Индукционные установки для сквозного нагрева металла

Индукционные нагревательные установки применяют главным образом для нагрева мерных заготовок под горячую ковку в кузнечных цехах машиностроительных заводов. Они имеют следующие преимущества:

1. Большая скорость нагрева, а значит, и производительность.

2. Возможность обеспечения поточного характера производства.

3. Возможность автоматизации и механизации процесса и регулирования электрического режима установки.

4. Малый угар металла и меньший брак из-за заштамповки окалины.

5. Малая производственная площадь, занимаемая непосредственно нагревателем.

6. Высокая культура производства (малое загрязнение воздушной среды, малое выделение теплоты, облегчение труда рабочих, чистота рабочего места).

7. Высокое качество термообработки и повышение стойкости

штампов из-за меньшего количества окалины.

К недостаткам индукционных установок следует отнести необходимость в источниках тока средней частоты для заготовок с диаметром меньше 100 мм, необходимость в помещениях для этих преобразователей и конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности нагревателей, а также необходимость высокой квалификации персонала для монтажа и обслуживания установок.

Индукционный сквозной нагрев применяется для различных технологических операций горячей деформации (ковки, штамповки, прокатки, гибки, прессовки и т. п.), а также с целью сварки (поперечной и продольной сварки труб).

Для индукционных установок сквозного нагрева используют ток частотой от 50 до 10 000 Гц от промышленных сетей и преобразователей частоты. Источник питания выбирают в зависимости от размеров заготовок, металла и требуемой производительности установки.

Путем подбора частоты для определенного диаметра детали можно добиться прогрева только поверхностного слоя требуемой глубины либо более глубокого – глубинного прогрева.

Поверхностным называют нагрев, когда теплота передается от поверхности в глубь металла главным образом теплопроводностью при сильном перегреве поверхности. Таким является нагрев в пламенных печах, в печах сопротивления, а также индукционный нагрев с малой глубиной проникновения тока.

Глубинным называют нагрев, происходящий путем выделения теплоты в слое достаточной толщины по сечению детали при отсутствии большого перепада температуры между поверхностью и слоем определенной толщины. Для нагревательных индукционных установок выбор частоты должен производиться таким образом, чтобы обеспечить глубинный тип нагрева, так как при этом будет меньше перегрев поверхности заготовок и выше КПД.

Нагрев считают глубинным, если эквивалентная глубина проникновения ∆_э.гор составляет не менее 0,25–0,45 радиуса нагреваемой

заготовки r₀, т. е. относительный радиус равен r₀ /∆_э.гор > 3− 5.

Необходимую частоту, Гц, для сквозного нагрева цилиндрических стальных заготовок можно определить ориентировочно по выражению

f ≈ 3⋅10⁴ /d₀² , (45)

где d₀ – диаметр нагреваемых заготовок, см.