ООО «НПП Система48», Липецк, Россия:
С. С. Титов, канд. техн. наук, генеральный директор, эл. почта: algebra934@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», Липецк, Россия:
В. И. Мещеряков, докт. техн. наук, зав. кафедрой электропривода, эл. почта: mesherek@stu.lipetsk.ru

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», Нижний Новгород, Россия:
И. О. Леушин, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Металлургические технологии и оборудование», эл. почта: igoleu@yandex.ru
О. В. Федоров, докт. техн. наук, профессор кафедры управления инновационной деятельностью, эл. почта: fov52@mail.ru

Создание энергоэффективного оборудования непрерывного действия, обеспечивающего симметричный на заданную глубину нагрев под термообработку изделий шарообразной формы без окисления и обезуглероживания, исключительно актуально для ряда отраслей промышленности, в частности в массовых производствах мелющих тел для горно-обогатительных фабрик и цементных заводов, шариков подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойких шариков в обратных клапанах глубинных насосов для нефтедобычи и др. Более всего востребованной промышленностью совокупностью качеств нагрева отвечает индукционный способ с прямым и высокоскоростным (секунды – доли секунды) превращением электрической энергии в тепловую, отличающийся простотой регулирования температуры и глубины прогрева, что позволяет получать после закалки и отпуска оптимальное сочетание высокой поверхностной твердости изделий (контактная выносливость) с относительно пластичной сердцевиной (противораскалываемость). Однако при всех известных достоинствах этого способа применимость его с обеспечением требуемой симметричности нагрева в настоящее время ограничена в мировой практике преимущественно изделиями непрерывного сечения или близкого к таковому. Следовательно, актуальной задачей является расчет и разработка экспериментальной установки для симметричной индукционной закалки мелющих стальных шаров с последующим проведением исследований. Представлены результаты разработки и исследования установки для симметричного индукционного нагрева стальных шаров, проанализированы электромагнитные процессы, возникающие в процессе нагрева, определены диапазоны оптимальных частот электромагнитного поля и выведены зависимости удельной теплоемкости материала шара относительно режимов нагрева, представлены результаты экспериментальных исследований.

Данное исследование было выполнено при поддержке ФГБУ «Фонд содействия инновациям» — проект № 2637ГС2 от 22.08.2018 г.

1. Patent JP 2008169430 A. Heat treatment apparatus and heattreatment method for steel ball, JFE STEEL KK, 24.07.2008.
2. Patent JP 3152071 B2. Induction heating apparatus. MEIDENSHA CORP. 04.03.2001.
3. Titov S. S., Meshcheryakov V. N. Development and investigation of a symmetric induction heating unit for spherical shape metal ware // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2018. Vol. 53. No. 5. P. 1009–1016.
4. ГОСТ 7524–2015. Шары мелющие стальные для шаровых мельниц. Технические условия. — Введ. 01.11.2016.
5. ГОСТ 3722–2014. Подшипники качения. Шарики стальные. Технические условия. — Введ. 01.01.2016.
6. Леушин И. О., Леушина Л. И., Нищенков А. В., Кошелев О. С. Некоторые меры обеспечения эффективности и безопасности плавки в индукционных тигельных печах // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2019. № 7. С. 26–31.
7. ГОСТ 23619–79. Материалы и изделия огнеупорные теплоизоляционные муллитокремнеземистые стекловолокнистые. Технические условия (с Изм. № 1, 2, с Поправкой). — Введ. 01.01.1981.
8. ТУ 14-8-447–83. Изделия муллитокремнеземистые и корундовые для защиты термопар. — Введ. 01.07.1984.
9. Слухоцкий А. И., Немков В. С., Павлов Н. А., Бамунэр А. В. Установки индукционного нагрева. — Л. : Энергоиздат, 1981. — 328 с.
10. Sranberg F. Induction heating of slabs at SSAB Lulea. Essen. Vulkan-Verlag, 1997.
11. Rudnev V., Loveless D., Cook Raymond L. Handbook of induction heating, second edition, London, Taylor and Francis Group, 2017.
12. Zinn S., Semiatin S. L. Elements of induction heating. Ohio. ASM Internatuional. 1988.
13. Мещеряков В. Н., Федоров О. В., Титов С. С., Безденежных Д. В. Расчет и разработка экспериментальной индукционной установки для симметричной закалки мелющих металлических шаров // Черные металлы. 2019. № 4. С. 51–57.
14. Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др. Марочник сталей и сплавов / под ред. А. С. Зубченко. — М. : Машиностроение, 2003. — 784 с.
15. Владимиров С. Н., Земан С. К., Рубан В. В. Аналитические соотношения, аппроксимирующие температурно-полевую зависимость магнитной проницаемости конструктивных сталей // Известия томского политехнического университета. — Томск : Изд-во Томского политех. ун-та, 2009. № 4. С. 100–104.
16. Корягин Ю. Д., Филатов В. И. Индукционная закалка сталей : учеб. пособие. — Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2006. — 51 с.
17. Meshcheryakov V. N., Titov S. S. Induction Heating Plant for Heat Treatment of Spherical Metal Products // Russian Metallurgy (Metals). 2015. No. 12. P. 985–992.
18. Пат. РФ 2691354. Установка для поточного индукционного осесимметричного нагрева изделий шарообразной формы / С. С. Титов, Д. В. Безденежных ; заявл. 22.01.2019 ; опубл. 11.06.2019, Бюл. № 17.
19. Gracheva E. I., Naumov O. V. Estimation of Power Losses in Electric Devices of the Electrotechnical Complex // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi (Russia). — Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2019. P. 1–6.
20. Fedorov O. V. Expeditious forecasting of power consumption // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), St. Petersburg (Russia). — Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2017. P. 16–23.