Способ индукционного нагрева заготовок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 94 С 2101 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГРЕВА я к области прокатнопроизводст юл. Р 47кий горно носит таллурсова узнечно-прессовому лью изобретения явл производительности включает нагрев не пряжением низкой ча Кюри, выше точки Кю ьным напряжением вь м, Г,выется вушени проц альси Спосо ным н рименениеагрева в квозноомыше, 1979,тоты доинучаси ашиностро очк кой а дажков В,А, тация высок Л,: Машинос ование способа позвол тоты, Исполь ет сократить по сравнению роектиастотоение,грева на 3 ом синусоид этом КПД уЖаль нагре При аетсяым напряжени сновна е уме но ает в заготовку3 ил. ии п часть э высокои частот СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ1361187 244 В П одводят к преобапряжения синуе с действующим риме ателю 1 контакты КП С (фиг.1) заору синусоокой частоты разсоид альное напряженением У = 275зователя получа В, На выходеют несинусоид ез о у несинусойствующим апряжение с тем абочих гармоник периодическое н амым составом р астоте, но с ув ми 4-й и 7-й га ое ж лиеличенными о У рмоник, т,44,88 с +179,42 +314,16,П(Е) = 141 зп,075 м ,037 м ,028 м Б,0 контакты КПру 3, Приы КП размыо напряжение через 2 подают к индукт о ижении 750 С контак а контакты КС (фи одают, как и в пр льное напряжение в Гц с действующим Ц = 275 В, т.е. Г 2 здп 314,16 е.аждои гар вку, сомон дос каю став 30с 0 соид ты 5 - 27 значе ПИ) ния зонам равИзобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному,и кузнечно-пресеовому производству,Целью изобретения является повышение производительности процесса,Способ включает нагрев до температуры точки Кюри электромагнитнымполем, образованным несинусоидальнымпериодическим напряжением низкойчастоты, выше температуры точки Кюри - электромагнитным полем, образованным синусоидальным напряжениемвысокой частоты,П р и м е р 1. В индукторе длиной 0,67 м, содержащем 25 витковдиаметром 0,225 м, производят нагревзаготовки из углеродистой стали ссодержанием углерода 0,45%, Диаметрзаготовки 0,15 м, длина 0,45 м, До750 С (до точки Кюри) осуществляютрежим холодного нагрева путем подачи к индуктору 3 от преобразователя1 через контакты КП несинусоидального периодического напряжения с заданным составом рабочих гармоникБ(с) = 53 зп 44,88 т ++ 295,з 3.п 314,16,. действующее значение которого равно При достижении 750 азмыкают а контакты мыкают, подают к индук дальное напряжение вы О Гц с таким же, как идального напряжения,начением Б = 244 В,.= 244 2 зп 314,16 Глубина проникновения электромаго итной волны в заготовку при 750 С т каждой рабочей гармоники напряже- 44,88 с,О= 179,42 с,Ы = 314, 16 с,"ощность, предлагаемаякой напряжения в заготляет Р, = 56516 Вт, Р3880 Вт, Р = 643134 Втвенно сумма Р = Р, +03531 Вт. При этом мощность потренергии по энергетическим на Р = 28635 Вт, Р = 80699 Вт, Рш = 894196 Вт.Производят повторный нагрев заготовки при питании индуктора как до температуры точки Кюри (холодный нагрев) так и выше точки Кюри (горя 5очий нагрев) до 1200 С одним и тем же синусоидальным напряжением частотой 50 Гц с действующим Б = 244 В, т,е. Б (е) = 244 12 здп 314,16 с,Мощность передачи энергии в заготовку в режиме холодного нагревапри этом равна Р = 876965 Вт.Сравнивают в соответствии с потребляемой мощностью. время нагрева заготовок до 750 С при питании индуктораот источника несинусоидального напряжения и источника синусоидальногонапряжения с тем же самым действующим значением напряжения У = Б244 В. При этом учитывают, что тепо26 лосодержание при 750 С в обоих случаях нагрева одно и то же. Время нагрева при питании индуктора от источника несинусоидального напряженияоказалось меньше, чем при питании З 0 индуктора с тем же действующим значением синусоидального напряженияна 14,4 Ж.1361187 Р = 1114696 Вт,где П,Мощность передачи энергии в заготовку при нагреве до 750 С от каждойгармоники напряжения составляетР, = 400003 Вт, Р 4 = 464084 Вт, Р 7643134 Вт, Мощность потреблениякаждой энергетической зоной равнаР = 202668 Вт, Р = 160885 Вт, Рп, =1143668 Вт.Суммарная мощность передаваемой 10в заготовку энергии при несинусоидальном токе составляет Р = Р ++ Р 4 + Р = 1507221 Вт,Производят повторный, как в примере 1, нагрев заготовки при питании индуктора от источника синусоидального напряжения частотой 50 Гцсо значением действующего напряжения,равным действующему значению несинусоидального П = 275 В. 20Мощность передачи энергии в заготовку при этом составляет На фиг, 1 показано схематично уст 25 ройство для реализации предлагаемого способа, на фиг, 2 - несинусоидальное периодическое напряжение заданного гармонического состава; на фиг. 3 - области проникновения элект- З 0 ромагнитной энергии разных частот,Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг,1) содержит преобразователь 1 формы напряжения, в котором синусоидальное напряжение сети35 высокой частоты - преобразуется в несинусоидальноепериодическое напряжение Б низкой частоты заданного гармонического состава, контакты КП и КС шкафа 2, индуктор 3, в котором расположена для нагрева заготовка 4.На фиг, 2 показано для одного периода Т напряжение выхода преобразователя 1 формы напРяжения П(С), сфор мированное из отрезков полуволн синусоидального напряжения трех потенциальных уровней (Т - период повторения несинусоидального периодического напряжения, состоящего из 14 равных полупериоду синусоидального напряжения сети отрезков времени),На фиг. 3 показаны границы и зоны действия частот в сечении заготовки, при этом приняты следующие обозначения: Ь Ь, Ь - глубина проникновения энергии электромагнитного поля соответственно от первой, четвертой, седьмой гармонии напряжения," К, К , К - радиусы границ энергетических зон; 1 - первая энергетическая зона, которая ограничивается радиусом К в эту зону проходит электромагнитная энергия только частоты Я, от первой гармоники напряжения; 11 - вторая энергетическая зона, которая ограничивается радиусами К, и КВ эту зону проходит электромагнитная энергия частот я, и Я первой и четвертой гармоник напряженияф 111 - третья энергетическая зона, которая ограничивается радиусами К и К, в эту зону от индуктора (на фиг,З не показан) проходит энергия частот а а , и, соответствен" но первой, четвертой и седьмой рабочих гармоник напряжения, Рг, Р, Рп - среднее значение мощности, передаваемой электромагнитным полем соответственно в энергетические зоны 1, 11, 111Реализацию предлагаемого способа нагрева заготовок осуществляют в устройстве (фиг,1) следующим образом,При подаче синусоидального напряжения высокой частоты на вход преобразователя 1 формы напряжения на выходе его формируется однофазное периодическое несинусоидальное напряжение Б(С) (фиг,2) с составом рабочих гармоник, максимально приближенным к заданному, состоящему из суммы гармоник а 4 ы 7 я, с возрастающими с ростом частоты амплитудами, т,е. Б(Й) = Б, зпИ,С + Ц 4 зп 4 ы,1 ++ П,зп 7 ц,с,амплитуда напряжения К-й гармоники,М - угловая частота основной гармоники,сдк=кы, - угловая частота К-йгармоники. При замыкании контактов КП шкафа 2 несинусоидальное периодическое напряжение П подается к индуктору 3, в котором расположена для нагрева заготовка 4. Под действием каждой из составляющих рабочих гармоник напряжения в индукторе протекает ток и образуется электромагнитное поле, которое в зависимости от частоты проникает в заготовку 4 на различную глубину (фиг.З)Электромагнитное поле, созданное напряжением частотой Я, самой низкой частоты, проникает10 5 20 25 30 35 ао 45 50 55 на всю глубину заготовки д, , поледругих частот ы, ,а, проникает наменьшую глубину, соответственно на6 и д,. Вследствие разной глубиныпроникновения энергии электромагнитных волн разной частоты образуютсяпри трех частотах три энергетическиезоны нагрева: 1, 11 и 111, В зону 1проходит энергия самой низкой из .рассматриваемых частот Ы котораянагревает металл этой зоны за счетпреобразования электромагнитнойэнергии в тепловую, В зону 11 проникает энергия электромагнитного полядвух частот ы, и со и тоже нагревает металл. В зону 111 проходит энергия электромагнитного поля всехчастот рабочих гармоник напряжения,т,е. ы 4 ы 7 ц, и преобразуетсяв тепловую энергию этой зоны. Таккак сопротивление переменному токус понижением частоты уменьшается, тодля ограничения чрезмерного возрастания токов низких частот и 4 ы7 и, амплитуды напряжения этих частотвозрастают с ростом частоты. Какследует из фиг.З, в предлагаемомспособе нагрев вихревыми токами ведется одновременно всех трех зон,против одной (зона 111) в известномспособе (нагрев до температуры точкиКюри проводится токами синусоидальной низкой частоты, выше точки Кюри - токами синусоидальной высокойчастоты). Как и в известном способе,в предлагаемом имеет место за счеттеплопроводности передача теплаот внешних слоев к внутренним, Перепад температуры в процессе нагревамежду внешними и внутренними слоямив предлагаемом способе меньше, Этообъясняется тем, что максимальнаятемпература нагрева внешних слоевостается той же, что и в известномспособе, но температура внутреннихслоев в предлагаемом способе выше,так как во внутренние слои, в томчисле и центральные, поступаетэлектромагнитная энергия от рабочихгармоник напряжения частотой а 4 иЮ , которая преобразуется в тепловую энергию, температура внутреннихслоев поднимается. На фиг. 3 показаны средние мощности потребленияэлектрической энергии в каждой энергетической зоне. Наибольшее потребление электрической энергии имеет ,зона 111, затем зона 11 и соответственно наименьшее потребление имеет зона 1.Проведено сравнение времени нагрева заготовки при питании индуктора от несинусоидального напряжения и синусоидального при нагреве заготовоки до 750 С, Время нагрева при питании индуктора несинусоидальным напряжением оказалось меньше, чем при питании индуктора от источника синусоидального напряжения, на 35,1Таким образом, с увеличением в составе несинусоидального периодического напряжения амплитуд напряжения низких частот сокращается время нагрева, но при этом КПД установки не уменьшается, так как основная часть энергии поступает в заготовку на высокой частоте, а наибольшее количество электрической энергии сосредотачивается в зоне 111 (фиг.З). Использование предлагаемого способа нагрева металлических заготовок в промышленности позволит значительно (на 35 . и более) сократить время холодного нагрева заготовок, что обеспечит увеличение производительности нагреваемых устройств на 17% и более,Формула изобретения Способ индукционного нагрева заготовок, включающий нагрев заготовок до температуры точки Кюри энергией электромагнитного поля низкой частоты и последующий нагрев вьппе температуры точки Кюри энергией электромагнитного поля, образованного синусоидальным напряжением электрического тока высокой частоты, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьппения производительности процесса за счет увеличения скорости нагрева без повьппения предельного перепада температуры поверхности и центра заготовок, электромагнитное поле для нагрева металлических заготовок до температуры точки Кюри образуют несинусоидальным периодическим напряжением низкой частоты, спектр которого содержит рабочие гармоники с возрастающими с ростом частоты амплитудами.1361387 Фва. у Составитель В,РусаненкоТехРед М.Маргентал КоРРектоР А.ОбРУчаР Редактор С.Пекарь Заказ 6198/30 Тираж 550 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5