致力于中頻爐加熱技術(shù)的研究與開發(fā)
感應(yīng)加熱時(shí)金屬爐料依靠由電磁感應(yīng)現(xiàn)象所產(chǎn)生的感應(yīng)電流來進(jìn)行自身的加熱。在金屬爐料吸收磁場能量并使其轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行自身加熱的過程中,金屬爐料本身的物理性能,如磁導(dǎo)率、電阻率等的變化對(duì)加熱速度有著顯著的影響。假設(shè)金屬爐料為均勻介質(zhì)時(shí),加熱過程單位金屬表面積吸收的功率P0可由下式計(jì)算:
式中 H0——金屬爐料表面的磁場強(qiáng)度,A/cm;
ρ——金屬爐料的電阻率,Ω?mm2?m-1;
μ——金屬爐料的磁導(dǎo)率,mH/m;
f ——電流的頻率,Hz。
由上式可知,隨著加熱過程金屬溫度的升高,H0、ρ、μ值發(fā)生相應(yīng)的變化,這些物理量的變化對(duì)金屬爐料吸收的功率有較大的影響。吸收功率的變化又影響到金屬爐料的升溫速度。在生產(chǎn)實(shí)際中都希望金屬爐料能盡快地被加熱熔化。這就要求金屬爐料吸收的功率越大越好。因此,研究這些物理量在加熱時(shí)的變化與金屬爐料吸收功率之間的關(guān)系對(duì)感應(yīng)爐的供電操作具有現(xiàn)實(shí)意義。
根據(jù)μ和ρ值的變化,感應(yīng)加熱從室溫到熔化可分為兩個(gè)階段,現(xiàn)分述如下:
1、居里點(diǎn)以下的加熱階段
材料按其磁導(dǎo)率與溫度的關(guān)系分為導(dǎo)磁性材料和非導(dǎo)磁性材料兩種。非導(dǎo)磁性材料的磁導(dǎo)率不隨溫度變化,從室溫到熔化溫度μ=1,如奧氏體鋼、銅、鋁等。導(dǎo)磁性材料的磁導(dǎo)率隨溫度升高而變化,當(dāng)溫度由室溫升至居里點(diǎn)時(shí),μ值由大變小;溫度高于居里點(diǎn)直至熔化溫度,則μ=1,如碳素鋼、低合金鋼等。μ值等于1的溫度稱為居里點(diǎn)。一般導(dǎo)磁性鋼材的居里點(diǎn)隨金相組織、化學(xué)成分不同而異,通常在720~780℃之間。
在居里點(diǎn)以下加熱時(shí),金屬爐料的μ值由大變小,而ρ值隨溫度升高而增大。因此電流透入深度也不斷增加,加之金屬爐料之間的接觸情況的改善,金屬爐料吸收的功率逐漸增大。這時(shí)供電的功率可依次增大。但是,在此階段由于金屬料之間接觸不良造成系統(tǒng)阻抗較大,加上ρ值的影響,限制了加熱效率的增加。因此,只有通過調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈匝數(shù)和減少系統(tǒng)阻抗的方法增加加熱效率。
2、居里點(diǎn)以上的加熱階段
當(dāng)溫度超過居里點(diǎn)以后,盡管μ=1,但ρ值會(huì)繼續(xù)增大。當(dāng)溫度達(dá)到850~900℃時(shí),各種材料的ρ值大體相等,ρ=1×10-4Ω?cm。繼續(xù)升溫時(shí),ρ和μ值對(duì)吸收功率的影響不明顯。由于電流透入深度的增加,金屬爐料間開始焊合接觸更加良好,系統(tǒng)的阻抗下降,加熱功率可以逐步加大。此時(shí)金屬爐料的升溫速度加快。當(dāng)金屬爐料開始熔化時(shí),供電參數(shù)進(jìn)入最佳狀態(tài)直到熔化完畢。
總之,弄清金屬爐料在加熱過程中物理性能的變化情況,了解爐料熔化特點(diǎn)對(duì)掌握供電制度是非常重要的。
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