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不锈钢管感应加热电流频率的选择和加热时间的确定
发布者:不锈钢管厂(www.marketstreat.com) 发布时间:2020/12/20 阅读:640

 不锈钢管感应加热时的效率,取决于电流频率的正确选择:总效率 = 电效率 × 热效率 ,式中 电效率——考虑到电流通过感应器铜线而引起能量损失的效率;热效率——考虑到透过感应器热绝缘的热损失以及加热装置工作过程中辐射掉的热损失时的效率。电效率随着电流频率的升高而提高,并以渐线的形式接近于其本身的极限当坯料直径与热金属内电流穿透深度之比等于10时的电流频率,使加热装置的电效率达到最高。由于感应电流只沿坯料的表面层流动,所以热量也只产生于不锈钢管坯料的表面层而在这一活性放热层下的金属层是按导热的方式来进行加热。由于这种方式的传热需要较长的时间,因而增加了热损失。为了提高加热装置的热效率,采用降低电流频率来增加坯料的电流穿透深度,可缩短加热时间。理论计算与实验得出,对于圆坯,当直径与电流穿透深度之比在3~5时,加热装置的总效率最大。而实际上当这个比值在2.5~60时,所选的电流频率已经能够满足要求。各种直径的圆坯感应加热时,标准电流频率的合理应用范围列于表。

 

 图中所示为感应加热装置的电效率、热效率和总效率与比值的关系特征曲线。铁磁性坏料加热时,为了提高加热速度和减小单位能耗,可以用两种频率的电流,即在磁性转变点以前用低频,如60mm及更大直径不锈钢管坯料时用50Hz电流频率。而在热规范时,则按上述原则选频。但选用双频时应该是经济的。要减少感应加热时间,主要应考虑缩短坯料中心的加热时间。在一定的电流频率下,这会引起坯料表里温差的增加。一般不锈钢管坯料表里温差控制在100℃之内。这个数值就明确了提高加热速度的极限,即限定了坯料的加热时间。对于不同断面尺寸的坯料,采用不同频率的电流时,其加热时间是不同的。在规定的温差下,金属穿透加热的最短允许时间可用理论方法计算。但实际上用实验数据更为准确和便捷。由示波器记录的坯料表面及中心温度的升高过程可以看出,在加热后期,即加热终了的均热时,中心温度超过表面温度。采用感应加热炉加热时,加热时间很短,当感应炉的功率、电压、电流频率一定时,可用式近似计算加热时间。

 

 不同形状不锈钢管坯料加热电流频率和加热时间的选择方法如下:

 

 1. 非实心圆柱形坯料选择加热电流频率及加热时间,原则上与实心圆柱坏料相同。

 

 2. 矩形断面坯料电流频率及加热时间的选择与圆柱形坯料一样,但必须把断面的短边作为圆柱形坯料的直径。

 

 3. 不锈钢管感应加热电流频率的选择原则为坯料加热时间的确定与实心圆柱形坯料相同,但应把管壁厚度作为实心圆柱形坯料的半径。

 

 4. 复杂断面坯料加热时,电流频率按尺寸小的断面选择;加热时间按已选的频率,再按尺寸大的断面来选择。在圆柱形螺线管式感应圈中,电流线集中朝向螺线管里边的表面区域,这称为线圈效应。在计算金属感应加热的参数和规范时,必须考虑被加热材料的电阻率和磁导率与温度的关系。

 

 5. 钢和铸铁的感应加热是以置于交变电磁场中的工作物的截面上不均衡地发出热量为基础的。为了阐明钢和铸铁感应加热的规律性,则要研究当感应器产生的平面电磁波到金属工作物表面上时的情况,及其在金属中的衰减过程。坯料感应加热时,在电流穿透深度层中,所发出的热量各占坯料感应加热所需总热量的90%左右,而坯料金属深层处所产生的热量总共不到10%。感应加热过程的万能性,是对各种断面形状及其长度之比的坯料都能满足加热温度均匀的要求,但其主要的缺点是,变频时需要消耗所用电能的20%-30%。

 

 不锈钢管冷坯料经加热后,一般在径向和轴向存在温差。当感应线圈的端部补偿调整适当、炉子的密封良好时,轴向温差可以控制在30~50℃,而在径向上中心温度偏低。穿孔后,由于变形功和摩擦发热的作用使坯料内孔温度升高,而不锈钢管外表面因为热量的扩散和工模具的吸热使其温度降低。根据试验数据,不锈钢管坯料内孔的温度一般要比外表面温度高80~150℃以上,空心坯料的感应再加热就是在这种条件下进行的。而在高温感应加热时,由于坯料的电流穿透深度较大,如加热时间较长,或采用大功率加热,则会使坯料内孔的温度进一步升高。这是不希望的。希望得到的是,空心坯料通过在挤压前的再加热,内表面的温度略低于外表面,以便在挤压后不锈钢管的内外表面温差最小为此,曾有人提出,穿孔前坯料的感应加热采用工频加热炉。而穿孔后挤压前的空心坯料的感应再加热采用高频加热炉更为有利。图所示为不锈钢管坯料在各个阶段经感应加热后温度分布曲线。

 
 

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