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不銹鋼管感應加熱電流頻率的選擇和加熱時間的確定
發布者:不銹鋼管廠(www.jstcgh.com) 發布時間:2020/12/20 閱讀:331

 不銹鋼管感應加熱時的效率,取決于電流頻率的正確選擇:總效率 = 電效率 × 熱效率 ,式中 電效率——考慮到電流通過感應器銅線而引起能量損失的效率;熱效率——考慮到透過感應器熱絕緣的熱損失以及加熱裝置工作過程中輻射掉的熱損失時的效率。電效率隨著電流頻率的升高而提高,并以漸線的形式接近于其本身的極限當坯料直徑與熱金屬內電流穿透深度之比等于10時的電流頻率,使加熱裝置的電效率達到最高。由于感應電流只沿坯料的表面層流動,所以熱量也只產生于不銹鋼管坯料的表面層而在這一活性放熱層下的金屬層是按導熱的方式來進行加熱。由于這種方式的傳熱需要較長的時間,因而增加了熱損失。為了提高加熱裝置的熱效率,采用降低電流頻率來增加坯料的電流穿透深度,可縮短加熱時間。理論計算與實驗得出,對于圓坯,當直徑與電流穿透深度之比在3~5時,加熱裝置的總效率最大。而實際上當這個比值在2.5~60時,所選的電流頻率已經能夠滿足要求。各種直徑的圓坯感應加熱時,標準電流頻率的合理應用范圍列于表。

 

 圖中所示為感應加熱裝置的電效率、熱效率和總效率與比值的關系特征曲線。鐵磁性壞料加熱時,為了提高加熱速度和減小單位能耗,可以用兩種頻率的電流,即在磁性轉變點以前用低頻,如60mm及更大直徑不銹鋼管坯料時用50Hz電流頻率。而在熱規范時,則按上述原則選頻。但選用雙頻時應該是經濟的。要減少感應加熱時間,主要應考慮縮短坯料中心的加熱時間。在一定的電流頻率下,這會引起坯料表里溫差的增加。一般不銹鋼管坯料表里溫差控制在100℃之內。這個數值就明確了提高加熱速度的極限,即限定了坯料的加熱時間。對于不同斷面尺寸的坯料,采用不同頻率的電流時,其加熱時間是不同的。在規定的溫差下,金屬穿透加熱的最短允許時間可用理論方法計算。但實際上用實驗數據更為準確和便捷。由示波器記錄的坯料表面及中心溫度的升高過程可以看出,在加熱后期,即加熱終了的均熱時,中心溫度超過表面溫度。采用感應加熱爐加熱時,加熱時間很短,當感應爐的功率、電壓、電流頻率一定時,可用式近似計算加熱時間。

 

 不同形狀不銹鋼管坯料加熱電流頻率和加熱時間的選擇方法如下:

 

 1. 非實心圓柱形坯料選擇加熱電流頻率及加熱時間,原則上與實心圓柱壞料相同。

 

 2. 矩形斷面坯料電流頻率及加熱時間的選擇與圓柱形坯料一樣,但必須把斷面的短邊作為圓柱形坯料的直徑。

 

 3. 不銹鋼管感應加熱電流頻率的選擇原則為坯料加熱時間的確定與實心圓柱形坯料相同,但應把管壁厚度作為實心圓柱形坯料的半徑。

 

 4. 復雜斷面坯料加熱時,電流頻率按尺寸小的斷面選擇;加熱時間按已選的頻率,再按尺寸大的斷面來選擇。在圓柱形螺線管式感應圈中,電流線集中朝向螺線管里邊的表面區域,這稱為線圈效應。在計算金屬感應加熱的參數和規范時,必須考慮被加熱材料的電阻率和磁導率與溫度的關系。

 

 5. 鋼和鑄鐵的感應加熱是以置于交變電磁場中的工作物的截面上不均衡地發出熱量為基礎的。為了闡明鋼和鑄鐵感應加熱的規律性,則要研究當感應器產生的平面電磁波到金屬工作物表面上時的情況,及其在金屬中的衰減過程。坯料感應加熱時,在電流穿透深度層中,所發出的熱量各占坯料感應加熱所需總熱量的90%左右,而坯料金屬深層處所產生的熱量總共不到10%。感應加熱過程的萬能性,是對各種斷面形狀及其長度之比的坯料都能滿足加熱溫度均勻的要求,但其主要的缺點是,變頻時需要消耗所用電能的20%-30%。

 

 不銹鋼管冷坯料經加熱后,一般在徑向和軸向存在溫差。當感應線圈的端部補償調整適當、爐子的密封良好時,軸向溫差可以控制在30~50℃,而在徑向上中心溫度偏低。穿孔后,由于變形功和摩擦發熱的作用使坯料內孔溫度升高,而不銹鋼管外表面因為熱量的擴散和工模具的吸熱使其溫度降低。根據試驗數據,不銹鋼管坯料內孔的溫度一般要比外表面溫度高80~150℃以上,空心坯料的感應再加熱就是在這種條件下進行的。而在高溫感應加熱時,由于坯料的電流穿透深度較大,如加熱時間較長,或采用大功率加熱,則會使坯料內孔的溫度進一步升高。這是不希望的。希望得到的是,空心坯料通過在擠壓前的再加熱,內表面的溫度略低于外表面,以便在擠壓后不銹鋼管的內外表面溫差最小為此,曾有人提出,穿孔前坯料的感應加熱采用工頻加熱爐。而穿孔后擠壓前的空心坯料的感應再加熱采用高頻加熱爐更為有利。圖所示為不銹鋼管坯料在各個階段經感應加熱后溫度分布曲線。

 
 

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