感應(yīng)爐
感應(yīng)爐采用的交流電源有工頻（50 Hz或60 Hz）、中頻（60～10000 Hz）和高頻（高于10000 Hz）3種。
感應(yīng)爐分感應(yīng)熔煉爐和感應(yīng)加熱設(shè)備兩類。前者用于物料的熔煉或保溫，爐料最終呈液態(tài)狀；后者用于物料的加熱，包括物料整體均勻加熱、表面加熱或局部加熱。
簡介
感應(yīng)爐是利用物料的感應(yīng)電熱效應(yīng)而使物料加熱或熔化的電爐。感應(yīng)爐的主要部件有感應(yīng)器、爐體、電源、電容和控制系統(tǒng)等。
感應(yīng)爐的主要部件有感應(yīng)器、爐體、電源、電容和控制系統(tǒng)等。
在感應(yīng)爐中的交變電磁場作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流從而達(dá)到加熱或著熔化的效果。在這種交變磁場的攪拌作用下，爐中材質(zhì)的成分和溫度均較均勻，鍛造加熱溫度可達(dá)1250℃，熔煉溫度可達(dá)1650℃。
感應(yīng)爐除能在大氣中加熱或熔煉外，還能在真空和氬、氖等保護(hù)氣氛中加熱或熔煉，以滿足特殊質(zhì)量的要求。
感應(yīng)爐
利用感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流加熱物料的一種電爐。若加熱金屬物料，則將其放在耐火材料制作的坩堝中。若加熱非金屬材料，則將物料放在石墨坩堝中。增加交流電頻率時，感應(yīng)電流頻率則相應(yīng)提高，產(chǎn)生的熱量增多。感應(yīng)電爐加熱迅速，溫度高，操作控制方便，物料在加熱過程中受污染少，能保證產(chǎn)品質(zhì)量。主要用于熔煉特種高溫材料，也可作為由熔體生長單晶的加熱和控制設(shè)備。
有芯感應(yīng)爐有鐵芯穿過感應(yīng)器，用工頻電源供電，主要用于各種鑄鐵、黃銅、青銅、鋅等金屬的熔煉和保溫，電效率達(dá)90%以上，能利用廢爐料，熔煉成本低，最大爐容達(dá)270噸 。
配套設(shè)備
工作原理
當(dāng)交變電流通過感應(yīng)圈時，在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，爐內(nèi)導(dǎo)電材料在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電勢．在爐料表面一定深度形成電流（渦流），爐料靠渦流加熱熔化。
（1）加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫炭少、節(jié)省材料與鍛模成本
由于中頻感應(yīng)加熱的原理為電磁感應(yīng)，其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)生，普通工人用中頻電爐上班后十分鐘即可進(jìn)行鍛造任務(wù)的連續(xù)工作，不需燒爐專業(yè)工人提前進(jìn)行燒爐和封爐工作。不必?fù)?dān)心由于停電或設(shè)備故障引起的煤爐已加熱坯料的浪費(fèi)現(xiàn)象。
坩堝型高頻感應(yīng)爐
由于該加熱方式升溫速度快，所以氧化極少，每噸鍛件和燒煤爐相比至少節(jié)約鋼材原材料20-50千克，其材料利用率可達(dá)95%。
由于該加熱方式加熱均勻，芯表溫差極小，所以在鍛造方面還大大的增加了鍛模的壽命，鍛件表面的粗糙度也小于50um。
（2）工作環(huán)境優(yōu)越、提高工人勞動環(huán)境和公司形象、無污染、低耗能
感應(yīng)加熱爐與煤爐相比，工人不再受炎炎烈日下煤爐的烘烤與煙熏，達(dá)到環(huán)保部門的各項(xiàng)指標(biāo)要求，同時樹立了公司外在形象與鍛造業(yè)未來的發(fā)展趨勢。
（3）加熱均勻，芯表溫差極小，溫控精度高
感應(yīng)加熱其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)生，所以加熱均勻，芯表溫差極小。應(yīng)用溫控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對溫度的精確控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。
分類
工頻
溝型低頻感應(yīng)爐
主要設(shè)備，和沖天爐相比，工頻感應(yīng)爐具有鐵水成分和溫度易于控制、鑄件中的氣體與夾雜物的合量低、不污染環(huán)境、節(jié)約能源和改善了勞動條件等許多優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來工頻感應(yīng)爐得到迅速發(fā)展。
工頻感應(yīng)爐全套設(shè)備包括四大部分。
冶煉鑄鐵的工頻感應(yīng)爐爐體部分由感應(yīng)爐(兩臺，一臺用于冶煉，另一臺備用)、爐蓋、爐架、傾爐油缸、爐蓋移動啟閉裝置等組成。
2．電氣部分
電氣部分由電源變壓器、主接觸器、平衡電抗器、平衡電容器、補(bǔ)償電容器和電氣控制臺等組成。
3．水冷系統(tǒng)
4．液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)包括油箱、油泵、油泵電機(jī)、液壓系統(tǒng)管道與閥門和液壓操作臺等。
中頻
中頻感應(yīng)爐所用電源頻率在150一10000赫茲范圍內(nèi)的感應(yīng)爐稱為中頻感應(yīng)爐，其主要頻率在150一2500赫茲范圍。國產(chǎn)小頻感應(yīng)爐電源頻率為150、1000和2500赫茲三種。
中頻感應(yīng)爐是一種適用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼與合金的特冶設(shè)備，和工額感應(yīng)爐相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）熔化速度快，生產(chǎn)效率高。中頻感應(yīng)爐的功率密度大，每噸鋼液的功率配置比工頻感應(yīng)爐約大20一30%。因此，在相同條件下中頻感應(yīng)爐的熔化速度快，生產(chǎn)效率高。
感應(yīng)爐
（2）適應(yīng)性強(qiáng)，使用靈活。中頻感應(yīng)爐每爐鋼液可以全部出凈，更換鋼種方便；而工頻感應(yīng)爐每爐鋼液不允許出凈，必須保留一部分鋼液供下爐啟動，因此更換鋼種不方便，只適用于冶煉單一品種鋼。
（3）電磁攪拌效果較好。由于鋼液承受的電磁力是與電源頻率的平方根成反比，因此中頻電源的攪拌力比工頻電源小。對于去除鋼中雜質(zhì)和均勻化學(xué)成分、均勻溫度來說，中頻電源的攪拌效果比較好。工頻電源過大的攪沖力使鋼液對爐襯的沖刷力增大，不僅降低精煉效果而且會降低坩堝壽命。
（4）起動操作方便。由于中頻電流的集膚效應(yīng)遠(yuǎn)大于工頻電流流，因此中頻感應(yīng)爐在起動時，對爐料沒有特殊要求，裝料后即可迅速加熱升溫；而工頻感應(yīng)爐則要求有專門制作的開爐料塊(與坩堝尺寸近似，約以坩堝高度一半的鑄鋼或鑄鐵塊)才能啟動加熱，而且升溫速度很慢。因此，在周期作業(yè)的條件下大多使用中頻感應(yīng)爐。起動方便帶來的另一個優(yōu)點(diǎn)是，在周期作業(yè)時可以節(jié)約電力。
中頻爐加熱裝置具有體積小，重量輕、效率高、熱加工質(zhì)量優(yōu)及有利環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)正迅速淘汰燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設(shè)備。
由于以上優(yōu)點(diǎn)，中頻感應(yīng)爐近幾年來，不僅廣泛地用于鋼與合金的生產(chǎn)領(lǐng)域，而且在鑄鐵生產(chǎn)中，特別是在周期作業(yè)的鑄造車間也得到很快的發(fā)展。
類別與用途
感應(yīng)爐的類別和用途
| 類 別 |
用 途 |
感
應(yīng)
熔
煉
爐 |
有心感應(yīng)
熔煉爐 |
銅、 鋁、 鋅等有色金屬及其合金、 鑄鐵
的熔煉、 保溫， 鐵水和鋼水的保溫 |
無心感應(yīng)
熔煉爐 |
鋼、 鑄鐵以及銅、 鋁、 鎂、 鋅等有色金
屬及其合金的熔煉和保溫。 其中矮線圈爐
用于保溫;鐵坩堝爐用于低熔點(diǎn)合金熔煉;
高頻爐多用于貴金屬熔煉; 真空感應(yīng)熔煉
爐用于高溫合金、磁性材料、電工合金、高
強(qiáng)度鋼、 核燃料鈾等的熔煉 |
感
應(yīng)
加
熱
設(shè)
備 |
感 應(yīng)
透熱設(shè)備 |
鋼、銅、鋁等金屬材料在鍛造、軋制、擠
壓前的加熱;鋼、鑄鐵等金屬材料的退火、
回火和正火; 金屬零件熱裝配 (見感應(yīng)透
熱設(shè)備) |
感 應(yīng)
淬火設(shè)備 |
機(jī)械零件的表面淬火 (見感應(yīng)淬火設(shè)
備) |
感 應(yīng)
燒結(jié)設(shè)備 |
粉末冶金坯件的燒結(jié)或加壓成型， 通常
在真空中進(jìn)行 (見真空感應(yīng)燒結(jié)爐) |
發(fā)展歷史
1887年英國人S.Z.弗蘭蒂（Sebestian Ziani de Ferranti）在英國首先取得明溝式有心感應(yīng)爐的專利，但未得到實(shí)際應(yīng)用 。
1917年美國人MR.J.R懷特（MR.J.R.Wyatt）開發(fā)了商品名為AJAX-WYATT的“潛溝式”（Sabmerged Register）有心感應(yīng)爐，并用于黃銅的熔煉，開創(chuàng)了有心感應(yīng)爐的工業(yè)應(yīng)用歷史。
20世紀(jì)20年代中期，電動發(fā)電機(jī)式（MG式）和電子管高頻振蕩式電源裝置相繼問世，有力地推動了中、高頻感應(yīng)熔煉爐和感應(yīng)加熱設(shè)備的發(fā)展。
1932年美國TOCCO公司完成了高頻淬火裝置的工業(yè)應(yīng)用開發(fā)。第二次世界大戰(zhàn)中，感應(yīng)透熱設(shè)備開始用于炮彈生產(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)后，工頻無心感應(yīng)爐獲得開發(fā)，50年代起在鑄造行業(yè)得到迅速發(fā)展。
1957年美國GE公司研制出晶閘管式變頻電源裝置，很快在中頻感應(yīng)爐上得到推廣、應(yīng)用，有力地推動了中頻感應(yīng)爐的發(fā)展。
感應(yīng)爐
20世紀(jì)末，中、高頻感應(yīng)加熱、感應(yīng)熔煉用變頻電源裝置基本上已全部靜止化。美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已有8～10 MW、0.2～10 kHz的晶閘管式中頻電源設(shè)備供應(yīng)市場。晶閘管式變頻電源已取代MG式，靜電感應(yīng)晶體管式、場效應(yīng)晶體管式變頻電源已逐步開始取代電子管式高頻電源。IGBT式變頻電源裝置和MOS柵控晶閘管MCT （MOS controlled thyristor）式變頻電源裝置已開始涉足10 kHz以下的中頻感應(yīng)加熱領(lǐng)域。晶閘管式、IGBT式和靜電感應(yīng)晶體管式中、高頻電源已分別可用到10，60，1000 kHz。
20世紀(jì)90年代以來，工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在感應(yīng)爐自動化操作、爐況監(jiān)控、故障診斷乃至熔煉與澆注的過程控制等方面的應(yīng)用日趨擴(kuò)大。由計(jì)算機(jī)控制的一臺電源同時向兩臺感應(yīng)爐供電的功率分配式感應(yīng)熔煉用新型電源設(shè)備已取得專利，并在感應(yīng)熔煉中得到應(yīng)用。
發(fā)展趨勢
感應(yīng)爐的應(yīng)用，使鑄鐵生產(chǎn)進(jìn)入一個新階段，而中頻感應(yīng)爐以其熱效率和電效率高、熔煉時間短、耗電省、占地少、投資低和易實(shí)施過程自動化等優(yōu)點(diǎn)得到迅速發(fā)展。靜力變頻器的采用，使其在鑄鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用呈現(xiàn)新趨勢。
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