Объёмный индукционный нагрев

Бодажков В.А.

Политехника, 1992 г.

Первоочередную задачу металлургии представляет собой снижение электрических и тепловых потерь при объемном нагреве, так как объемный индукционный нагрев связан со значительными массами металла и энергозатратами, высокими температурами нагрева, большими площадями излучения тепла, а также с длительным временем нагрева. Решению этой задачи может способствовать материал, изложенный в гл. 1.

Вторая задача—обеспечить пусковые и остановочные режимы работы печей с минимальной отбраковкой некачественно нагретого металла для повторного нагрева, достичь равномерного нагрева заготовок переменного по длине сечения (например, заготовок молотов свободной ковки), деталей сложной формы или, наооборот, регламентированного по длине распределения температуры для снижения расхода металла при пластической деформации. Приведенные :в гл. 2 методологические материалы как расчетного, так и конструктивного характера могут быть полезны для решения этой задачи.

В связи с тем что потери в преобразователях составляют 10—15% от общего расхода электроэнергии на индукционный нагрев, важным является выбор источника питания. В 1940-х годах в отечественной и зарубежной практике индукционного нагрева в машиностроении и металлургии окончательно сформировался диапазон частот тока 10³— 10⁴ Гц, т. е. диапазон электромашинных преобразователей частоты (ЭПЧ). Однако сторонники статических преобразователей частоты (СПЧ) ведут усиленную пропаганду за отмирание ЭПЧ, пользуясь при этом умозрительной аргументацией. Так, в работе [5] утверждается, что КПД ионных преобразователей частоты (ИПЧ) достигает 99%, а с уменьшением нагрузки КПД ЭПЧ резко падает. На самом деле КПД ЭПЧ на 500 кВт 1 кГц при нагрузках 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 номинальной составляет соответственно 0,82; 0,887; 0,904; 0,907 [6], т. е. практически КПД ЭПЧ и ИПЧ одинаковы (на более высокую частоту тока ИПЧ не может быть). Недостает объективности и создателям тиристорных преобразователей частоты (ТПЧ) [9]. В частности, замалчиваются вопросы о низком качестве тиристоров; о «засорении» промышленной сети гармониками, что приводит не только к дополнительным потерям в питающей сети, но и к выходу из строя приводных двигателей, подключенных к этой сети; о необходимости увеличивать число конденсаторов в нагревательных постах (по сравнению с питанием их от ЭПЧ); об ограниченных параметрах нагрузки и линий передачи энергии, о необходимости индивидуальных питающих трансформаторов, дросселей и пр., поставляемых за отдельную плату (как будто они не являются неотъемлемыми элементами преобразователя) [10]; о возможности работы с полной мощностью только на индукторы с низкой добротностью и т. д. КПД и здесь завышены, ибо не учитываются потери в элементах «за отдельную плату» и во внутренних и внешних токо-проводах.

Автор считает, что право на существование и совершенствование имеют ЭПЧ и СПЧ, каждый в своем оптимальном диапазоне нагрузки. Правомочен вопрос не замены ЭПЧ, а взаимозаменяемости ЭПЧ и СПЧ без переделки нагревательных постов. В этом главная задача разработчиков преобразователей частоты.

Материал гл. 3 может быть полезным для объективной оценки преобразователей.

Наконец, результаты опытов, изложенные в гл. 4, помогут в расчетах элементов перемещения нагреваемых заготовок в части электродинамического воздействия между заготовкой и индуктором, например, при входе или выходе заготовок.