Расчёт тепловой работы индукционной нагревательной печи

Екатеринбург 2010

Реферат

В данной работе описана индукционная нагревательная печь, служащая для нагрева заготовок из алюминиевых сплавов перед прессованием на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 19,1 МН.

Произведен тепловой расчет индуктора сквозного нагрева металла.

Введение

Электропечи обладают существенными преимуществами по сравнению с топливными печами: обеспечивают большие скорости нагрева и высокую производительность, легкость и точность регулировки теплового режима, возможность нагрева отдельных участков изделия, легкость герметизации и возможность нагрева в вакууме, лучшие условия труда, более высокий КПД (отсутствуют потери с выходящими газами). Основным недостатком таких печей является большая стоимость электроэнергии по сравнению со стоимостью топлива. Условия теплообмена в рабочем пространстве электропечей определяются способом преобразования электрической энергии в тепловую.

В индукционных печах нагрев происходит за счет выделения теплоты непосредственно в нагреваемом металле вихревыми токами, наводимыми в нем переменным магнитным полем. Данные печи широко применяются в качестве нагревательных печей при обработке цветных металлов и сплавов, а так же для получения особо качественных изделий, так как в такой печи отсутствует окислительная атмосфера продуктов сгорания топлива.

Применение индукционного нагрева взамен нагрева в печах сопротивления позволяет:

– быстро выводить печь на рабочую температуру;

– исключает простои, связанные с перегоранием нагревательного элемента;

– обеспечивает энергосбережение при одно- и двусменной работе;

– обеспечивает равномерную температуру заготовки.

Индукционный нагрев позволяет эффективно и быстро нагревать проводящие материалы (металлы, графит др.), за счёт наведения в них вихревых токов. Устройство, с помощью которого в нагреваемом теле наводятся вихревые токи, называется индуктором. К индуктору может быть подведено напряжение промышленной или повышенной (средней, высокой) частоты. От частоты подведённого к индуктору напряжения зависит коэффициент полезного действия и глубина одновременно нагреваемого слоя металла. Наиболее эффективен нагрев на повышенных частотах.

Постоянно расширяющееся многообразие технологий, в которых применяется индукционный нагрев, определяет многообразие форм и видов индукторов, функциональный, мощностной и частотный диапазон индукционного оборудования.

Сегодня индукционный нагрев занимает доминирующее положение в ряде технологий, вытеснив другие виды нагрева. Например, литейные участки большинства машиностроительных предприятий оснащены именно индукционными установками, для пайки инструмента применяется только ТВЧ-нагрев.

1.  Конструкция печи

Индукционные нагревательные установки в настоящее время становятся неотъемлемой частью многих технологических процессов обработки черных и цветных металлов, что определяет разнообразие их конструкций.

Рис. 1. Схемы индукционных нагревательных установок с проходными индукторами разного поперечного сечения: а – круглого; б – квадратного; в - овального; г – щелевого

Для нагрева заготовок по всей длине применяют соленоидные многовитковые проходные индукторы круглого, квадратного или прямоугольного сечения (рис. 1, а и б), для местного нагрева концов длинных заготовок (прутки, трубы) – овальные и щелевые (рис. 1, в и а), для нагрева пластин и лент – овальные, для нагрева кольцевых заготовок (бандажи колес) – индукторы с замкнутым магнитопроводом аналогично принципу работы индукционных канальных печей, при нагреве листового материала – индукторы с поперечным магнитным полем.

В индукционных нагревательных установках заготовки перемещают толкателем с кривошипным (в кузнечных нагревателях типа КИН-К), реечным, гидравлическим или пневматическим приводом (типа КИН-П), «шагающей» направляющей при возвратно-поступательном ее перемещении внутри индуктора от кулачкового механизма (в кузнечных нагревателях типа КИН-Ш); длинные стальные заготовки перемещают приводными «магнитными» роликами (с постоянными магнитами), немагнитные – роликовыми протяжными механизмами, когда ролики устанавливают между секциями длинного индуктора. ............