Что такое индукционный нагрев

Что такое индукционный нагрев

Индукционный нагрев – это электрический нагрев с применением электромагнитной индукции. Если поместить предмет из электропроводного материала внутрь катушки, по обмотке которой проходит переменный ток, во вложенном в полость катушки предмете переменным магнитным полем индуцируются вихревые токи. В сущности, речь идет о трансформаторе, в котором вторичной обмоткой является заготовка (обмотка, замкнутая накоротко), а первичной обмоткой является катушка, которая в индукционных нагревателях называется индуктором. Вихревые токи нагревают вложенный предмет (заготовку). Тепло к заготовке подводится переменным магнитным полем, а не градиентом температуры, как при непрямых нагревах, и возникает прямо в заготовке. Все остальное вокруг может быть холодным. Это значительное преимущество индукционного нагрева.

Тепло в заготовке не образуется равномерно по всему сечению. Напр.: при нагреве заготовки цилиндрической формы наибольшая плотность тока будет на поверхности, а к середине снижается приблизительно экспоненциально. Это явление называется скин-эффект.

jx = Jo e-kx

Глубина, в которой плотность тока снижается до значения Jo/e, т.е., на 0,368 плотности на поверхности, называется глубиной проникновения δ

где:

  • ω = 2πf угловая частота, f - частота
  • ρ удельное сопротивление материала заготовки
  • µo проницаемость вакуума (4π x 10-7Hm-1)
  • µr удельная проницаемость материала заготовки.

На практике целесообразно это отношение откорректировать:

В поверхностном слое толщины одной глубины проникновения образуется 86,5% всего тепла, в слое двух глубин проникновения δ 98%, в слое 3δ 99,8 % (относится к цилиндру с диаметром более 8 δ).

Очевидно, что глубина проникновения зависит от частоты тока индуктора и от удельного сопротивления и относительной проницаемости материала заготовки при рабочей температуре заготовки.

Для наглядности приведем глубину проникновения меди и углеродной стали (мм):

частота [Hz] 50 500 1000 2000 4000 8000 10000 20000 50000
медь 40°C 10 3,2 2,3 1,6 1,1 0,8 0,7 0,5 0,3
сталь 1200°C 78 25 17,5 12,3 8,6 6,2 5,5 3,9 2,5

С точки зрения эксплуатационных затрат представляет интерес эффективность нагрева. Приблизительно эффективность η можно оценить с помощью отношения

где:

  • D внутренний диаметр катушки индуктора
  • d диаметр заготовки
  • δ глубина проникновения
  • ρ1 удельное сопротивление материала индуктора
  • ρ2 удельное сопротивление материала заготовки
  • µr относительная проницаемость материала заготовки.

Эффективность снижается с увеличением отношения D/d, потому что уменьшается связь магнитного поля индуктора с заготовкой. Поэтому не выгодно использовать один индуктор для большого диапазона диаметров заготовки. Эффективность снижается и при увеличении отношения δ/d. Низкое значение δ/d используется, например, для поверхностной закалки, при которой происходит быстрый процесс нагрева, а потом охлаждение тонкого поверхностного слоя.

Для формовки (ковки) необходимо, чтобы материал был прогрет по возможности равномерно. Поэтому выбирается более медленный нагрев, чтобы тепло могло разойтись к середине заготовки. Ровномерности нагрева способствует и увеличение глубины проникновения. Выбирается компромисс частоты для достижения необходимого прогрева при хорошей эффективности переноса энергии от индуктора к заготовке.

Практика показала, что для нагрева углеродной стали до 1200°C экономичным является следующий диапазон размеров заготовки:

частота
[Hz]
диаметр заготовки
[мм]
сторона прямоугольного сечения
[мм]
50 200-600 180-550
250 90-250 80-225
500 65-180 60-160
1000 50-140 45-125
2000 35-100 30-80
4000 22-65 20-60
8000 16-50 15-45
10000 15-40 14-35
20000 10-30 9-25

У заготовки плоской формы толщина шины должна более чем в 2,5 раза превышать глубину проникновения. При малой толщине возникает так называемая проницаемость и эффект нагрева снижается, что необходимо учитывать при выборе оборудования.

Для питания индуктора более высокой, чем в распределительной сети (50 Hz), частотой применяются статические преобразователи частоты - тиристорные или транзисторные.

ROBOTERM spol. s r.o. , г. Хотеборж производит преобразователи частоты с тиристорами от 25 до 1200 kW с частотой до 8 kHz и с транзисторами до 200 kW с частотой до 25 kHz .

Индукционный нагрев позволяет хорошо стабилизировать температуру нагреваемых предметов. Для управления процессом восновном применяются свободно программируемые автоматы. Температура в большинстве случаев измеряется бесконтактным способом – пирометрами. При нагреве алюминия и его сплавов используются так же термопары.

Одним из преимуществ индукционного нагрева является возможность его механизации, а в некоторых случаях и автоматизации. Последняя уменьшает необходимость человеческого труда и для очень мощного оборудования просто необходима.

На практике индукционный нагрев используется в следующих областях:

  • для формовки – возможно самая широкая область применения, важным является ровномерное прогревание заготовки
  • для плавления железных и не железных металлов, с низкой и средней частотой
  • для поверхностной закалки – ROBOTERM spol. s r.o., г. Хотеборж при производстве оборудования для закалки сотрудничает также и с приглашенными технологами
  • для пайки – между спаиваемыми металлическими частями вкладывается припой, детали помещаются в индуктор и припой расплавляется
  • для горячего прессования – используется тепловое расширение металлов
  • специальные технологии – сварка, плазма, вакуумная плавка, поддерживание температуры расплавленного стекла. Этими технологиями ROBOTERM spol. s r.o., г. Хотеборж пока еще не занимался.

Aктуальности

Опрокидыватель поддонов VK 01

18.10.2016 Опрокидыватель поддонов VK 01 предназначен для высыпания полуфабрикатов из транспортного поддона указанных ниже размеров. Масса одного высыпаемого предмета не должна подробнее...

Компактный среднечастотный нагреватель KSO 800/1,5-A100

17.10.2016 Компактный среднечастотный нагреватель мощностью 800 kW поставленный на фирму STAKO - Červený Kostelec s.r.o предназначен для индукционного нагрева стальных заготовок круглого или подробнее...

Реконструкция индукционного нагревателя ITO 630/1-A-L

22.9.2016 Реконструкция индукционного нагревателя мощностью 630 kW была проведена для фирмы HKS Forge s.r.o. Trnava Нагреватель предназначен для индукционного нагрева стальных подробнее...

Компактный среднечастотный нагреватель KSO 1000/1,2-C25

26.8.2016 Компактный среднечастотный нагреватель мощностью 1000 kW предназначен для индукционного нагрева стальных заготовок круглого и квадратного сечения до температуры ковки. Тиристорный подробнее...

Компактный среднечастотный нагреватель KSO 630/3-C25

15.8.2016 Компактный среднечастотный нагреватель мощностью 630 kW предназначен для индукционного нагрева стальных заготовок круглого сечения до температуры ковки. Тиристорный подробнее...

Тиристорный преобразователь частоты TMK 630/1,5/0,6

30.5.2016 Сегодня мы доставили компаний ZVS HOLDING, a.s., Snina в Словакии, преобразователь частоты среднесрочнойчастоты мощности 630 kW. В соединении с трёхфазным разделительным подробнее...

links: MARTENZIT, ŠMERAL BRNO, KOMAP, Šroubárna Kyjov, ŠKODA AUTO, OSTROJ, VÍTKOVICE CYLINDERS, MSV Metal Studénka, Kovárna VIVA, ŽĎAS
made by Pavlíček.cz