感應加熱大講堂－鍛壓工業中的感應加熱（21）

五、鋼藍脆下料、溫鍛感應加熱及感應器的設計與參數計算

5-4 冷態規范螺線管感應器的參數計算*

冷態規范感應器設計思路：求出ρ₂、μ_r

  其中：其余部分的計算與熱態規范相同。

例：內燃機的活塞銷溫擠壓成形坯料加熱的感應器由兩部分組成，第一部分將坯料的表面溫度由初始溫度加熱至80～120℃，取100℃，坯料出感應器，馬上進入商業水基石墨潤滑劑槽內，使每只坯料表面浸涂0.5g左右的潤滑劑，再進入第二部分感應器內繼續加熱至溫擠壓溫度，加熱好的坯料送入壓力機中溫擠壓成形。

坯料材質：20Cr；坯料規格：φ45.5×66；質量：0.842kg；擠壓溫度：650±10℃，加熱節拍：5s；心表溫差：≤30℃。

計算步驟如下：

1、ρ₂和μr的確定及最短加熱時間的計算

①坯料的平均電阻率ρ₂

查圖5-1，ρ₂=0.58×10^-6Ωm

②相對磁導率μr

首先計算坯料中的總功率P₂

坯料加熱的平均有效功率P_T

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

通過感應器的隔熱層損失的功率ΔP_T

λ —— 高鋁硅酸鋁纖維的導熱系數，取λ=0.83KJ/m℃h

T₂ —— 爐襯內表面溫度，近似等于溫擠壓溫度，T₂=650℃。

T₁ —— 爐襯外表面溫度，近似等于感應器線圈溫度，T₁=60℃

D₁ ——感應器線圈內徑。D₁=0.09m

D₃ ——爐襯內徑。D₃=0.06m

a₁₁ ——坯料由初始溫度加熱至表面達到100℃的感應器長度,設a₁₁=0.4m

a₁₂ ——坯料由80℃升溫到溫擠壓溫度的感應器長度,設a₁₂=2.0m

a₁ ——感應器長度, 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

求單位功率P₀

a₂ ——感應器內坯料的總長度（m）

H=0.19×10⁵（A/m）

μ_r=30

求單位功率時，坯料在感應器內的長度a₂尚未確定，這時，可先根據經驗預設，等求出μ_r、△₂后，再根據最短加熱時間公式求出a₂值，用a₂值重新核算μ_r。

③電流透入深度△₂

  =0.0014 m

取f=2400Hz

④最短加熱時間

T_k=9.2×10⁴（D₂-△₂）²=180s

感應器內坯料件數n=t_k/t=180/5=36（件）

如果用連續式加熱，有：

a₁=a₂=a₂＇n=0.066×36=2.376m≈2.4m

將a₁=2.4m分為2段，第1段a₁₁用于初始溫度加熱至100℃，第2段a₁₂用于從80℃到擠壓溫度650℃（石墨潤滑劑槽內降至80℃）。冷態規范下可近似地認為感應器長度與溫度是線性的，因此，按溫度比例分配a₁₁=0.4m、a₁₂=2.0m  

⑤ 感應器計算直徑D₂＇=D₂-△₂=0.0455-0.0014≈0.044m