感应加热时金属炉料物理性能的变化

 感应加热时金属炉料依靠由电磁感应现象所产生的感应电流来进行自身的加热。在金属炉料吸收磁场能量并使其转化为热能进行自身加热的过程中，金属炉料本身的物理性能，如磁导率、电阻率等的变化对加热速度有着显著的影响。假设金属炉料为均匀介质时，加热过程单位金属表面积吸收的功率P0可由下式计算：
                                              
    式中 H0——金属炉料表面的磁场强度，A/cm；
               ρ——金属炉料的电阻率，Ω•mm2•m-1；
               μ——金属炉料的磁导率，mH/m；
               f ——电流的频率，Hz。
    由上式可知，随着加热过程金属温度的升高，H0、ρ、μ值发生相应的变化，这些物理量的变化对金属炉料吸收的功率有较大的影响。吸收功率的变化又影响到金属炉料的升温速度。在生产实际中都希望金属炉料能尽快地被加热熔化。这就要求金属炉料吸收的功率越大越好。因此，研究这些物理量在加热时的变化与金属炉料吸收功率之间的关系对感应炉的供电操作具有现实意义。
    根据μ和ρ值的变化，感应加热从室温到熔化可分为两个阶段，现分述如下：
    1、居里点以下的加热阶段
    材料按其磁导率与温度的关系分为导磁性材料和非导磁性材料两种。非导磁性材料的磁导率不随温度变化，从室温到熔化温度μ=1，如奥氏体钢、铜、铝等。导磁性材料的磁导率随温度升高而变化，当温度由室温升至居里点时，μ值由大变小；温度高于居里点直至熔化温度，则μ=1，如碳素钢、低合金钢等。μ值等于1的温度称为居里点。一般导磁性钢材的居里点随金相组织、化学成分不同而异，通常在720~780℃之间。
    在居里点以下加热时，金属炉料的μ值由大变小，而ρ值随温度升高而增大。因此电流透入深度也不断增加，加之金属炉料之间的接触情况的改善，金属炉料吸收的功率逐渐增大。这时供电的功率可依次增大。但是，在此阶段由于金属料之间接触不良造成系统阻抗较大，加上ρ值的影响，限制了加热效率的增加。因此，只有通过调节感应线圈匝数和减少系统阻抗的方法增加加热效率。
    2、居里点以上的加热阶段
    当温度超过居里点以后，尽管μ=1，但ρ值会继续增大。当温度达到850~900℃时，各种材料的ρ值大体相等，ρ=1×10-4Ω•cm。继续升温时，ρ和μ值对吸收功率的影响不明显。由于电流透入深度的增加，金属炉料间开始焊合接触更加良好，系统的阻抗下降，加热功率可以逐步加大。此时金属炉料的升温速度加快。当金属炉料开始熔化时，供电参数进入最佳状态直到熔化完毕。
    总之，弄清金属炉料在加热过程中物理性能的变化情况，了解炉料熔化特点对掌握供电制度是非常重要的。