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GTR 系列感应透热设备 【提要】本文根据五十多套 GTR 设备的设计、制造、调试情况， 论述感应透热的有点和技术经济效益，总结了 GTR 系列感应透热炉 和新颖的 KGPS 系列感应加热用半导体变频装置（即可控硅中频电 源）的技术特点 【关键词】感应透热 一、感应加热原理与感应透热特点 螺旋线圈（感应圈）中通过交变电流时，将按右手螺旋定则产生 一个交变磁场线圈中放置的金属坯料被交变磁力线切割，即产生感 应电动势，从而在坯料表层形成强大涡流，使该坯料迅速升温并达到 金属热加工的要求这种加热方法可广泛应用与锻压、熔炼、猝火、 回火、退火、弯管、焊管、钎焊、烧结等工艺 与传统的燃料炉（煤炉、焦炭炉、重油炉、柴油炉、煤气炉等） 及电阻炉相比，感应头热方式具有众多的技术和经济优势 1 • 加热速度快，生产效率高 （1）升温迅速 火焰炉和电阻炉靠辐射、对流与传导使坯料加热，需较长时间， 又加上炉腔很大，热惰性大，故升温缓慢而感应加热是工件内部电 能直接转为热能，兼炉腔很小，一般开机后即可连续生产以直径 100mm 的坯料为例火焰炉要燃烧 2 小时左右才能开始锻压，感应 炉开机后几分钟即可连续生产。

（2）开停方便，缩短辅助工作与停工时间 以模锻为例，坯料到温开始锻打时或锻造过程中往往需调整模具， 此时火焰炉比较精确的控制升温与保温， 而感应炉可随时开机以获得 试料或精确的降低功率进行保温 火焰炉与电阻炉加热一炉料的时间很难恰好是一个工作班次时间 的公约数，往往有较多时间，但又来不及处理一炉料而不再生产， 感 应炉则完全可以在每个班次充分利用工作时间 陕西汽车齿轮厂采用感应炉取代柴油炉以来， 大型锻件生产效率 已提高二倍以上韶关齿轮厂采用感应炉取代重油炉后，定额当即翻 一倍 2 • 节能 传统的火焰炉能量利用率只有 10~30%电阻炉可达 40%，而感应 加热炉一般总效率都可达 60%，很多可达 70%以上，能耗显著降低 如陕西汽车齿轮厂用柴油炉每吨锻件耗油 300kg 以上，折合标准煤 471.3kg,用感应炉后每吨锻件耗电 350 度以内，折合标准煤 142.45kg又如韶关齿轮厂重油炉每吨锻件耗油 330kg，折合标准煤 471.9kg,用感应炉每吨锻件耗电 411.7 度， 折合标准煤 166.33kg参 附件一） 采用感应加热工艺在能量平衡方面较易达到国家对企业升级 的要求。

另外，非三班制的企业，也可以利用感应加热设备进行调试电负 荷，填谷避峰，实现调荷节电 3·节约金属材料 （1）金属材料烧损少 火焰炉金属坯料氧化烧损一般达坯料重量的3%~4%，且同一炉料烧 损情况相差较大，最后出炉的料烧损最大 感应炉金属氧化烧损均在 0.5%以内，且均匀恒定因此下料尺寸 可减少 2~2.5% （2）废品减少 火焰炉近喷咀处坯料易过热或过烧，造成锻坯报废或热处理后报 废，远离喷咀处的料又易温度不足使锻件不合格当锻压设备或模具 或动力有些故障时， 有可能使长期保温或二次加热的料烧损严重而重 量不够了 采用感应加热后，因加热原因形成的材料损失可大大减少 上海自飞锻压件厂有一大批用火焰炉二次加热必然变小报废的坯 料，采用感应加热使其全部锻成合格品 4·优良的加热质量 用传统的各种火焰炉与电阻炉，钢铁坯料表层氧化皮量典型为 3%~4%，脱碳层深达 0.5mm 以上，使工件表面产生各种缺陷（折迭、 夹皮、凹陷） 、疲劳强度及耐磨性能均下降，内部晶粒也易粗大，有 时甚至影响到以后热处理的质量由于加热温度及其均匀性难以控 制，易产生加热不足，芯表差大或过热过烧现象 感应加热表层氧化脱碳轻微，这对具有非机加工面的重要另件很 有意义，如奔驰的发动机连杆就要求脱碳曾小于 0.03mm，S×250 连 杆用感应加热锻造后实测表层脱碳深 0.03~0.05mm,经调质喷丸后实 测脱碳层深为 0.1~0.2mm，超过了西德产品的要求。

火焰炉对于高碳 高合金的高速钢和工具钢脱碳层以重量计可达 5%，用感应加热可使 其符合英国 BS4659：971 的 1 级脱碳范围，甚至可不再深加工 由于可以很容易地通过改变输出功率来精确地控制加热温度，避 免了坯料黑心（未烧透） ，或过热、过烧各件均匀一致的加热质量， 易保证同一批或各批锻坯尺寸比较一致 改变谐振频率和加热时间，可以精确的控制工件加热深度，对于 局部加热的坯料，感应加热可以较精确地控制加热位置及加热长度， 并获得很窄的热过渡区例如：平锻机锻件（陕齿） ，汽车半轴套管 （南汽）等就很适宜，也很容易做到端头温度特别高一些由于感应 加热可迅速改变电气参数可控制加热状态， 成为精密锻造不可缺少的 手段， 讲究外观质量的出口产品也必须用这种先进工艺保证产品顺利 进入国际市场 （如澎泽五金工具厂、北京电讯工具厂、青泸机床厂、 文登威力工具集团、东莞轴承厂等 ） 5·延长模具寿命 由于坯料氧化皮显著减少减薄，不会有加热不足的料进入模膛， 模具使用寿命大大提高 （可达 30%）如北京玉渊潭五金厂采用感应 加热的主要原因就是稳定坯料温度，提高模具寿命，保证锻件上字迹 清晰 6·改善劳动条件，减轻劳动强度，节省人力。

火焰炉烟熏火燎，集热脏累大全一般大型锻压设备要配置 2— 4 名强劳力感应炉工作条件类同冷加工，只要一名中等劳力，甚至 女工即可完成司炉工作感应炉很易实现机械化或自动化生产，组织 在流水线中东南沿海一些企业职工对生产条件比较重视，即使电费 较高，增容困难，仍很积极采用感应加热设备，其中，稳定热加工职 工队伍也是一项考虑因素 7·无环境污染 感应透热消除了火焰炉的烟、尘、灰、渣公害，也没喷焰的巨大 噪声，其工作频繁率为 50～10000 赫芝，对人体没有危害测试资料 证明，即使在超音频下亦无害人体， （参附件十五）反以是“最干净 的金属加热方式， ”成为大中城市金属热加工技术改造的重要手段 如株洲齿轮厂利用返还的环保罚款购置感应透热炉，实现了技术进 步 8·安全性好 工作场所没有易燃气体混合物，煤场、油库、煤气站等危险去也 大为减小或撤除 9·因不须储存和转运大量燃料及处理燃烧后的灰渣废弃物，节省 了厂区地面及库房另外，感应炉尺寸比火焰炉小得多，占用车间生 产面积小 10·几乎不占用为金属件加热而采购、转运和储备燃料所需的那 部分流动资金 11·降低生产成本，经济效益显著 感应加热除了上述优点外， 其至处于煤都的大同齿轮厂也连续增 置了多台感应加热设备。

由于总运行费用低的多， 经济效益十分显著， 故虽设备一次投资较大， 但一般在生产 500～1000 吨锻件后即可收回 一套设备的投资 （详见附件一～附件八） 12·感应加热设备比较复杂，工艺与维修人员文化与技术要求较 高 13·品种过多、批量过少的生产显得不太方便形状过于复杂的 工件也不易均匀加热 14·一次性设备投资大，目前企业电力增容也较困难 二、GTR 系列感应透热炉技术特点 1·功能组合化，形式多样化，规格系列化 整套感应透热设备由透热炉和变频装置两大部分组成 壹台透热 炉可包括感应器、 谐振槽路与电容系统、 进料机构、 出料机构、 炉架、 节拍控制器、 冷却水控制盘、 温度监测与控制系统， 并辅以有关水路、 气路、电路等 针对不同的使用要求，可取舍各个部分，组合成形状与功能各不 相同的感应透热炉其中每一部分也有不同形式例如：炉体有配置 炉，也有 2000×6300mm，承重 3～5 吨料的大型炉感应器有圆筒 形、椭圆形、U 形及其他异形；有立式、卧式、倾斜式；有水冷导轨 式和无水冷导轨式；有用钢玉炉衬碳化硅炉衬；GYG 炉衬及烧结 式炉衬；有分别适用于工频（50HZ） 、中频（0.4～10KHZ)、超音频 （10～50KHZ） 、高频（100～300KHZ） 、有适用于输出几十千瓦到 几千千瓦的。

电容系统有配中频接触器，可切换电容，随时调整功率 因数，以适应于中频发电机组的；有固定电容，频率自动跟踪，适用 于匹配可控硅电源的节拍控制有单动式，双连互锁式，三态式 进 料机构有气动式，电动缸式，偏心机械式等进料形式有序列式、 连 续式、步进式、周期式等出料方式有滚轴式、翻版式、自动选别式 （适用于温度自动控制） 出料方向可左向、右向、前倾、下滑、向 上输送等等另还可配本厂特制的网带式锻件输送机（中国专利） 因具体某个感应器本身只能适应一定范围内形状与尺寸的工件 加热要求，为了适应多种坯料规格尺寸，感应器炉膛内径按标准分为 12、15、18、20、25、30、35、40、50、60、80、100、130、150、 170mm；再大按特殊情况处理长度按 400mm 等差数列延续这 样的规格系列，组全后可灵活应用于直径Ф8～Ф150mm，重量 0.1～ 200kg 坯料的加热 七种基本炉型及它们组成的感应加热自动生产线 有效地满足了 多种用户需求，具体形式参附件十，各型号规格参附件十一 2·感应器机构设计特点 （1）装配式机构 以往许多感应大（包括国外进口的）都是套用感应熔炼炉模式， 采用高铝耐火材料整体捣筑烧结而成，并通以水冷导轨。

其高温强度 差，热效率低操作者要经常注意导轨是否磨损造成高压水泄出发生 短路，感应圈易受耐火材料腐蚀，万一感应器发生故障很难维修， 往 往要把感应器打破才能拆开，拆开时易造成较大损坏，费工费钱还耽 误生产， 甚至整个报废 GTR 系列感应器从Ф12～Ф170mm， 长度 250～ 3600mm，一般均采用装配式结构，使用与维修比较方便，通常 4 小时 内即可更换损件其典型机构图参附件十二 （2）优质炉衬 GTR 系列感应器大部分采用 GYG 炉衬，它是以碳化硅为基体的混 合材料并经表层釉化处理后高温焙烧而成其高温耐磨性、热稳定性 （急冷急热冲击） 、高温机械强度较好，也有相当的隔热保温作用于 电绝缘性能，并有很好的互换性结构与尺寸，以便装配维修其性能 指标见附件十三 对于小直径（Ф20mm）以下工件，多采用碳化硅炉衬，因其绝缘 性能差，外层必须用硅酸铝毡套绝缘与隔热 更细的工件， （Ф15mm 以下）也用钢玉炉衬 异形感应器，如缝式感应器，椭圆感应器，则用特定耐火材料制 造 加热重型坯料时，也在路沉中设置奥氏体不锈钢管水冷导轨轨面 进行耐磨层处理 3·感应器参数的计算机设计 为了满足各企业对这种材质、尺寸、温度与生产节奏的不同要求， 感应器技术参数的设计是很麻烦的， 如频率计算， 透热均温时间计算， 形状与尺寸计算，功率计算，感应器与工件系统阻抗计算，补偿电容 计算，截面与热损失计算等等。

计算过程中要用几十个公示，十多个 图表，几百道计算步骤，还要多次根据实际条件变更数据，又要多次 验算，人工计算工作了太大，既耽误进度又不易准确，更难求得最佳 参数为此我们编制了专用软件，应用计算机技术进行优化设计， 本 程序为人机对话式，按计算机提示逐个输入所需已知条件，程序运行 中自动查找各种图表数据程序设有若干循环， 改变某输入参数即可自 动重新计算，最后自动打印出感应器技术参数表 使用计算机设计程序后，一是显著加快了设计计算过程，二是大 大减少了人工繁琐计算产生的差错，提高了计算数据的可靠性，三是 灵活而全面地进行多方案比较，迅速择优这对于兼容性较大的感应 器设计尤为重要，例如同一台透热设备（其频率、功率与电容是基本 确定不能大变的） ，需配多个规格的感应器的情况或一个感应器想适 应几种工件尺寸的情况本程序流程图参附件十四 4·宏观统筹，成套性强 从加热方案、设备平面布置与基础设计，水、电、气路设计，透 热炉与变频装置的技术参数设计， 结构设计、 制造、 调试、 技术培训， 直到最后交钥匙及长期培训提供备件， 实现整个技术改造工程的全过 程与多方面技术服务 三、新颖的感应加热用半导体变频装置（又称可控硅电源或晶闸 管变频装置） 感应透热设备的电源部分常用。