Техніко-економічні аспекти застосування індукційного нагрівання

Серед видів нагрівання, які можна порівнювати з індукційним є такі:

– неелектричні види нагрівання, що використовують енергію полум’я при спалюванні органічних палив;

– резистивне нагрівання пряме і непряме;

– інфрачервоне нагрівання;

– плазмове нагрівання – нагрівання потоку газу електричною дугою чи у електромагнітному полі.

Безпосереднє використання енергії полум’я має недоліки, серед яких нерівномірність нагрівання, великі втрати тепла з викидними газами, великі капітальні затрати, трудність підтримання температури, погіршені санітарно гігієнічні умови. Переваги – однократне перетворення енергії з хімічної у теплову.

Резистивне нагрівання широко застосовується, однак обмежений ресурс роботи нагрівників (близько 6000год) може нанести збитки при позаплановій зупинці нагріву. Пряме резистивне нагрівання придатне лише для обмеженого переліку речовин (з електричною та іонною провідністю). Всі види електричного нагрівання дозволяють легко контролювати витрати енергії і регулювати температуру.

Індукційне нагрівання набуло широкого застосування, через те, що тепло виділяється безпосередньо у матеріалі садки, або у стінках посудини, у яких знаходиться речовина для нагрівання. Це забезпечує високу питому поверхневу потужність

Р = 50 ÷ 500 кВт/м².

Індукційні нагрівні системи мають великий термін служби; – міжремонтний період може складати 4-6 років, є випадки й до 30 років.

Серед важливих переваг індукційного нагрівання

– рівномірне розігрівання з малою тепловою інерцією, оскільки тепло виділяється в речовині чи у стінках посудини;

– при індукційному нагріванні легко відтворити технологічні умови розігрівання, плавлення чи хімічних реакцій;

– у більшості випадків не потрібно спеціального обладнання, – індуктор вмикається безпосередньо у мережу 50 Гц;

– термін служби індуктора великий, оскільки його температура не перевищує 50–90 °С (охолоджується водою);

– безпечні в експлуатації навіть в умовах вибухонебезпечного виробництва (можна виготовити у вибухонебезпечному виконанні);

– хороші санітарно-гігієнічні умови експлуатації;

Недоліком установок є

– необхідність застосування компенсувальних пристроїв для покращення соs φ;

– висока вартість комплектуючого обладнання.

Зважаючи на значні переваги, індукційні установки набули широкого застосування у металургії, машинобудуванні та хімічній промисловості, для високотемпературного та низькотемпературного нагрівання.

Серед технологічних операцій, що широко застосовуються у промисловості машинобудування є штампування. Наприклад у автомобілях і тракторах 60–80 % деталей за масою виготовляються куванням чи штампуванням. Перед куванням і штампуванням деталі-заготовки розігрівають. При цьому заготовки окиснюються:

– у полум’яних газових печах в окалину переходить 2,5 % металу,

– у індукційних – 0,5 % маси (тут заготовка окиснюється лише на виході з індуктора).

Низький відсоток окалини значно зменшує витрати металу.

У деяких технологіях для виготовлення деталей складної конфігурації замість різання застосовується пластична деформація з попереднім індукційним нагріванням. При цьому скорочення терміну розігрівання внаслідок видалення тепла у заготовці значно підвищує продуктивність праці.

Одним з найпоширеніших способів зміцнення поверхні деталей є цементація – насичення поверхневого шару вуглецем. Глибина дифузії вуглецю залежить від температури (при 1100 °С насичення вуглецем проходить за 45 хвилин, а при 950 °С – за 8–10 год). Отримати високі температури значно легше у індукційних установках.

У ряді випадків цементацію можна замінити гартуванням струмами високої частоти. Така операція при використанні індукційних установок значно пришвидшується і спрощується.

Таким чином техніко-економічний ефект при використанні індукційних установок досягається за рахунок зменшення тривалості нагрівання і дотримання точності температурного режиму, зменшення окалини, покращення умов праці, підвищення продуктивності праці, скорочення кількості обслуговуючого персоналу і т. п.