Способ индукционного нагрева металлических заготовок

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - расширение диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД на2 гревателя. Перед помещением заготовки 1 в переменное магнитное поле, 4 создаваемое в рабочей зоне 3, изменяют объем последней путем изменения площади поверхности, ограниченной индуктирующим проводом, и величины расстояния между секциями 6 и 7 индуктора , входящего в состав нагревательного контура 8, подсоединенного к статическому преобразователю 10 частоты с обратной связью 11. Изменение этих величин производят так, чтобы индук-. тивность без заготовок превысила индуктивность с заготовкой в 1,2-2,5 раза. Обратную связь 11 задают от нагревательного контура 8 и генерируют переменный ток статическим преобразователем 10 на собственной резонансной частоте контура 8. 4 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1l) (1)5 П 05 В 6/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ l1+lT СССР (21) 4716890/07 (22) 11.07.89 (4G) 23.06.91. Бюл. Р 23 (72) О.А.Коченюк, Д.Л. Эубер и Г. 1.Цодиков (53) 681.365.52 (088.8) (56) Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. — M. Ë.: Энергия, 1965, с. 327331.

Справочник "Электрооборудование и автоматика электротермических установок". — M.: Энергия, 1978, с, 209. (54) СПОСОБ ИПДУ1 ЦИОННОГО НАГРГВА MEтллличгс1 их ЗАГОтово1 (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — расширение диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД наИзобретение относится к электротермии и может быть применено при индукционном нагреве металлических заготовок перед пластической деформацией или термообработкой.

Цель изобретения — расширение диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД .

На (>иг.1, изображена схема заготовок большого диаметра, на фиг.2 разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 — - схеМа нагрева заготовок малого диаметра, на i èã.4 — разрез Б-Б на Лиг.3.

Подлежащую нагреву эаготовку 1 помещают в переменное электромагнитное поле 2, создаваемое н рабочей зоне 3.

Объем рабочей эоны определяется плоцадью поверхности, ограниченной

2 гревателя. Перед помещением заготовки 1 в переменное магнитное поле, создаваемое в рабочей зоне 3, изменяют объем последней путем изменения плоцади поверхности, ограниченной индуктируюцим проводом, и величины расстояния между секциями 6 и 7 индуктор», входящего в состав нагревательног0 контура 8, подсоединенного к статическому преобразователю 10 частоты с обратной связью 11. Изменение этих величин производят так, чтобы индук-. тивность без заготовок превысила индуктивность с заготовкой в 1,2-2,5 раза. Обратную связь 11 задают от нагревательного контура 8 и генерируют переменный ток статическим преобразователем 10 на собственной резонансной частоте контура 8. 4 ил. индуктирующим проводом 4 индуктора 5, состоящего, например, из двух секций

6 и 7, и технологическим зазором индуктора 5, входящего в состав нагревательного контура 8, состоящего из индуктора 5 и емкости 9. Нагревательный контур 8 подсоединен к статическому преобразователю частоты 1О с обратной связью 11, снимаемой с элемента нагревательного контура 8, например с секции 6 индуктора 5.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед внесением заготовки 1 в рабочую зону 3 замеряют индуктивность индуктора 5 без заготовки 1. а пос.ю у ле внесения — индуктивность с заготовкой 1.с . При отношении Lg /L =

1658422

М Lcy C

1500 Гн.

20

30

40

45 (1,2...2,5) включают статический преобразователь частоты 10 и осуществляют уагрев заготовки 1 на частоте, близкой к оптимальной с максимальным

I:ПД. При Lg /1. (1,2 уменьшают объем рабочей зоны 3 или за счет изменения площади поверхности, ограниченной индуктируюцим проводом 4, например, эа счет отключения части витков или за счет уменьшения технологического зазора индуктора 5, например, путем сближения секций 6 и 7 индуктора 5 до тех пор, пока Lgy/Lc+ не окажется в пределах 1,2...2,5. 11осле этого включают преобразователь частоты 10.

При Lg /1.<ЪО 2,5 увеличивают объем рабочеи эоны 3 или за счет изменения плоцади поверхности, ограниченной индуктируюцим проводом 4, например, эа счет подключения части витков секции индуктора 5, или путем увеличения технологического зазора индуктора 5, например путем раздвижения секций 6 и 7 до тех пор, пока I.g1,/Lz не окажется в пределах 1,2...2,5, после чего включается преобразователь частоты 10. Обратная связь 11, берущаяся с элемента нагревательного контура 8, например с секцией 6 индуктора

5, обеспечивает изменение генерируемой частоты в зависимости от величины индуктивности индуктора 5 и оказывается близкой к оптимальной для нагрева заданного типа заготовки 1.

Экспериментальная проверка производилась на индукторе 5, состоящем из двух секций в виде плоских спиральных катушек 6 и 7, расположенных в горизонтальной плоскости. Размеры катуыек: внутренний диаметр 500 мм, наружнь»»» диаметр 1200 мм, число витков—

6, катушки соединялись встречно с воэможностью взаимного перемещения вдоль общей оси. Эксперименты проводились над заготовками 1 диаметрами

25, 160, 130 мм. Результаты экспериментов приведены в таблице.

При нагреве заготовок диаметром

100 мм, длиной 200 мм технологический зазор между катушками 6 и 7 составлял 170 мм, число подключенных витков — 5, площадь поверхности, ограниченная индуктирующим проводом, S 1,45 и . Индуктивность индуктора без заготовки Lg = 11,5 10 Гн, ин-6 дуктивность индуктора с заготовкой

L = 8,8 10 Гн, отношение

1 Въ

1,3, емкость конденсаторной

1 с ». батареи С = 1216 ° 10»!). Резонансная частота нагревательного контура 8 для заготовки 1 диаметром 100 мм

КПД составил 677.

При переходе на нагрев заготовки 1 меньшего диаметра (см. фиг. 3 и 4), например диаметром 25 мм и длиной

100 »»м, являющейся прозрачной для частоты 1500 Гц, на которой осуществлялся нагрев заготовки диаметром

100 мм, изменяют расстояние h между секциямп 6 и 7 индуктора и площадь В поверхности, ограниченной индуктируюцим проводом, до такой величины, чтобы I, g /1. < = 1, 2... 2, 5 °

I! пр»»иере Ь = 60 мм, S = 0,469 м, число подключенных витков составило

3. Индуктивность беэ заготовок Lg =

2,16 -10 Гн индуктивность с эаго-6 товками 1.. = 0,939 10 Гн, отноше— б

I 8ъние -- - — = 2,3.

1- с

Резонансная частота — 4710 Гц, т.е. резонансная частота увеличилась в 3,14 раза и является близкой к оптимальной для нагрева заготовки диаметром 25 мм. Нагрев заготовки на этой частоте осуществляется с максимальным ЕПД, который составил 66X..

При от»»ошени»» I.g /L»- + 2,5 резонансная частота увеличивается, но уменьшается добротность контура до величин порядка 5-6, что ведет к срыву генерации и резкому падению уровня отдаваемой модности (см. таблицу).

При уменьшении I.g>/L (1,2 увеличение резонансной частоты оказывается недостаточным для обеспечения нагрева заготовок и КПД резко снижается. Ероме того, поверхность заготовки удаляется от индуктирующего провода и индуктора 5, что также ведет к снижению КПД. Добротность контура становится порядка 35-40, что приво1658422

1160 Гн.

I 31iLek

1,2

КПД индуктора отн.ед преобразователя,кВт мощность

38

310

64

480

69

450

68

460

210

450

6 10

69

600

69

590

71

300

100

43

600

67

740

130

69

730

720

340 дит к возбуждению генератора на гармониках, отличных от основной частоты и соответственно снижению КПД и уровня моцности, отдаваемой геператором (см. таблицу).

При переходе на нагрев заготовки большего диаметра, например диаметром

130 мм и длиной 250 мм, увеличивают расстояние между секциями 6 и 7 и плоцадь поверхности, ограниченной иидуктируюцим проводом, путем подключения шести витков. Тогда h = 200 мм, -б

8 =- 1,87 м2 I gy = 18 7 ° 10 Гн, 1 с 15,5- 1О- Гн, 1 g I. c

Резонансная частота

Такая частота тока обеспечивает качественный и скоростной нагрев готонок с высоким КПД, который в эксперименте составил 677. (см. таблицу).

В таблице принодятся экспериментальные данные по замеру КПД индуктора и мощности, отдаваемой преобразователем при различных отношениях индуктинности контура беэ заготовки и с заготовкой для различных диаметров нагреваемых заготовок.

Предлагаемый способ обеспечивает нагрев широкого диапазона типоразмеров заготовок с высоким КПД. Он найдет широкое применение в гибких переналаливаемых системах, так как позноллет обеспечить быструю переналадку при переходе иа новый типоразмер заготовок, а также в мелкосерийном производстве поковок, где может быть использонан вместо пламенного нагрева.

Использование этого способа нагрева позволит получить экономию металла, снизить процент обезуглероживания слоя, улучшить культуру производства

10 и экологическое воздействие на окружающую среду.

О о р и у л а и з о б р е т е н и я

Способ индукционного нагрева металлических заготовок, при котором заготовку помещают в рабочую зону индуктора, выполненного по меньшей мере из одной секции, подключают его к статическому преобразователю частоты и в процессе нагрева поддерживают частоту тока преобразователя равной собственной резонансной частоте контура, образованного индуктором с заготовкой и компенсирующей конденсаторной батареей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона типоразмеров нагреваемых заготовок при сохранении КПД, дополнительно контролируют величину индуктивности ингуктора без заготовки и с заготовкой и перед размещением заготовки в индукторе устанавливают от- . ношение индуктивности без заготовки к индуктивности с заготовкой в интервале 1,2-2,5 путем изменения плоцади поверхности, ограниченной HH35 дуктируюцим токопроводом и (или) изменением расстояния между секциями пндуктора. !

2025128 1658422

Фие. 2

Фиг.!

Составитель О. урпак

Редактор Т.Иванова Техред М.Лидьпс Корректор Л Патай

Заказ 2436 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iN-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1