Обычный и ускоренный режимы нагрева

В установках периодического и непрерывного действия.

Расчет индукторов для сквозного нагрева

Обычный и ускоренный режимы нагрева.

Лекция 20.

Нагревательными называют установки для сквозного индукционного нагрева, при котором заготовка равномерно прогревается по всему объему. Они служат для нагрева заготовок под пластическую деформацию, (ковка, штамповка, прессовка, волочение), различного рода термообработку (отжиг, нормализация, спекание, и т.д.). По принципу действия установки могут быть периодического и непрерывного действия.

Частоту тока при сквозном нагреве выбирают достаточно низкой, чтобы основная часть заготовки нагрелась непосредственно током, индуцированном в поверхностном слое заготовки. Внутренние слои заготовки нагреваются за счет теплопроводности. Имеются возможности

дополнительного сокращения времени нагрева путем соответствующего изменения мощности, подводимой к загрузке в ходе нагрева (ускоренный нагрев). На верхнем графике представлены кривые изменения температуры поверхности и

центра заготовки при обычном (кривые 1)

Рис.20.1

и ускоренном (кривые 2) нагреве, а на нижнем графике – соответствующие кривые изменения мощности.

На рисунке приведены графики изменения температуры поверхности Т_П и центра Т_Ц заготовки при обычном (1) и. При ускоренном нагреве на первом интервале нагрева τ₁ к индуктору подводится максимально возможная удельная мощность. Благодаря этому добиваются быстрого нагрева поверхностного слоя до заданной конечной температуры.

Образовавшийся значительный перепад температур и соответственно большой тепловой поток от поверхности к центру заготовки способствует быстрому прогреву внутренних слоев заготовки. В дальнейшем подводимая мощность снижается таким образом, чтобы температура поверхности оставалась постоянной и равной заданной конечной величине. Как видно на рисунке, благодаря программному изменению мощности удается значительно (в 2 ÷ 3 раза) сократить время нагрева заготовки до заданной температуры при заданном перепаде температур. После отключения установки при остывании заготовки температура поверхностного слоя вскоре становиться ниже температуры центра.

В некоторых случаях для сокращения времени нагрева и уменьшения удельного расхода энергии целесообразно использовать две различные частоты тока. Так, например, при нагреве стальных заготовок диаметром 80÷120 мм в холодном (магнитном) режиме до Т=750 ºС можно использовать f = 50 Гц., а после потери сталью магнитных свойств нагрев до конечной температуры 1250 ºС ведут на f = 1000 Гц.

В результате на всем протяжении нагрева обеспечивается оптимальное отношение глубины проникновения тока к диаметру нагрузки.

В практике индукционного нагрева с постоянной во времени удельной мощностью (Вт/м²) для выбора частоты в случае цилиндрических заготовок применяют следующее соотношение:

Верхний предел определяется скоростью нагрева, нижний – КПД.

При нагреве цветных и немагнитных материалов оптимальную частоту выбирают из условия: d/Δ ≈3,5.

Наиболее распространенный тип индуктора для сквозного индукционного нагрева – соленоидальный многовитковый. Форма катушки зависит от вида сечения нагреваемых заготовок. Между катушкой индуктора и нагреваемой загрузкой размещается электрическая и тепловая изоляция индуктора.

Толщина изоляции определяет тепловой КПД индуктора, однако ее увеличение ведет к снижению электрического КПД. Для стали отношение D₁/D₂ =(1,4 ÷ 1,8). При работе на низких частотах витки индуктора испытывают значительные электродинамические усилия, вызывая их вибрацию.

Дата добавления: 2014-01-04