中频感应炉的加热时间

       中频感应炉的加热时间是中频炉设计中很重要的参数之一，关系到中频感应炉的生产能力是否能达到预期的产量，关系到客户工厂的整个生产能力，还关系到客户的营收平衡是否能达到、更加直接关系到班产量和年产量，因此中频感应炉的加热时间的设计选择，对于中频感应炉来说尤为重要。下面，海山电炉从理论角度来计算、解释中频感应炉的加热时间的选择。

      1、中频感应炉‍的芯表温差：‍

      中频感应炉在加热中，感应线圈的纵向磁场中圆形截面金属坯料，不论电流频率如何低，电流透入工件的有效加热层深总是接近于0.4倍坯料半径，即△2 =0.4R2。而从有效加热层到坯料心部的继续加热必须靠金属本身的热传导。感应加热时的心表温差（径向温差）就是这样产生的。因此，在△2≥0.4R2的条件下，合理选择频率（见式2-3、2-4），会使坯料表面与心部透热的路程最短。

      2、中频感应炉加热时间计算：

      中频感应炉最短加热时间tk根据热传导微分方程的特解求得：

      tk —— 为保证一定心表温差的最短加热时间（ｓ）；

      α—— 导温系数。表示材料的温度（热量）传递能力的大小。

               α=λ/Cγ            （2-16）

式中：λ—— 导热系数，   C —— 比热

         γ —— 比重（密度），τ—— 付里叶准

S（α，1），-S（α，0）—— 辅助函数，可以从图2-3 中查找。

其中：     α= 1- △2/R2          （2-18）

     钢通过中频感应炉加热到1300℃，心表温差ΔT为50℃时的最短加热时间简化公式的推导：

由（2－18），α= 1-△2/R2，

设△2≈0，∴α=1。

查图2-3，可得：

S（1，1）=0.125

S（1，0）= - 0.125

将α=1、S（1，1）=0.125和S（1，0）=- - 0.125代入（2－17），得：

  =3.125

经验表明，将温差值加大一倍计算，结果更加精确。

将τ、D2、△2、α值代入式（2-15），

                  =12.2×104×(D2-Δ2)2   （ｓ）（2-19）

其中：α= 6.4×10-6   （m2/s）

这就是ΔT=50℃时的中频感应炉加热时间简化公式。

同样，可得：

ΔT=100℃，

tk=5.9×104×(D2-Δ2)2 （ｓ）         （2-20）

ΔT=150℃，

tk=3.7×104×(D2-Δ2)2（ｓ）         （2-21）

tk 是指坯料从进入中频感应炉感应器开始加热到离开感应器的时间。坯料离开感应器到锻压设备还有时间间隔。在这个时间间隔内，心表温差以大约每秒1～2℃的速度继续均温。根据绝大多数钢种的中频感应炉加热规范要求，多采用ΔT=100℃的公式（式2-20）计算加热时间。

       以上为等匝距中频感应炉感应器加热时间的确定，采用变匝距中频感应炉感应器加热可使加热时间大大缩短。所谓中频感应炉变匝距方式是指绕制感应器线圈的铜管（一般为矩形截面铜管）的轴向宽度（匝距）进料端较窄，出料端较宽，一般分为两级或三级。这种设计是因为所有线圈内通过相同电流，磁场强度和单位功率在感应器进料端最大，使温度很快升高。

       坯料表面温度升高到最终温度需经过总加热时间的10%～30%，即在占感应器总长10%～30%长度内，由于心表温差大，金属的热传导速率快，实现了快速加热。

变匝距感应加热时间的计算方法：

ΔT=100℃，

tk=2.5×104×(D2-Δ2)2   （ｓ）       （2-22）

ΔT=150℃，

tk=1.8×104×(D2-Δ2)2   （ｓ）       （2-23）

依照经验：ΔT=50℃，

tk=5.2×104×(D2-Δ2)2   （ｓ）        （2-24）

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