Co je indukční ohřev

Co je indukční ohřev

Indukční ohřev je elektrický ohřev využívající elektromagnetické indukce. Vložíme-li předmět z el. vodivého materiálu dovnitř cívky, jejímž vinutím protéká střídavý proud, indukují se střídavým magnetickým polem v dutině cívky ve vloženém předmětu vířivé proudy. V principu se jedná o transformátor, kde sekundárním vinutím je vsázka (závit nakrátko) a primárním vinutím je cívka, v indukčních ohřevech zvaná induktor. Vířivé proudy vložený předmět (vsázku) zahřívají. Teplo se do vsázky dopravuje střídavým magnetickým polem, tedy nikoli teplotním spádem jako u nepřímých ohřevů, a vzniká přímo v sázce. Vše ostatní v okolí může být chladné. To je velká výhoda indukčního ohřevu.

Teplo ve vsázce se nevyvíjí rovnoměrně v celém průřezu. Např: při ohřevu vsázky válcového tvaru je největší proudová hustota na povrchu a ke středu klesá přibližně exponenciálně. Tento jev se nazývá skinefekt.

jx = Jo e-kx

Hloubka, ve které proudová hustota klesne na hodnotu Jo/e, tj. na 0,368 hustoty na povrchu, se nazývá hloubka vniku δ

kde je:

  • ω = 2πf úhlový kmitočet, f je kmitočet
  • ρ měrný odpor materiálu vsázky
  • µo permeabilita vakua (4π x 10-7Hm-1)
  • µr poměrná permeabilita materiálu vsázky.

Pro praxi je vhodné vztah upravit:

V povrchové vrstvě tloušťky jedné hloubky vniku se vyvíjí 86,5% všeho tepla, ve vrstvě dvou hloubek vniku δ 98%, ve vrstvě 3δ 99,8 % (platí pro válec o průměru větším než 8 δ).

Je zřejmé, že hloubka vniku závisí na kmitočtu proudu induktoru a na měrném odporu a poměrné permeabilitě materiálu vsázky při provozní teplotě vsázky.

Pro názornost uvádíme hloubky vniku mědi a uhlíkové oceli (mm):

kmitočet [Hz] 50 500 1000 2000 4000 8000 10000 20000 50000
měď 40°C 10 3,2 2,3 1,6 1,1 0,8 0,7 0,5 0,3
ocel 1200°C 78 25 17,5 12,3 8,6 6,2 5,5 3,9 2,5

Z hlediska provozních nákladů je zajímavá účinnost ohřevu. Přibližně lze účinnost η posoudit ze vztahu

kde je:

  • D vnitřní průměr cívky induktoru
  • d průměr vsázky
  • δ hloubka vniku
  • ρ1 měrný odpor materiálu induktoru
  • ρ2 měrný odpor materiálu vsázky
  • µr poměrná permeabilita materiálu vsázky.

Účinnost klesá se zvětšením poměru D/d, protože se zmenšuje vazba magnetického pole induktoru se vsázkou. Proto není vhodné používat jeden induktor pro velký rozsah průměrů vsázky. Účinnost klesá i se zvětšováním poměru δ/d. Nízká hodnota δ/d se využívá např. pro povrchové kalení, kde se rychlým procesem ohřeje a následně ochladí tenká povrchová vrstva.

Pro tváření (kování) je třeba, aby materiál byl prohřát pokud možno rovnoměrně. Proto se volí pomalejší ohřev, aby se teplo mohlo rozvést ke středu vsázky. Rovnoměrnosti ohřevu napomáhá i zvětšení hloubky vniku. Volí se kompromis kmitočtu pro dosažení potřebného prohřevu při dobré účinnosti přenosu energie z induktoru do vsázky.

Praxe ukázala pro ohřev uhlíkové oceli na 1200°C následující hospodárný rozsah rozměrů vsázky:

kmitočet
[Hz]
průměr vsázky
[mm]
strana čtvercového průřezu
[mm]
50 200-600 180-550
250 90-250 80-225
500 65-180 60-160
1000 50-140 45-125
2000 35-100 30-80
4000 22-65 20-60
8000 16-50 15-45
10000 15-40 14-35
20000 10-30 9-25

U vsázky plochého tvaru má být tloušťka pasu větší než 2,5 násobek hloubky vniku. Při malé tloušťce se projeví tzv. průzařnost a účinnost ohřevu se sníží, to je třeba vzít v úvahu při návrhu zařízení.

K napájení induktorů kmitočtem vyšším než v distribuční síti (50 Hz) se používají statické měniče kmitočtu tyristorové nebo tranzistorové.

ROBOTERM spol. s r.o. Chotěboř vyrábí měniče kmitočtu s tyristory od 25 do 1200 kW s kmitočtem do 8 kHz a s tranzistory do 200 kW s kmitočtem do 25 kHz .

Indukční ohřev umožňuje dobrou stabilizaci teploty ohřívaných předmětů. K řízení procesu se ponejvíce užívá volně programovatelných automatů, teplota se většinou měří bezkontaktně pyrometry, při ohřevu hliníku a jeho slitin se používají i termočlánky.

Jednou z výhod indukčního ohřevu je možnost jeho mechanizace a v některých případech i automatizace. Ta snižuje potřebu lidské práce a u velmi výkonných zařízení je dokonce nezbytná.

Indukční ohřev se prakticky využívá v průmyslu:

  • pro tváření – pravděpodobně nejširší oblast použití, důležité je rovnoměrné prohřátí vsázky
  • pro tavení železných i neželezných kovů s nízkým i středním kmitočtem
  • pro povrchové kalení – ROBOTERM spol. s r.o. Chotěboř spolupracuje i s externími technology při výrobě kalicích strojů
  • pro pájení – mezi pájené kovové části se vloží pájka, součásti se umístí do induktoru a pájka se roztaví
  • pro lisování za tepla – využívá teplotní roztažnosti kovů
  • speciální technologie – svařování, plasma, vakuové tavení, udržování teploty roztaveného skla. Těmito technologiemi se ROBOTERM spol. s r.o. Chotěboř dosud nezabýval.

Aktuality

PF 2017

14.12.2016 Veselé Vánoce a šťastný nový rok 2017 přeje ROBOTERM Chotěboř. více...

Výklopník košů VK 01

18.10.2016 Výklopník Košů VK 01 je určen k vysypávání polotovarů z přepravního koše o níže uvedených rozměrech. Hmotnost jednoho vysypávaného předmětu nesmí přesáhnout 5 kg/ks. Obsluha zaveze více...

Kompaktní středofrekvenční ohřívač KSO 800/1,5-A100

17.10.2016 Dodali jsme do společnosti STAKO - Červený Kostelec s.r.o kompaktní středofrekvenční ohřívač o výkonu 800 kW. Je určen k indukčnímu ohřevu ocelových přířezů kruhového nebo čtvercového průřezu na více...

Rekonstrukce indukčního ohřívače ITO 630/1-A-L

22.9.2016 Indukční ohřívač o výkonu 630 kW byl rekonstruován pro společnost HKS Forge s.r.o. Trnava a je určen k indukčnímu ohřevu ocelových přířezů kruhového průřezu na kovací teplotu. Důvodem k rekonstrukci bylo více...

Kompaktní středofrekvenční ohřívač KSO 1000/1,2-C25

26.8.2016 Kompaktní středofrekvenční ohřívač o výkonu 1000 kW je určen k indukčnímu ohřevu ocelových přířezů kruhového a čtvercového průřezu na kovací teplotu. Vstupní mechanizace umožňuje buď plně automatické více...

Kompaktní středofrekvenční ohřívač KSO 630/3-C25

15.8.2016 Kompaktní středofrekvenční ohřívač o výkonu 630 kW je určen k indukčnímu ohřevu ocelových přířezů kruhového průřezu na kovací teplotu. Vstupní mechanizace umožňuje buď plně automatické zakládání více...

doporučujeme: MARTENZIT, ŠMERAL BRNO, KOMAP, Šroubárna Kyjov, ŠKODA AUTO, OSTROJ, VÍTKOVICE CYLINDERS, MSV Metal Studénka, Kovárna VIVA, ŽĎAS
realizace webu Pavlíček.cz