­ли­чи­ну на­пря­жен­но­сти элек­три­че­ско­го поля". Теп­ло­вое дей­ствие ин­ду­ци­ро­ван­но­го тока по­ро­ди­ло по­ис­ки устройств бес­кон­такт­но­го на­гре­ва ме­тал­лов. Пер­вые опыты по на­гре­ву стали с ис­поль­зо­ва­ни­ем ин­дук­ци­он­но­го тока были сде­ла­ны Е.Колби в США.
Пер­вая успеш­но ра­бо­та­ю­щая т.н. ка­наль­ная ин­дук­ци­он­ная печь для плав­ки стали была по­стро­е­на в 1900 году на фирме "Benedicks Bultfabrik" в го­ро­де Gysing в Шве­ции. В ре­спек­та­бель­ном жур­на­ле того вре­ме­ни "THE ENGINEER" 8 июля 1904 г. по­яви­лась зна­ме­ни­тая пуб­ли­ка­ция, где швед­ский изоб­ре­та­тель ин­же­нер F.A. Kjellin рас­ска­зы­ва­ет о своей раз­ра­бот­ке. Печь пи­та­лась от од­но­фаз­но­го транс­фор­ма­то­ра. Плав­ка осу­ществ­ля­лась в тигле в виде коль­ца, ме­талл, на­хо­дя­щий­ся в нем, пред­став­лял вто­рич­ную об­мот­ку транс­фор­ма­то­ра, пи­та­ю­ще­го­ся током 50-60 Гц.
Пер­вая печь мощ­но­стью 78 кВт была за­пу­ще­на в экс­плу­а­та­цию 18 марта 1900 года и ока­за­лась весь­ма неэко­но­мич­ной, по­сколь­ку про­из­во­ди­тель­ность плав­ки со­став­ля­ла всего 270 кг стали в сутки. Сле­ду­ю­щая печь была из­го­тов­ле­на в но­яб­ре того же года мощ­но­стью 58 кВт и ем­ко­стью 100 кг по стали. Печь по­ка­за­ла вы­со­кую эко­но­мич­ность, про­из­во­ди­тель­ность плав­ки со­ста­ви­ла от 600 до 700 кг стали в сутки. Од­на­ко износ фу­те­ров­ки от теп­ло­вых ко­ле­ба­ний ока­зал­ся на недо­пу­сти­мом уровне, ча­стые за­ме­ны фу­те­ров­ки сни­жа­ли ито­го­вую экономичность.
Изоб­ре­та­тель при­шел к вы­во­ду, что для мак­си­маль­ной про­из­во­ди­тель­но­сти плав­ки необ­хо­ди­мо при сливе остав­лять зна­чи­тель­ную часть рас­пла­ва, что поз­во­ля­ет из­бе­жать мно­гих про­блем, в том числе износ фу­те­ров­ки. Такой спо­соб вы­плав­ки стали с остат­ком, ко­то­рый стали на­зы­вать "бо­ло­то", со­хра­нил­ся до сих пор в неко­то­рых про­из­вод­ствах, где при­ме­ня­ют­ся печи боль­шой емкости.
В мае 1902 года была вве­де­на в экс­плу­а­та­цию зна­чи­тель­но усо­вер­шен­ство­ван­ная печь ем­ко­стью 1800 кг, слив со­став­лял 1000-1100 кг, оста­ток 700-800 кг, мощ­ность 165 кВт, про­из­во­ди­тель­ность плав­ки стали могла до­хо­дить до 4100 кг в сутки! Такой ре­зуль­тат по по­треб­ле­нию энер­гии 970 кВтˑч/т впе­чат­ля­ет своей эко­но­мич­но­стью, ко­то­рая мало усту­па­ет со­вре­мен­ной про­из­во­ди­тель­но­сти по­ряд­ка 650 кВтˑч/т. По рас­че­там изоб­ре­та­те­ля из по­треб­ля­е­мой мощ­но­сти 165 кВт в по­те­ри ухо­ди­ло 87.5 кВт, по­лез­ная теп­ло­вая мощ­ность со­ста­ви­ла 77.5 кВт, по­лу­чен весь­ма вы­со­кий пол­ный КПД рав­ный 47%. Эко­но­мич­ность объ­яс­ня­ет­ся коль­це­вой кон­струк­ци­ей тигля, что поз­во­ли­ло сде­лать мно­го­вит­ко­вый ин­дук­тор с малым током и вы­со­ким на­пря­же­ни­ем - 3000В. Со­вре­мен­ные печи к ци­лин­дри­че­ским тиг­лем зна­чи­тель­но ком­пакт­нее, тре­бу­ют мень­ших ка­пи­таль­ных вло­же­ний, проще в экс­плу­а­та­ции, осна­ще­ны мно­ги­ми усо­вер­шен­ство­ва­ни­я­ми за сотню лет сво­е­го раз­ви­тия, од­на­ко КПД по­вы­шен несу­ще­ствен­но. Прав­да, изоб­ре­та­тель в своей пуб­ли­ка­ции иг­но­ри­ро­вал тот факт, что плата за элек­тро­энер­гию осу­ществ­ля­ет­ся не за ак­тив­ную мощ­ность, а за пол­ную, ко­то­рая в его слу­чае в несколь­ко раз выше ак­тив­ной мощ­но­сти. А в со­вре­мен­ных печах ре­ак­тив­ная мощ­ность ком­пен­си­ру­ет­ся кон­ден­са­тор­ной батареей.
Своим изоб­ре­те­ни­ем ин­же­нер F.A. Kjellin по­ло­жил на­ча­ло раз­ви­тия про­мыш­лен­ных ка­наль­ных печей для плав­ки цвет­ных ме­тал­лов и стали в ин­ду­стри­аль­ных стра­нах Ев­ро­пы и в Аме­ри­ке. Пе­ре­ход от ка­наль­ных печей 50-60 Гц к со­вре­мен­ным вы­со­ко­ча­стот­ным ти­гель­ным длил­ся с 1900 по 1940 г.

Материалы статьи взяты с http://ru.wikipedia.org.advanc.io/wiki/Индукционный_нагрев