Индукционный нагрев

Индукцио́нный нагре́в, нагрев токопроводящих (в основном металлических) тел и ионизированных газов в результате выделения теплоты вихревыми (индукционными) токами, возбуждаемыми переменным электромагнитным полем. Обеспечивает бесконтактный способ передачи энергии от источника электромагнитного поля (индуктора) в нагреваемое тело с преобразованием её в тепловую непосредственно в теле. Наиболее эффективный способ нагрева.

При индукционном нагреве теплота, выделяющаяся в нагреваемом теле (по закону Джоуля – Ленца), зависит от его размеров и физических свойств, частоты и напряжённости магнитного поля. Особенностью индукционного нагрева является неравномерное распределение мощности в нагреваемом теле, обусловленное диссипацией энергии поля и затуханием электромагнитной волны. Такое затухание характеризуют эквивалентной глубиной ${\displaystyle \delta _{\text{э}}}$ (м), т. е. глубиной поверхностного слоя плоского тела, в котором выделяется 86,5 % мощности электромагнитной волны: ${\displaystyle \delta _{\text{э}}\approx 500{\sqrt {\rho /(\mu _{r}\cdot f)}}}$, где ${\displaystyle \rho }$ –удельное электрическое сопротивление (Ом·м), ${\displaystyle \mu _{r}}$ – относительная магнитная проницаемость тела, ${\displaystyle f}$ – частота изменения поля (Гц). Для индукционного нагрева используют токи разных частот – промышленной (50 Гц), повышенной (150 и 250 Гц), средней (от 0,5 до 10 кГц), высокой (67 и 440 кГц), сверхвысокой (1,76 и 5,28 МГц).

Индукционный нагрев применяют:

• в индукционных нагревательных установках – для нагрева заготовок под пластичную обработку (глубинный или сквозной индукционный нагрев) и деталей под химико-термическую обработку (локальный или поверхностный индукционный нагрев), в том числе под поверхностную закалку токами высокой частоты;
• в индукционных печах – для плавки чёрных и цветных металлов и сплавов, а также зонной плавки, плавки во взвешенном состоянии, для получения низкотемпературной плазмы, получаемой в плазмотроне. Индуктор (основной элемент конструкции индукционных установок и печей) создаёт переменное магнитное поле (напряжённостью 10⁵ –10⁶ A/м).

Нагреваемый материал может быть в виде твёрдого массивного тела (в индукционных нагревательных установках), жидкого тела (в индукционных плавильных печах) и ионизированного газа (в СВЧ плазмохимических установках). Первая промышленная индукционная печь для подогрева жидкой стали (до 80 кг) в открытом горизонтальном кольцевом канале введена в эксплуатацию в Швеции в 1900 г., в СССР такие печи начали строить в 1930–е гг.