Параметры нагрева заготовок сопротивлением

Сила тока и мощность, выделяющаяся в заготовке. Нагреваемая заготовка зажимается между двумя парами массивных контактов (в связи с тем, что для подключения заготовки к источнику тока требуется система мощных контактов, этот метод нагрева часто называют контактным, что, однако, не отражает его физического смысл) соединенных с вторичной обмоткой понижающего трансформатора, первичная обмотка которого при помощи контактора подключается к питающей электросети напряжением 380 или 220 в. Сила тока, протекающего в заготовке:

I=U/Z

где I - сила тока в заготовке в а; U - напряжение на контактах установки в в; Z = √R₂+ X₂ - полное сопротивление заготовки, учитывающее ее активное и индуктивное сопротивление; X - индуктивное сопротивление заготовки; активное сопротивление заготовки;  - удельное сопротивление металла заготовки в ом·см; I - длина заготовки в см; S - поперечное сечение нагреваемой заготовки в см². При определении S необходимо учитывать глубину проникновения тока в металл заготовки (см. табл. 5).

Мощность         Р₃= I²R·10^-3 квт.

Количество тепла             q = 0,24 I²R ккал/сек.

Для увеличения производительности нагревательного устройства желательно применять возможно большую скорость нагрева (прирост температуры в 1 сек), которая пропорциональна мощности, передаваемой в заготовке. Однако при чрезмерно большой мощности в местах контакта развивается местный перегрев, приводящий к оплавлению заготовки.

Предельная мощность, которую можно подводить к заготовке, ограничивается давлением, развиваемым под контактами, и в меньшей степени диаметром нагреваемой заготовки.

Размер заготовок. Методом сопротивления чаще всего нагревают заготовки диаметром 20-50 мм.

Выбор мощности трансформатора. Интенсивность ввода энергии в заготовку можно характеризовать средней удельной погонной мощностью р, которая развивается в заготовке, на единицу ее длины (например, на 1 см). При обычно применяемом давлении под контактами (см. ниже) рекомендуется следующая средняя удельная мощность в зависимости от диаметра заготовки:

Необходимая активная мощность нагревательного трансформатора

Выбор давления на контакты. Для обеспечения удовлетворительной работы контактов установки при рекомендованных выше удельных мощностях рекомендуют применять следующие контактные давления в зависимости от диаметра заготовок:

Для  уменьшения недогрева концов заготовки (зона А на рис. 14) их размещаютног в контактах так, чтобы контактирование происходило на длине, не превышающей половины ее диаметра. В этом случае распределение температур в местах контакта соответствует зоне Б на рис. 14. Рис. 14. Схема распределения температур на концах заготовки при различном их расположении в контактах установки

Наблюдаемая неравномерность нагрева (перегрев за контактом и недогрев под контактом) при рекомендованных удельных мощностях не снижает качества металла, так как при диаметрах заготовок выше 30 мм температуры достаточно выравниваются во время переноса заготовки из нагревателя в ковочный агрегат.

При диаметрах заготовок, меньших 30 мм, охлаждающее действие контактов сказывается столь сильно, что для получения приемлемого прогрева заготовки под контактом прибегают к снижению давления под ним примерно в середине цикла нагрева. Это осуществляется автоматически посредством уменьшения давления в цилиндрах, зажимающих контакты.

Время нагрева заготовки до ковочной температуры (1200° С).

Наименьшеговремени нагрева заготовки до ковочной температуры при стабильной, устойчивой работе установки можно достигнуть в том случае, если в заготовке развиваются приведённые выше значения удельной мощности. Зависимость величины этого времени от диаметра заготовки показана на  рис.15 Рис. 15. Рекомендуемое минимальное время нагрева методом сопротивления в зависимости от диаметра заготовки

Если из каких-либо соображений применяемая средняя удельная погонная мощность отличается от приведенных выше величин, то время нагрева заготовки можно определить по формуле

где t - время нагрева заготовки в сек; G - вес заготовки в кГ; с - средняя удельная теплоемкость стали в ккал/кг° С в интервале температур нагрева (для большинства сталей с = 0,17); ΔТ - повышение температуры заготовки в процессе нагрева в С; Р_а — средняя потребляемая в процессе нагрева мощность трансформатора; η_тр — к. п. д. трансформатора.

Расчетные параметры трансформатора. Величины вторичного рабочего напряжения, подводимого к заготовке, можно определить по формуле, предложенной Е. И. Натанзоном и Г. М. Тельновым:

где U_cp - среднее за время нагрева напряжение, подводимое к заготовке, в в; l_к - длина нагреваемой части заготовки (расстояние между контактами) в мм; η_тр - к. п. д. нагревательного трансформатора при нагреве данной заготовки; t - время нагрева заготовки в сек.

Вторичное напряжение холостого хода U_2х.х нагревательного трансформатора будет отличаться от рабочего напряжения, подводимого к заготовке, на величину падения напряжения в трансформаторе, что учитывается соотношением

U_2х.х =К_нU_ср

где К_н - коэффициент, учитывающий падение напряжения в трансформаторе, он зависит от тока нагрузки трансформатора и ориентировочно может быть взят по рис. 16.

Рис. 16. Коэффициент, учитывающий падение напряжения в трансформаторе в зависимости от его тока нагрузки Среднее значение вторичного тока ориентировочно определится из соотношения где р - средняя удельная мощность в квт/см; l - длина заготовки  в мм.

Кажущаяся мощность трансформатора

где U₁I₁ - напряжение и ток в первичной цепи трансформатора; cos φ - коэффициент мощности трансформатора (может быть ориентировочно взят по рис. 17).

Рис. 17. Ориентировочная зависимость коэффициента мощности на первичных зажимах нагревательного трансформатора в зависимости  от соотношения  l/d2 - заготовки Расчетная мощность трансформатора

где К - коэффициент повторно-кратковременного режима,

здесь Σt - суммарное время работы установки за 1 ч или смену; Σ(t+t_n) - общее время работы установки, включая и паузы между включениями (час или смена).

Значения Р_расч, U_2x.x, а также величина первичного напряжения U₁ (напряжения питающей сети) являются исходными данными для проектирования нагревательного трансформатора.