Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Индукционный нагрев металла при ОМД

Индукционный нагрев. В основе индукционного нагрева лежит явление электромагнитной индукции, суть которого состоит в том, что при внесении проводника в переменное электромагнитное поле в нем возникает электродвижущая сила (э. д. с). Проводник, представляющий собой сопротивление току, протекающей по нему, нагревается за счет джоулевого тепла.

Для создания мощного переменного магнитного поля применяются многовитковые соленоиды (индукторы), выполненяемые из медной трубки квадратного или прямоугольного сечения, охлаждаемые проточной водой. Внутрь такого индуктора помещяется заготовка. Источником переменного тока может быть или промышленная сеть (50 Гц), или преобразователь частоты (машинный или ламповый генератор). Принципиальная электрическая схема индукционного нагрева изображена на рис. 2.11.

Принципиальная электрическая схема индукционного нагрева
Рисунок 2.11. Принципиальная электрическая схема индукционного нагрева

Переменный ток от преобразователя 1 по кабелю подается в индуктора 2, внутри которого находится заготовка 3. Параллельно катушке индуктора подключается батарея конденсаторов 4, что, будучи накопителем электростатической энергии, повышает низкий коэффициент мощности индуктора. Для включения и выключения нагрева служит устройство 5 в виде контактора.

При протекании переменного тока по проводнику наблюдается так называемый поверхностный эффект (скин-эффект), который состоит в том, что ток распределяется по сечению проводника неравномерно: в поверхностном слое последнего он больше, а в центре - меньше. С некоторым приближением, достаточным для практических расчетов, можно считать, что переменный ток протекает по проводнику только в поверхностном слое толщины. Этот слой принято называть глубиной проникновения, величина которой может быть подсчитана по формуле

  • дельта = 5030, (2.5)

где 9 - удельное электрическое сопротивление проводника в ом • см;
m - относительная магнитная проницаемость материала проводника - величина без размера, которая показывает во сколько раз магнитная проницаемость проводника больше проницаемости вакуума;
f - частота тока в Гц.

Из формулы (2.5) можно сделать вывод, что с увеличением удельного электрического сопротивления и уменьшением частоты тока глубина проникновения растет. В ферромагнитных материалах относительная магнитная проницаемость при температуре точки Кюри (770° С) падает до 1 и глубина проникновения резко возрастает (в 20-30 раз).

Скорость нагрева, а также к. п. д. системы заготовка - индуктор зависят от соотношения диаметра заготовки d и глубины слоя. Практикой установлено, что при нагревании большинства металлов, должно соблюдаться неравенство

  • 3 < < 6 (2.6)

При нагревании ферромагнитных материалов дельтаг подсчитывается для температуры точки Кюри при m = 1 и при соответствующей данной температуре . При нагревании парамагнитных материалов, в которых m = 1, дельтаг определяется, исходя из среднего значения , в интервале температур нагрева от комнатной до максимальной. Если соблюдается неравенство (2.6), то к. п. д. системы заготовка-индуктор составляет не менее 50%. Время нагрева заготовки из углеродистых сталей может быть определено из графиков, приведенных на рис. 2.2.

Индукционные нагреватели, применяемые в промышленности, подразделяются на периодические и методические. Сущность работы тех и других аналогична работе камерных и методических печей. Наиболее часто применяются нагреватели методической действия.

Методический индукционный нагреватель для мерных заготовок и кинематическая схема нагревателя
Рисунок 2.12.
а) показан общий вид методического индукционного нагревателя для мерных заготовок,
б) изображена кинематическая схема нагревателя:
1 - индуктора, 2 - загрузочного лотка, 3 - пневматического толкателя, 4 - измеритель приборов для наблюдения за режимом нагрева, 5 - аппаратуры автоматического управления подачей заготовки в индуктор, 6 - конденсаторной батареи 7 - контактора, включающаго и исключающего нагрев, 11 - реле времени через определенные интервалы, соответствующие необходимому темпу подачи заготовки, 8 - включает электропневматический золотник, и сжатый воздух из трубопровода 9 подается в цилиндр 10 пневматического толкателя.

При перемещении поршня толкателя заготовка, лежащая на лотке 2, поступает в индуктор 1. При загрузке в индуктор холодной заготовки лежащей с противоположной стороны индуктора нагретая до ковочной температуры заготовка выталкивается на транспортер и доставляется к штамповочному агрегату.

Устройство индуктора
Рисунок. 2.13. Устройство индуктора

Индуктор состоит из многовиткового спирали 1, выполненной из медной трубки прямоугольного сечения. Между витками ее располагаются картонные изолирующие кольца. Спираль индуктора сжата асбоцементными щеками 5 с помощью латунных булавок 6. Для предотвращения смещения витков спирали служат деревянные брусья 7. Внутри спирали 1 находится электрическая 2 и тепловая 3 изоляция, состоящая из гильз миканита, асбеста и шамота, в целом представляет собой футеровку индуктора. Для сохранения футеровки от разрушения при продвижении заготовки вдоль индуктора располагаются направляющие 4 из жаростойкой стали, охлаждаемые водой. Форма поперечного сечения окна спирали индуктора выполняется в зависимости от формы поперечного сечения заготовки.

Внутренний диаметр спирали индуктора избирается из соображений достаточно высокого к. п. д. системы заготовка-индуктор по формуле:

  • D = ( интервал от 1,5 до 2) • d. (2.7)

Длина спирали индуктора должна быть длиннее суммарной длины заготовок нагревающихся в ней, на один-два диаметров заготовки. Электрические и тепловые расчеты индукторов. - Средние энергетические показатели при индукционном нагреве углеродистых сталей следующие:

К. к. д. нагревателя в %около 60-65
Удельный расход электроэнергии по промышленной сети в кВт • ч/кг0,45-0,5
Производительность нагревателя в кг/ч2000-3000

Индукционное нагревание применяется в настоящее время в кузнечно-штамповочных цехах автомобильных и тракторных заводов. Он имеет ряд преимуществ, основными из которых являются большая скорость нагрева, высокий к. п. д., малый угар (0,4-0,6%) и др.. К недостаткам индукционного нагрева можно отнести сравнительно высокую стоимость силовой электрической установки, трудности осуществления подогрева заготовок и нагрев заготовок сложной формы.

Страница 9 из 10. Читать далее >>
Вернуться на первую, предыдущую страницу статьи.

Источник [1] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Обработка металла давлением (ОМД)
Вернуться на главную: Черная металлургия