Заказать
Промышленный портал
Аренда, конвейер, инвестиции, производство, оборудование, технологии
Главная / Ковка и штамповка стали / Электронагрев заготовок / Индукционный нагрев заготовок / Параметры

Параметры индукционного нагрева заготовок

Глубину слоя металла, в котором протекает ток, определяют из соотношения

где Δ - глубина проникновения тока в см; ç  - удельное сопротивление материала проводника в ом·см; μ - магнитная проницаемость материала проводника в гс/э; ƒ - частота тока в гц.

Для холодной низколегированной стали (15-20° С) Δ = 2/√ƒ; для горячей низколегированной стали  Δ = 60/√ƒ; для медного проводника при  40°  Δ = 7/√ƒ

С повышением температуры глубина проникновения тока в нагреваемую заготовку возрастает (табл. 5).

Таблица 5. Глубина проникновения тока в металл при разных частотах и температурах

Частота
тока в гц

Глубина проникновения тока в мм

Сталь
углеродистая
при 20° С

Сталь
при 1200° С

Медь
при 20° С

50

4,5

80

10

1000

1,0

17,0

2,2

2500

0,64

11,0

1.4

8000

0,35

6,2

0,8

К концу индукционного нагрева заготовок наблюдается некоторая разность температур поверхности заготовки и ее центра, тем большая, чем быстрее ведется нагрев. Считают допустимым, чтобы перепад температур к концу нагрева составлял 100-150° С. Следует, однако, учесть, что при переносе заготовки в ковочную машину температура по ее сечению достаточно выравнивается. Время, необходимое для сквозного нагрева заготовки до 1250°С на  частотах  1000,  2500  и 8000 гц при заданной допускаемой неравномерности температуры по сечению можно определить по опытным графикам (рис. 1).

  Рис. 1. Минимальное время нагрева стальной заготовки до 1250° С в зависимости от ее диаметра и частоты тока. Разность температур между поверхностью и центром заготовки 100-150° С

При проектировании установок и выборе оборудования следует по возможности выбирать наименьшее время нагрева заготовок и наименьшую допускаемую частоту. В противном случае возрастают габариты установки (при методическом нагревателе) или снижается ее производительность (при нагревателе периодического действия), а также образуется больше окалины, увеличиваются потери тепла при нагреве.

При пользовании графиками рис. 1 необходимо иметь в виду следующее. Зависимости, приведенные на них, найдены экспериментально в условиях работы обычных методических индукторов с равномерной намоткой витков, когда:

  • напряженность магнитного поля индуктора на всех стадиях нагрева заготовки постоянна;
  • удельная мощность, развиваемая в заготовке, относительно мала и находится в пределах 0,05—0,10 квт/см2;
  • температура поверхности заготовки к концу цикла нагрева отличается от температуры центра относительно мало (на 100-150° С); 
  • температура поверхности заготовки в конце цикла нагрева незначительно превосходит необходимую конечную температуру нагрева (не более чем на 30-50° С).

Рост температуры заготовки на поверхности и в центре схематически изображен на рис. 2.

  Рис. 2. Схема роста температур на поверхности и в центре заготовки: а - нагрев до 1200° С в методическом индукторе с равномерным шагом витков; б - нагрев до 1200° С в методическом индукторе для ускоренного индукционного нагрева с неравномерным шагом витков: в - нагрев до 1000° С  с  перегревом  поверхности; 1 - температура  поверхности  заготовки; 2 - температура центра заготовки; Т - температура нагрева в °С; τ1, τ2 , τ3 - время нагрева заготовки

Применением неодинакового шага витков в разных зонах индуктора или соответствующим выбором электрического режима можно достигнуть роста температур на поверхности и в центре заготовки в соответствии с кривой б (рис. 2). Для такого «ускоренного» индукционного нагрева требуются методические индукторы специальной конструкции. Зона индуктора, в которой поверхность заготовки нагревается от начальной температуры до ковочной (1200-1250° С), выполняется с более плотной намоткой витков, чем зона индуктора, в которой температура поверхности заготовки остается практически постоянной и происходит интенсивный нагрев ее сердцевины.

Обычно намотка индуктора составляется из 3-4 секций, имеющих разный шаг намотки.

Ускоренный индукционный нагрев дает возможность:

  • сократить время нагрева заготовок в 1,5-2 раза и соответственно уменьшить длину индукторов;
  • уменьшить габариты и производственную площадь, занимаемую нагревателями, доводя удельный съем нагретого металла до 0,7-0,8 т/ч с 1 м2 площади пода (при обычном индукционном нагреве от 0,2-0,5 т/ч·м2);
  • увеличить на 5-7% к. п. д. индуктора за счет уменьшения тепловых потерь, что позволяет экономить 30-40 квт·ч энергии на каждой тонне нагретых заготовок;
  • довести производительность индукторов до 3 т/ч с одного ручья и заменить многоручьевые нагреватели одноручьевыми, что облегчает автоматизацию процессов нагрева и штамповки;
  • сократить активную длину индукторов, что уменьшает потери стали на окалину до 0,1-0,2%, т. е. в 1,5-2 раза по сравнению с обычным индукционным нагревом.

 

Ускоренный индукционный нагрев целесообразен во всех случаях, когда производительность нагревательного устройства превышает 0,8 т/ч. Минимальное время, необходимое при ускоренном индукционном нагреве заготовок может быть выбрано по кривым (рис. 3).
Применение специализированных индукторов для ускоренного нагрева рационально также в автоматических нагревательно-ковочных агрегатах, в которых обычно требуется минимальная длина индукторов. Обработка давлением в них производится за весьма короткое время, поэтому заготовки нагревают обычно лишь до 1000° С.

Рис. 3. Минимальное время ускоренного индукционного нагрева стальных заготовок до 1250° С в зависимости от их диаметра и частоты тока при конечном перепаде температуры по сечению заготовки 100°. Частота тока в гц: 1 - 500; 2 - 1000; 3 - 2500; 4 - 8000; 5 - радиочастоты

Для максимального увеличения скорости нагрева заготовок диаметром 20-40 мм необходимо режим нагрева выбирать исходя из следующих положений:

  1. Удельную мощность, развиваемую в нагреваемой заготовке, принимать в пределах 0,5-1 квт/см2.
  2. При необходимой конечной температуре нагрева 1000° С применять такой режим, при котором температура поверхности заготовки в конце цикла нагрева составляет 1200-1250° С. Температура центра заготовки при этом обычно меньше температуры поверхности на 400—600° С. За время переноса нагретой заготовки из индуктора в высадочную машину (обычно 2- 3 сек) произойдет выравнивание температуры по сечению заготовки до 1000°С (см. кривые в на рис. 2).

Таким образом, при скоростных режимах нагрева характерно применение значительных удельных мощностей (в 5-6 раз больших, чем по режимам, соответствующим рис. 1) и, следовательно, высоких температурных градиентов между поверхностью и центром заготовки.

Выбор минимальных продолжительностей нагрева в соответствии с приведенными положениями позволяет рекомендовать следующее минимальное время нагрева до 1000°С.

Диаметр заготовок в мм 20 24 30 36 40 
Минимальное время нагрева до 1000°С в сек 2,5 3 5 9 12,5 

Ориентировочное определение времени индукционного нагрева заготовок при частоте 50 гц можно производить при помощи данных табл. 6.

Таблица 6. Время в сек индукционного нагрева заготовок при частоте 50 гц

Диаметр заготовок в мм

Напряженность магнитного поля в э

6000

10 000

100

-

240

150

420

150

200

280

90

При уменьшении диаметров заготовок существенно снижается к. п. д. индуктора, работающего на частоте 50 гц, что обусловливает уменьшение удельной мощности, развиваемой в заготовке, и, следовательно, увеличение времени нагрева.

Получение на частоте 50 гц напряженности магнитного поля индуктора более чем 10 000 э затруднительно, поэтому можно считать, что для нагрева заготовок диаметром 100-200 мм необходимо 4-8 мин.

Частоту нагревающего тока можно выбирать, руководствуясь следующими данными:

Диаметр заготовок в мм

5-20

15-40

30 - 80

Частота тока в гц

200 000-300 000

8000

2500

Диаметр заготовок в мм

50 - 120

70 - 160

>200

Частота тока в гц

1000

500

50

Наиболее часто для индукционного нагрева используют машинные генераторы частотой 1000-2500 гц.

Основные энергетические показатели индукционного нагрева приведены в табл. 7.

Таблица 7. Удельные энергетические показатели сквозного индукционного нагрева стали под ковку и штамповку

Показатели

Частота в гц

1000-8000

50

К. п. д. генератора

0,8-0,88

-

К. п. д. индуктора

0,7-0,75

0,55-0,7

Потребление электроэнергии
на 1 т металла в квт·ч

400-500

350-450

Вес металла, нагреваемого
генератором мощностью 100 квт в 1 ч, в кг

До 300

-

Вес металла, нагреваемого в 1 ч при установленной
мощности питающей сети 100 квт и частоте тока 50 гц в кг

До 250

До 280

При частотах 1000-8000 гц удельный расход электроэнергии сильно зависит от степени использования генератора во времени. При непрерывной загрузке генератора расход энергии близок к 400 квт·ч на 1 т нагретых заготовок. Когда генератор значительную часть времени работает без нагрузки (вследствие перерывов в работе ковочного оборудования), расход энергии достигает 500-600 квт·ч и даже более на 1 т заготовок.

Для выбора мощности высокочастотного генератора и мощности питающей сети с достаточной для практики точностью можно пользоваться соотношениями

Рг = Кгq; Pг = Kcq,

где Рг - мощность высокочастотного генератора в квт; Рс - мощность питающей электросети в кет; q - вес заготовок, нагреваемых за 1 ч до ковочной температуры (1200° С), в кг; Кг - коэффициент, характеризующий к. п. д. передачи энергии от клемм генератора до заготовки; Кс - коэффициент, характеризующий к. п. д. передачи энергии от сети 50 гц до заготовки (табл. 8).

Таблица 8. Значения коэффициентов для определения мощности генераторов и питающей сети частотой тока 50 гц

Тип установок

Кг

Кc

при частоте тока в гц

1000-8000

50

С непосредственным подключением индуктора к генератору (сети)

0,4

0,5

0,45

С подключением индуктора к генератору через понижающий трансформатор

0,5

0,62

0,5

Для заготовок диаметром больше 60 мм начинают применять комбинированный нагрев на двух частотах; до точки Кюри (~770° С) на частоте 50 гц и до ковочной температуры (1200-1250°С) на частоте 1000 или 2500 гц. При этом установленная мощность высокочастотных генераторов примерно н 2 раза, а удельный расход электроэнергии примерно на 20% ниже.

Мощность отдельных элементов установки, необходимую для ее питания мри нагреве на двух частотах, можно ориентировочно выбрать на основании следующих соотношений:

  • индуктора при нагреве до точки Кюри (~770°С):
       Р'с = 0,2q квт
    где q - вес в кГ нагреваемых заготовок за 1 ч;
  • генератора, питающего индуктор при нагреве от 770° С до 1200-1250° С:
       Рг = 0,18q квт,
  • сети, питающей привод генератора повышенной частоты:
      Р"с = 0,2q квт

Общая мощность сети, питающей установку для нагрева на двух частотах:

Рс = 0,4q квт

Промышленное оборудование

Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит
  • Двустороннее прессование
  • Твердость матриц 52-60 ед. по Бринеллю (для справки - твердость сверла 70 ед.)
  • Система управления на базе контроллеров Сименс или Овен. Высокая надежность
  • Автоотключение при аварии: перегрев, падения уровня масла, нерабочий концевой датчик
  • Система радужного (двухцветного) окрашивания изделий
  • Двухконтурная гидравлика - быстрый холостой ход цилиндров и медленное задавливание
  • Мелочей не бывает: пресса в базе комплектуются продувочными пистолетами «Камоци»
  • Пневматика «Камоци» (Италия)
1 099 000 руб.
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Новинка

Конвейер скребковый трубный (КСТ) - это герметичный трубопровод из стандартной трубы, внутри которой движется цепь с закрепленными на ней скребками.

Скребковый конвейер обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами транспорта.

В зависимости от требуемой производительности КСТ может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Под заказ
Новинка
Ленточный конвейер герметичный предназначен для транспортировки сыпучих, пылящих материалов.
Под заказ
Так все больше распространение получают ленточные конвейеры или системы конвейеров на базе пластиковой модульной ленты.
Под заказ

Создание и SEO продвижение промышленных сайтов

Адаптивный дизайн. Интернет магазин с 1С интеграцией.
SEO продвижение. ТОП 10 без ограничения ключевых слов.

Заказать Подробнее
Заказать

Промышленное оборудование

Технология металлов

Товары и услуги

Вся информация, представленная на сайте промпортал.su включая информацию о ценах, наличии товаров и их характеристиках, носит ознакомительный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями ст.437 ГК РФ. Подробности о характеристиках, комплектации оборудования уточняйте у консультантов отдела продаж.