Riscaldamento a induzione: tutto quello che avresti voluto sapere, ma non hai mai osato chiedere (ottobre 2016)
Domanda del mese:Nel nostro stabilimento lavoriamobarre e billette in leghe di rame. Per il riscaldamento delle billette in C14500, C44300, C46400, C48500, C64200 e altre leghe sono stati utilizzati forni a gas. I diametri delle billette e delle barre rientrano nell’intervallo 200-240 mm. La temperatura massima del nostro forno è di860 °C, sufficiente per queste lavorazioni. Tuttavia, stiamo espandendo la nostra attività e lavorando gradi quali C71500, C63000 e alcune altre leghe di rame che richiedono temperature comprese tra950 °C e 1050 °C. Potremmo utilizzare il nostro forno a gas per il preriscaldamento delle billette e poi impiegare un sistema a portale per trasferire le billette a un riscaldatore a induzione dove avvenga il riscaldamento finale?
Risposta: Sì, questo approccio vi aiuterà a ridurre i costi di capitale poiché il vostro nuovo sistema a induzione richiederà solo un aumento della temperatura media delle billette inferiore a200 °C. A seconda della velocità di produzione necessaria e dell’uniformità di temperatura richiesta (dalla superficie al nucleo e da un’estremità all’altra), potrete utilizzare una serie di riscaldatori a induzione statici per raggiungere le temperature desiderate. Tieni presente che, se le lunghezze delle tue billette/barre variano in modo significativo, dovrai controllare adeguatamente gli effetti elettromagnetici alle estremità applicando avvolgimenti regolabili, estensori di flusso magnetico e/o concentratori di flusso. Considerando i diametri delle tue billette, l’uso di basse frequenze (50-120 Hz) sarà molto probabilmente appropriato. Il tempo di trasporto delle billette dopo il preriscaldamento nel forno a gas e il riscaldamento finale nel sistema a induzione dovrebbe essere ridotto al minimo. Tempi di trasporto prolungati possono compromettere l’uniformità termica ottenuta nel forno a gas, richiedendo una compensazione da parte del riscaldatore a induzione e complicando la progettazione del sistema.
Le difficoltà legate al riscaldamento a induzione delle leghe di rame, come ad esempio la C71500, sono legate alla loro conduttività termica estremamente bassa. Nel caso del C71500, la conducibilità termica della lega è oltre14 volteinferiore a quella del rame puro e oltre12 volte inferiorea quella della lega C14500 che state attualmente lavorando. A causa della scarsa conduzione termica, il trasferimento di calore dalla superficie al nucleo sarà molto più ridotto, con conseguente diminuzione dell’effetto di uniformazione termica e aumento dei gradienti termici. Pertanto, è necessario un tempo sufficiente.
Inoltre, la conduttività elettrica del C71500 è pari solo al 4,6% di quella del rame puro. Ciò aumenta la profondità di penetrazione della corrente e l’efficienza elettrica, ma riduce il consumo energetico richiesto: ciò significa che la potenza massima richiesta potrebbe risultare fuorviante se si confrontano billette di dimensioni simili e la stessa velocità di produzione con una lega di rame diversa, come ad esempio il C14500. La resistività elettrica della lega di rame C71500 è pari solo al 54% circa di quella dell’acciaio inossidabile austenitico, mentre la sua conduttività termica è circa 1,6 volte superiore a quella dell’acciaio inossidabile non ferroso. In altre parole, sia dal punto di vista elettromagnetico che termico, la lega di rame C71500 risponde al riscaldamento a induzione più come un acciaio inossidabile che come un rame.
Nella progettazione di un riscaldatore a induzione da collocare a valle di un forno a gas, è necessario tenere conto delle peculiarità delle nuove leghe di rame. È opportuno ricorrere alla modellazione numerica al computer per determinare le peculiarità del riscaldamento a induzione di pezzi realizzati con leghe diverse.
Dott. Valery Rudnev, FASM
Direttore, Scienza e Tecnologia
Inductoheat Inc
www.inductoheat.com