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              熱門關鍵詞: 感應淬火成套設備 感應加熱電源 淬火機床 淬火感應器

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              感應加熱設備在鍛造生產中的應用

              責任編輯:wxoner 閱讀量: 發表時間:2019/4/1 13:48:09【
                         一 鍛造加熱概述
                       人類的一個重要特征,就是有利用自然、改造自然的能力。自石器時代后期,人類已經發明了冶煉技術,學會了用金屬制造工具、武器,甚至裝飾品的能力。鑄造、鍛造技術方法也就開始了漫長的發展過程,歷史超過了兩千年。至今,該技術已深入人類生存的各個領域。
                      今日所稱的鍛造概念,包含自由鍛、模鍛、擠壓、軋制、冷鐓、冷沖和輾擴等諸多工藝方法,除冷鐓、冷沖在常溫下進行外,不論采用何種鍛造方法,都要將欲進行鍛造的金屬坯料進行預先加熱,以使金屬具有良好的塑性,較低的變形抗力。經過鍛造的金屬,組織更為致密,具有更高的力學性能。
                      一般金屬鍛造坯料的加熱溫度,取決于金屬的再結晶溫度。鍛造的溫度與金屬的性質密切相關。鋼的再結晶溫度約在460~C左右。300~800~C一般稱為溫鍛;鋼的熱鍛依據合金的差異一般界于800~1200~C。而對于鋁及鋁合金,一般的鍛造溫度在400~C左右;銅與銅合金的鍛造溫度在750~900℃ ;鈦及鈦合金的鍛造溫度,通常都要高于IO00~C。
                     不言而喻,金屬坯料鍛造前的加熱必須配備加熱設備。而加熱設備的配置主要取決于金屬本身對加熱溫度的工藝要求,滿足這些工藝要求的熱源有多種。原則上,凡是能使金屬溫度升高至鍛造工藝要求的熱源都可以利用,但選擇加熱設備仍然要考慮能源的經濟性,加熱設備建造的投入成本,加熱溫度控制的可能性、穩定性,以及滿足環保所提出的要求。
                      鍛造加熱設備以其熱能源不同,分類如附圖所示。所要采用的加熱能源,要因地制宜,同時綜合考慮加熱金屬坯料自身的固有特性,以及加熱坯錠的尺寸、重量和批量等各種因素。
                      二、感應加熱的基本原理
                       1820年,H.C.奧斯特發現了電流的磁效應;相反,磁場也會使切割磁力線的導體產生感應電動勢及感生電流,法拉第首先定量地確定了感生電動勢與磁場的關系,建立了電磁感應定律,也即法拉第定律;另一個重要的定律是電流使導體產生的熱量的關系,就是所謂的焦耳定律(定量的公式關系,限于篇幅不贅述)。電流通過線圈而產生交變磁場,使處于線圈中的金屬坯料產生感應電動勢,故而金屬內部產生電流,該電流的流動過程要克服金屬坯料的自身電阻,產生焦耳熱。這個熱直接產生在加熱金屬坯料的內部,因而這種加熱方法具有比其他方法加熱有更高的熱效率。值得注意的是,這種感應加熱的方法,在金屬坯料的內部電流分布是不均勻的,最大的電流密度出現在坯料的表層,即所謂的集膚效應。不難看出這種加熱方法更適合加熱熱傳導良好的金屬,如鋁及鋁合金、銅及銅合金。使用感應加熱的方法鋁及鋁合金的坯料直徑可以達到600ram以上。如我國山東叢林集團的100MN擠壓機感應加熱爐可加熱的鋁錠尺寸為4,560 mm x 1750mm;銅及銅合金坯料的直徑可達400mm,甚至更大些。鋼的熱傳導較差,所以大直徑的鋼坯料,不采用感應加熱的方法。
                      三、感應加熱的基本特點
                      感應加熱爐的感應線圈的內徑大約為被加熱坯料直徑的1.2~1.3倍,矩形感應加熱器的內空間也是比坯料只大少許,以便于坯料通過為宜。因此,加熱的空間甚小,不需要火焰爐所必須的厚厚的絕熱層。因加熱快,也不需要一爐裝很多坯料,因此,感應加熱爐具有如下的明顯特點:
                     (1)熱效率高,加熱快。不需要一般火焰爐開爐前緩慢的逐級升溫的預熱過程。一般只要短時間加熱3~5個坯料后(返回爐前)即可正常運行。
                     (2)與火焰爐相比金屬氧化層薄,金屬損耗少。
                     (3)不需要很厚的絕熱層,爐體小,爐體自身的熱容量低,加熱效率高。
                     (4)爐體體積小,占地面積小。
                     (5)不產生燃燒廢氣,有利于環保。
                     (6)易實現自動化運行,與其他加熱爐相比操作人員最少。
                     當然,還可以在設備的成本、維修方便等方面比較,這要涉及具體情況,但感應加熱在大多數情況下占有明顯的優勢。其不足之處是不適用于金屬坯料加熱的所有情況,要依據具體情況分析、論證才能選用。
                      四、感應加熱的適用范圍
                      在鋼鐵廠中,焦爐、高爐煤氣充足,加熱大型鍛坯,應以焦爐、高爐煤氣的火焰爐為首選;在天然氣充足的地方,選用以天然氣為燃料的加熱爐無疑是最為經濟的。對于大型、超大型鍛件,幾乎毫無例外的選用燃氣加熱爐。因此,在較大的機械制造企業,往往要建設自用的煤氣站,以便作為熱源。目前焦炭加熱爐一般只用于小工廠的手工鍛造在用,在大型企業已完全被淘汰。目前,大型感應加熱爐多用于有色金屬擠壓坯料的加熱,而且是采用的工頻,使電源設備大為簡化。具體講,用于鋁及鋁合金、銅及銅合金的擠壓坯料加熱。主要原因是感應加熱時,由于感應電流的集膚效應,使加熱錠坯表層先熱。坯料的中心的溫度升高,是靠熱傳導實現的。鋁、銅及其合金具有良好的熱傳導性能,因此熱透性好,外部表層和中心的溫度短時即可趨于均衡。反之,鋼的導熱性較差,外表和中心的溫度必須經過較長的時間傳遞,采用感應加熱的方法就無法發揮感應加熱快速的特點。而且鋼坯料中心達到工藝要求的溫度時,坯料的表面可能已經過燒。鋼的加熱必須有一個緩慢的均化過程。
                     對于大批量的小型鍛件,包括黑色和有色金屬的坯料,則考慮小型的感應加熱爐或幾臺加熱爐組成的加熱爐組更為適宜。選擇加熱方法及設備,任何時候都要多方面進行分析、比較,但最基本的是使用性能,技術的可靠性,是否先進,在此前提下,考慮經濟性、熱能來源,以及維護是否方便等因素。當然要經得起環保方面的嚴格審查。
                     五、感應加熱的現狀及其發展的趨勢
                    (1)感應加熱爐的設計、制造,從技術方面講,可以說已經完全成熟。用于小規格鋼坯鍛壓坯料加熱,因其便于實現自動化、連續化已經被普遍采用;用于有色金屬擠壓坯料的加熱,即使是大規格的錠坯,也有趨于采用工頻感應加熱的明顯趨勢。
                    (2)在國內,有色金屬擠壓坯料工頻感應加熱爐的最大加熱坯料規格為~b560mm×1750mm的鋁錠,加熱功率約在3000kW左右,基本上是當前世界上同類設備的“老大”。該設備用于100MN鋁及鋁合金擠壓機配套。200MN擠壓機目前只在俄羅斯有一臺,是前蘇聯烏拉爾重機廠1951年建造的,當時由于感應加熱技術尚不十分成熟,肯定不是采用感應加熱爐與擠壓機配套。從理論上講,加熱q~800mm X 2000mm的鋁錠感應加熱爐在技術上是可能的,其功率約達5000kW,但未見有明確的向更大功率發展的可能。
                     (3)低(工頻)、中、高頻的感應加熱爐的適用范圍不會發生重大的改變。中、高頻的感應加熱設備主要用于金屬的熱處理(如表面淬火)領域,以及金屬的熔煉、合金生產過程。未見中、高頻用于鋼及有色金屬鍛造坯料的加熱領域的報導。主要是中、高頻加熱瞬時能量釋放過快,而向坯料中心熱量傳導緩慢。將依靠變頻元件的進步,進一步降低中、高頻變頻電源設備成本,提高運行的可靠性。
                     (4)感應加熱設備電源部分的發展,中、高頻感應爐,主要涉及變流環節的結構和固體化元件的進步;工頻感應爐的設計將更注意三相的平衡技術(尤其是單相的感應加熱爐),并要致力于將功率因數控制在電網允許范圍之內(0.85~0.9),以達到減少電網損失,節約能源的目的。
                     (5)在鍛壓領域,不論任何感應加熱設備,加熱設備與主設備計算機集中控制、集中顯示、故障警報、協調運行的能力將會有進一步提高。通過計算機將主機(如模鍛、擠壓設備)和加熱設備,當然也包括機組的其他輔助設備,將運行控制在最佳狀態,無疑是工業技術發展的重要目標。



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