gtr系列中频感应透热设备,中频感应加热炉.pdf

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的有中频发电机组和半导体变频装置两种 （工频电源及三倍频装置在此不予讨论） 1·中频机组与可控硅电源的比较1)中频机组启动电流达额定值 2~5 倍，变压器容量较小的车间或工厂易在启东时跳闸。

为了减小启动时对供电网路的冲击，250KW 及以上的机组通常制成 6000V 进线，但用户需配 10000/6000V 变压器， 一是不易购到，而是只能专用，三是使增容复杂化（尤对于没。