感应加热大讲堂－锻压工业中的感应加热（21）

五、钢蓝脆下料、温锻感应加热及感应器的设计与参数计算

5-4 冷态规范螺线管感应器的参数计算*

冷态规范感应器设计思路：求出ρ₂、μ_r

  其中：其余部分的计算与热态规范相同。

例：内燃机的活塞销温挤压成形坯料加热的感应器由两部分组成，第一部分将坯料的表面温度由初始温度加热至80～120℃，取100℃，坯料出感应器，马上进入商业水基石墨润滑剂槽内，使每只坯料表面浸涂0.5g左右的润滑剂，再进入第二部分感应器内继续加热至温挤压温度，加热好的坯料送入压力机中温挤压成形。

坯料材质：20Cr；坯料规格：φ45.5×66；质量：0.842kg；挤压温度：650±10℃，加热节拍：5s；心表温差：≤30℃。

计算步骤如下：

1、ρ₂和μr的确定及最短加热时间的计算

①坯料的平均电阻率ρ₂

查图5-1，ρ₂=0.58×10^-6Ωm

②相对磁导率μr

首先计算坯料中的总功率P₂

坯料加热的平均有效功率P_T

P_T= C ΔT G/t=0.583×[（100-20）+（650-80）]×0.842/5 =63.815kW

通过感应器的隔热层损失的功率ΔP_T

λ —— 高铝硅酸铝纤维的导热系数，取λ=0.83KJ/m℃h

T₂ —— 炉衬内表面温度，近似等于温挤压温度，T₂=650℃。

T₁ —— 炉衬外表面温度，近似等于感应器线圈温度，T₁=60℃

D₁ ——感应器线圈内径。D₁=0.09m

D₃ ——炉衬内径。D₃=0.06m

a₁₁ ——坯料由初始温度加热至表面达到100℃的感应器长度,设a₁₁=0.4m

a₁₂ ——坯料由80℃升温到温挤压温度的感应器长度,设a₁₂=2.0m

a₁ ——感应器长度, a₁= a₁₁+a₁₂=0.4+2.0=2.4m

P₂=P_T+ΔP_T=63.815+5.059=68.874kW

η_t= P_T/P₂=0.927

求单位功率P₀

a₂ ——感应器内坯料的总长度（m）

H=0.19×10⁵（A/m）

μ_r=30

求单位功率时，坯料在感应器内的长度a₂尚未确定，这时，可先根据经验预设，等求出μ_r、△₂后，再根据最短加热时间公式求出a₂值，用a₂值重新核算μ_r。

③电流透入深度△₂

  =0.0014 m

取f=2400Hz

④最短加热时间

T_k=9.2×10⁴（D₂-△₂）²=180s

感应器内坯料件数n=t_k/t=180/5=36（件）

如果用连续式加热，有：

a₁=a₂=a₂＇n=0.066×36=2.376m≈2.4m

将a₁=2.4m分为2段，第1段a₁₁用于初始温度加热至100℃，第2段a₁₂用于从80℃到挤压温度650℃（石墨润滑剂槽内降至80℃）。冷态规范下可近似地认为感应器长度与温度是线性的，因此，按温度比例分配a₁₁=0.4m、a₁₂=2.0m  

⑤ 感应器计算直径D₂＇=D₂-△₂=0.0455-0.0014≈0.044m