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:
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:
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:
10.12.2020 Благодарим Вас за сотрудничество в 2020 году и желаем Вам больших успехов в работе и личной жизни в Hовом 2021 году. С Новым годом 2021 и Рождеством желает ROBOTERM Chotěboř! подробнее...
20.2.2020 Индукционный оборудование отжига сконструировано для тепловой обработки ... подробнее...
10.12.2019 Благодарим Вас за сотрудничество в 2019 году и желаем Вам больших успехов в работе и личной жизни в Hовом 2020 году. С Новым годом 2020 и Рождеством желает ROBOTERM Chotěboř! подробнее...
27.6.2019 В период с 25 по 29 июня 2019, по прошествии четырех лет, опять открылись ворота крупнейшего мирового события в области нагрева металлов для их дальнейшей переработки – The Bright World подробнее...
14.12.2018 Благодарим Вас за сотрудничество в 2018 году и желаем Вам больших успехов в работе и личной жизни в Hовом 2019 году. С Новым годом 2019 и Рождеством желает ROBOTERM Chotěboř! подробнее...
23.4.2018 Индукционный нагреватель, поставленный фирме Řetězárna Česká Třebová s.r.o., предназначен для индукционного нагрева подробнее...
Индукционный нагрев можно очень хорошо смоделировать ...
подробнее...Индукционный нагрев является особенно выгодным для местной и поверхностной
подробнее...Индукционный оборудование отжига сконструировано для тепловой обработки ...
подробнее...Индукционные нагреватели предназначены для нагрева стальных заготовок круглого
подробнее...