전기 전도성 물질이 자기장에 노출되면 물질에 와전류가 유도됩니다. 이 현상을 "유도 가열"이라고 합니다. 와전류는 재료의 표면에 집중됩니다.
유도된 와전류로 인해 재료에서 열이 발생합니다. 도체 루프를 둘러싸고 있는 자속이 변하면 루프에 유도 전위가 생성됩니다. 마찬가지로 도체가 교류 자기장에 노출되면 전자기 유도의 작용으로 유도 전위가 발생하여 도체에서 유도 전류 또는 와전류가 형성됩니다.
이러한 유도 전류는 도체 자체의 저항을 극복하고 줄 열을 발생시킵니다. 이 열은 도체 자체를 가열하는 데 사용되어 예열, 용융 및 다양한 열 처리 목적을 달성합니다. 이것이 바로 중파 유도 가열의 원리입니다.
유도 가열 과정을 지배하는 물리적 원리는 매우 간단합니다. 솔레노이드 또는 코일에 교류가 흐르면 일시적인 자기장이 생성됩니다. 맥스웰 방정식에 따르면 이 자기장은 근처의 도체 재료에 전류(와전류)를 유도합니다. 줄 효과로 인해 도체 재료에 열이 발생하여 가열되는 금속의 융점에 도달합니다. 전류 파라미터를 조정하여 용융 금속을 액체로 유지하거나 응고를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
생성된 와전류는 금속의 저항에 반하여 흐르기 때문에 부품과 인덕터 사이에 직접 접촉하지 않고도 정밀한 국소 열을 발생시킵니다. 자성 부품과 비자성 부품 모두 이 열을 발생시킬 수 있으며, 이를 흔히 "줄 효과"라고 합니다.
줄 효과 외에도 히스테리시스로 인해 내부에서 추가적인 열이 발생합니다. 자성 부품은 인덕터를 통과할 때 내부 마찰을 일으킵니다. 자성 재료는 인덕터 내부의 급변하는 자기장에 자연적으로 저항하여 내부 마찰을 일으키고, 이 마찰로 인해 열이 발생합니다.
인덕션 퍼니스의 작동에는 구리선 코일로 둘러싸인 비전도성 도가니에 용융할 금속을 담는 과정이 포함됩니다. 강력한 교류 전류가 와이어를 통해 흐르면서 금속을 관통하는 빠르게 역전되는 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 금속 내부에 와전류를 유도하여 줄 가열을 통해 금속을 가열합니다. 철과 같은 강자성 물질의 경우, 금속의 분자 자기 쌍극자가 역전되는 자기 히스테리시스를 통해 물질을 가열할 수도 있습니다. 와전류는 또한 용융물을 격렬하게 교반하여 잘 혼합되도록 합니다.
유도 가열의 장점은 연소 연료나 기타 외부 열원에 의해 열이 가해지지 않고 용광로 자체 내에서 열이 발생한다는 점입니다. 이는 오염이 우려되는 애플리케이션에서 특히 중요합니다.
전하 물질이 용융되면 자기장과 유도 코일에 흐르는 전류의 상호 작용으로 인해 용융 금속 내에서 교반 작용이 발생합니다. 이 교반 작용은 용융 금속을 중앙에서 위로 상승시켜 표면에 특징적인 메니스커스를 생성합니다. 교반 작용의 정도는 적용되는 전력 및 주파수, 코일의 크기와 모양, 용융 금속의 밀도 및 점도와 같은 요인에 따라 달라집니다. 교반 작용은 합금 혼합, 용융 회전 및 용해로 전체의 온도 균일성을 달성하는 데 중요합니다. 그러나 과도한 교반은 가스 흡입 증가, 라이닝 마모, 합금의 산화로 이어질 수 있습니다.
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