1. Выбор частоты тока.

Самый высокий к.п.д. индукционного нагревателя при отношении >10 ( – глубина проникновения индуцируемых токов), но объемная удельная мощность имеет max при =3,5…4 (т.е. в 2 раза выше).

Таблица 14.2 Частоты для сквозного нагрева стальных заготовок.

Частота тока, Гц	50	500	1000	2500	4000	8000	10*103 и выше
Диаметр нагреваемой заготовки	150	90-180	60-120	40-80	30-60	20-40	20 и меньше

Предпочтение следует отдавать минимально допустимым частотам.

Перепад температур не должен превышать для стали 100…150⁰С, за время передачи детали к штамповочной машине (это 2…3с) эта разность температур существенно уменьшается.

Различают простой и ускоренный нагрев. Общая продолжительность обычного нагрева в 2,5…3 раза больше, чем ускоренного. В первом случае контролируется перепад температур 100…150⁰С.

2. Выбор времени нагрева.

Очень сложен аналитический расчет – связывающий нестационарный теплообмен – с нелинейными характеристиками нагреваемых заготовок. На практике время нагрева определяют из таблиц или графиков в зависимости от диаметра заготовки и частоты тока, при обычном и ускоренном режиме нагрева.

Главное преимущество обычного нагрева в простоте индуктора (он имеет постоянный шаг витков).

Ускоренный нагрев применяется, как правило, для заготовок равной длины и требуют переменной мощности в процессе нагрева, обеспечиваемой переменным шагом витков по длине индуктора.

Рис. 14.3.Номограмма определения для времени нагрева:

где: – А – ускоренный нагрев; – Б – обычный нагрев;

– 1 – 5 различные частоты тока ГЦ:

– 1 – 500; 2 – 1000; – 2500; 3 – 4000; 5 – 8000.

3. Мощность индукционного нагревателя.

Исходные данные: d₃, производительность G , конечная температура нагрева t_к.

Мощность, выделяемая в нагреваемой заготовке:

[кВт];

где: – t – температура нагрева [⁰С];

– с – удельная теплоемкость [ ];

– G – производительность [ ].

Полезная мощность индуктора должна быть выше при к.п.д. она составит:

P_u= .

Затем определяют длину индуктора. Зная диаметр заготовки d₃, определяют частоту и время нагрева. Затем вычисляют массу 1м длины заготовки m [ ]. Затем по заданной производительности G ( ) находят среднюю скорость ( ) перемещения заготовки в индукторе:

( )

Длина индуктора: (м).

Часто используют 2^ух ступенчатый нагрев стальных заготовок с диаметром d>60(мм)

1. до 770⁰с (точка Кюри, f=50 Гц);

2. t=770…1250⁰с – f=1000…2000 Гц.

4. Индукционная нагревательная установка.

   1. Принципиальная схема индукционной установки.

Рис. 14.4 Схема индукционной установки.

1. – контактор; 2. – электродвигатель; 3. – машинный генератор;

4. – трансформатор высокочастотный; 5. – индуктор с нагреваемой заготовкой; 6 – батарея конденсаторов; 7. – контактор; 8. – панель приборов.

Греть можно продольным и поперечным полем. Время нагрева в поперечном индукторе возрастает в 1,5…2 раза.

Индуктор – основной конструктивный элемент.

Витки индуктора выполняют из медной трубки прямоугольного сечения. Витки изолированы. Трубка охлаждается водой.

Конструкции нагревателей.

1. Периодического действия (изменение температуры в процессе нагрева).

2. Непрерывного действия.

Электрические печи с жидкими теплоносителями

Различают: соляные, масляные, щелочные, селитровые ванны с температурой t=150…1300⁰с.

Они применяются для термической обработки инструментальных и легированных сталей.

Нагрев в электролите.

Рис.14.5. Схема нагрева в электролите.

1 – ванна; 2 – электролит; 3 – анод – металлическая пластина;

4 – катод – металл заготовки; 5 – газовая оболочка.

Пропускается постоянный ток с напряжением 200…250В, большой плотности. Заготовка быстро нагревается.

Электролиты: растворы солей щелочных металлов, растворы кислот и щелочей, чаще всего BaCl₂ и NaCl.

Главные недостатки нагрева в электролите:

– значительный расход электрической энергии – до 5400 Мдж на 1т нагреваемого металла;

– низкая стойкость электродов;

– небольшие размеры нагреваемых заготовок;

– невозможность нагрева длинных заготовок.

Таблица 14.3

Технико-экономические показатели

разных методов нагрева электрического нагрева

Метод	Размеры заготовки		Расход электроэ- нергии, кВт/т	Относительная стоимость
	Диаметр, мм	Длина, мм		Устновленная мощность квт .	Производи тельность >500	Нагрева 1т загото- вок
В печах сопротивления	По размерам камеры		2160 – 4320	1	1	1
Индукционный токами частота, Гц 50 500-1000	170 – 30 15 – 160	любая	1440 1800	0.83 1.67	1,04 1,48	0,84 0,90
контактный	18 – 75		1440	0,95	10,42	0,70
В электролите	5 – 50		3600 – 5400	0,75	1,13	2