Поперечный краевой эффект при индукционном нагреве
Понятие "краевой эффект" как ослабления напряженности магнитного поля на краях индуктора. Индукционный нагрев тел. Способы повышения равномерности нагрева по периметру прямоугольных заготовок. Электрические и теплофизические свойства нагреваемого металла.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.01.2020 |
| Размер файла | 223,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Поперечный краевой эффект при индукционном нагреве
Л.С. Зимин, А.М. Щелочкова
Самарский государственный технический университет
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Анализируются краевые эффекты при индукционном нагреве тел прямоугольной формы.
Ключевые слова: краевой эффект, индуктор, сляб.
В индукционном нагреве общеизвестно понятие «краевой эффект», под которым подразумевают ослабление напряженности магнитного поля на краях индуктора. Степень проявления этого эффекта зависит от соотношения размеров длины индуктора и его поперечного сечения, независимо от формы последнего. Краевой эффект является основной причиной неравномерности нагрева заготовок по длине. Отстроиться от этого явления в какой-то степени возможно при помощи выбора оптимальной величины заглубления торцов заготовок.
В то же время индукционный нагрев тел с резко изменяющейся кривизной поверхности, например, прямоугольных, к которым в первую очередь относятся слябы, характеризуется явлением, которое не возникает в случае нагрева цилиндрических заготовок. Это явление заключается в неравномерности температурного поля по периметру заготовки даже в том случае, когда напряженность магнитного поля по всей поверхности поперечного сечения одинакова, как это имеет место при плоскопараллельном характере магнитного поля. По аналогии с неравномерностью магнитного поля по длине индуктора это явление называют «поперечный краевой эффект», а неравномерность поля по длине - «продольный краевой эффект», хотя эти эффекты имеют разную физическую основу. Причиной «поперечного краевого эффекта» является двумерный характер электромагнитного и температурного полей в поперечном сечении.
Принимая магнитное поле в первом приближении плоскопараллельным, можно для напряженности магнитного поля записать уравнение:
заготовка краевой эффект индуктор
; (1)
, , , (2)
где и - половины сторон поперечного сечения сляба; - глубина проникновения тока.
Решая (1), (2) и учитывая, что
(3)
, , (4)
получаем мощность внутренних источников тепла:
, (5)
где , , - удельная электропроводность; - функция, зависящая от соотношения размеров поперечного сечения сляба и глубины проникновения.
Анализ распределения внутренних источников позволяет сделать вывод, что понятие глубины проникновения в трактовке для полуограниченного тела (по формуле Штейнметца) в данном случае не всегда применимо. Характер изменения плотности мощности зависит не только от , но и от .
С учётом (5) были проведены исследования температурных полей немагнитных слябов. Основной интерес представляет температурное поле в конечной, обычно квазистационарной, стадии нагрева.
Характерной особенностью, присущей индукционному нагреву тел прямоугольной формы, является наличие градиента температуры по периметру поперечного сечения, причем знак градиента зависит от соотношения размеров поперечного сечения и глубины проникновения. Таким образом, степень проявления поверхностного краевого эффекта и зависящая от него неравномерность температурного поля зависят от электрических и теплофизических свойств нагреваемого металла, размеров поперечного сечения, частоты тока индуктора и величины тепловых потерь.
Рис. 1. Краевой поперечный эффект Рис. 2. Коэффициент kп
Наглядной иллюстрацией этого эффекта является график на рис. 1. На этом графике представлены зоны недогрева и перегрева углов по отношению к середине широкой стороны с учетом теплового к.п.д. (?т). Кривые на рис. 1 разделяют плоскость параметров нагреваемых заготовок на две зоны: слева от каждой кривой - зона недогрева ребер и углов, справа - перегрева. Тепловые потери будут всегда уменьшать нагрев ребер и углов или усугублять их недогрев. О степени проявления поперечного краевого эффекта можно судить по коэффициенту kп (рис. 2). Значения этого коэффициента были получены при исследовании интегрального аналога вектора Пойтинга - поверхностной плотности мощности, без решения последующей тепловой задачи. Как видно на рис. 2, изменение в широком диапазоне приводит лишь к незначительному разбросу характеристик (не более 3,6%) при больших отношениях /. При kп= 0 влияние краевых зон можно не учитывать, при kп ? 0 будет положительный краевой эффект, при kп ? 0 - отрицательный. Для всех практически возможных тепловых к.п.д. при ? 1 углы будут недогреваться, а при ? 5 - перегреваться.
Рис. 3. Нагрев алюминиевого сляба Рис. 4. Нагрев титанового сляба
Рис. 5. Нагрев двух слябов
Приведенные соотношения характерны для нагрева на частоте 50 Гц слябов промышленных габаритов из алюминиевых и титановых сплавов. Эти сплавы являются немагнитными, но резко отличаются по физическим параметрам: удельное электросопротивление титановых сплавов более чем в 20 раз превышает аналогичную константу для алюминиевых, а теплопроводность титановых, наоборот, в 10 раз меньше, чем у алюминиевых. Один из способов повышения равномерности нагрева по периметру прямоугольных заготовок заключается в нагреве двух и более заготовок в одном индукторе. На рис. 5 представлен сравнительный нагрев одного сляба (Д16 280Ч1400Ч1070 мм) и двух слябов (Д16 280Ч830Ч107 мм) в индукторе с внутренними размерами (по медной трубке) 420Ч1900Ч1200 мм. Несмотря на то, что в случае нагрева двух слябов общая ширина (1660 мм) и скорость нагрева выше, перепад температуры по периметру меньше.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Учет температурно-временных параметров высокотемпературного нагрева с целью повышения равномерности прогрева слитков, полноты сфероидизации карбидной фазы и подготовки структурного состояния металла после высокотемпературного нагрева к деформации.
научная работа [909,8 K], добавлен 16.01.2023Технологическая схема обработки материалов давлением, обоснование выбора типа печи, конструкция ее узлов, расчет горения топлива и нагрева заготовки. Количество тепла, затрачиваемого на нагрев металла, потери в результате теплопроводности через кладку.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.01.2016Описание индукционной нагревательной печи, служащей для нагрева заготовок из алюминиевых сплавов перед прессованием на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 19,1 МН. Порядок произведения теплового расчета индуктора сквозного нагрева металла.
контрольная работа [319,4 K], добавлен 21.12.2010Характеристика тепловой работы методических нагревательных печей. Тепловой расчёт методической печи, её размеры, потребность в топливе и время нагрева металла. Математическая модель нагрева металла в методической печи. Внутренний теплообмен в металле.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 20.06.2012Элементы установок индукционного нагрева. Расчеты частоты нагревательной индукционной установки. Определение мощности и размеров индуктора, его электрический расчет. Применение низкочастотного индукционного нагрева в электрических водонагревателях.
курсовая работа [460,3 K], добавлен 18.11.2010Физическая сущность пластической деформации. Общая характеристика факторов, влияющих на пластичность металла. Особенности процесса нагрева металла, определение основных параметров. Специфика использования и отличительные черты нагревательных устройств.
лекция [21,6 K], добавлен 21.04.2011Изучение методов моделирования в металлургии, понятие эксперимента и условия его проведения. Основные уравнения современной вычислительной гидрогазодинамики. Проведение моделирования нагрева одной, двух, четырех заготовок в печи высокоточного нагрева.
дипломная работа [11,6 M], добавлен 22.07.2012Исследование снижения энергоемкости операций магнитно-импульсной штамповки трубчатых заготовок по схеме обжима путем научно обоснованного выбора геометрии спирали индуктора-концентратора и управления процессом разряда магнитно-импульсной установки.
дипломная работа [5,4 M], добавлен 14.10.2009Разработка трехмерной численной модели процесса нагрева вращением цилиндрических алюминиевых заготовок в постоянном магнитном поле. Проведение параметрических исследований. Оценка влияния конструкции установки на распределение температуры в заготовке.
курсовая работа [549,8 K], добавлен 31.03.2016Нагрев металла перед прокаткой. Автоматизация процесса нагрева металла. Выбор системы регулирования давления. Первичный измерительный преобразователь перепада давления. Метод наименьших квадратов. Измерение и регистрация активного сопротивления.
курсовая работа [170,7 K], добавлен 25.06.2013Технологический процесс получения неразъемных соединений деталей в результате их электрического нагрева до плавления или пластического состояния. Нагрев токопроводящего материала с помощью установок индукционного нагрева. Метод электроискровой обработки.
презентация [470,2 K], добавлен 06.03.2014Расчет горения топлива: пересчет состава сухого газа на влажный, определение содержания водяного пара в газах. Расчет нагрева металла. Позонный расчет внешней и внутренней задачи теплообмена. Технико-экономическая оценка работы методических печей.
курсовая работа [120,6 K], добавлен 09.09.2014Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей. Температура нагрева и скорость охлаждения. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении. Твердость и износостойкость режущего инструмента. Выбор режима охлаждения при закалке стали.
презентация [209,6 K], добавлен 14.10.2013Дилатометрическая кривая распада мартенсита. Влияние печной атмосферы при нагреве. Режимы термической обработки (температура и время нагрева). Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки литья, сварки, обработки резанием. Влияние скорости нагрева.
лекция [67,1 K], добавлен 14.10.2013Влияние холодной пластической деформации и рекристаллизации на микроструктуру и механические свойства низкоуглеродистой стали. Пластическая деформация и ее влияние на свойства металлических материалов. Влияние температуры нагрева на микроструктуру.
контрольная работа [370,2 K], добавлен 12.06.2012Разработка лабораторной установки для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля. Расчет экономии топлива при использовании магнитного активатора. Исследование изменения масса баллона и характера пламени.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.03.2017Нагревательные толкательные печи, их характеристика. Разновидности печей. Расчет горения топлива, температурный график процесса нагрева, температуропроводность. Время нагрева металла и основных размеров печи. Технико-экономические показатели печи.
курсовая работа [674,8 K], добавлен 08.03.2009Производственная программа термического участка. Расчет времени нагрева и выдержки деталей при отпуске. Контроль процессов термической обработки. Обоснование выбора оборудования. Определение глубины закаленного слоя. Параметры охлаждения индуктора.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 29.04.2015Расчет теплопроводности при сварке. Тепловые схемы и классификация источников нагрева. Мгновенный линейный источник в пластине, в стержне, на поверхности плоского слоя. Расчет температурного поля движущихся источников нагрева и методом интегрирования.
контрольная работа [4,1 M], добавлен 25.03.2016Повышение твердости стали за счет образования мартенситной структуры. Превращение перлита в аустенит. Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки. Основные фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении.
доклад [19,3 K], добавлен 17.06.2012
