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国内外感应加热技术的应用及发展
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:707

 感应加热作为新的学科,在近30年来得到了真正应用。在能源紧缺的今天,其重要性显得尤为突出,技术正在迅速提高,用途日益广泛。我国在改革开放之后开始发展感应加热技术,其应用前景非常看好。

1、感应加热特点

(1)加热温度高,而且是非接触式加热。
(2)加热效率高
(3)加热速度快。
(4)温度容易控制。
(5)可以局部加热。

(6)容易实现自动控制。
(7)作业环境好,几乎没有噪声和灰尘。
(8)工作占地少,生产效率高。
(9)能加热形状复杂的工件。
(10)工件容易加热均匀,产品质量好。
(11)熔炼中溶液有电磁搅拌作用。可以均匀地调节金属液成份,溶液温度均匀,不会出现局部高温。金属烧损少,这一点,对熔炼稀有金属更重要。

2、感应加热优点

首先是能耗低。感应熔炼炉与感应透热炉的实际坯料加热热效率可达到65%~75%,而火焰炉和各种室式炉只有30%左右。

第二,该种炉型无需煤炉、燃气炉及电阻炉等必须的预热过程,使用方便,操作简单,可长时间连续工作也可根据需要随时开启或停止工作,全手动也可全自动或半自动工作,即可在生产调度时具备绝对优势。

第三,无需对工件整体加热,可选择局部加热,因而电能消耗少,工件变形小而且加热速度快,可使工件在极短的时间内达到所需的温度,从而使工件表面氧化和脱碳等加热缺陷降到很低程度,可用于钢铁、钨、钼等钢铁材料也可应用于化学活性较强的铝、钛、锆、铌的加热或热处理。

第四,感应加热设备可安装在生产线上,易于实现生产线的自动化和机械化,便于管理,可有效减少运输,节约人力,提高生产效率。

第五,感应加热还具备电能利用率高、环保节能、安全可靠和作业环境好等优点。

基于以上优点,在电能代替煤、油、气等不可再生能源在加热领域正逐步成为优势能源的今天,感应加热在熔炼、加热等领域得到日益广泛的应用,电加热特别是感应加热的应用有非常广泛的应用前景,感应加热设备生产厂商具备广阔的发展空间。

3、在汽车制造中的应用

汽车工业的蓬勃发展给汽车零部件的产业带来了前所未有的发展机遇。感应加热技术在汽车制造领域也正得到越来越广泛的应用。

在熔炼方面,铸造是一种易于成形的金属加工方法。采用铸造方法可以制成汽车上各种不同尺寸和复杂形状的零件。可以说在汽车工业的发展方面物尽其用,几乎所有的铸造工艺方法在汽车工业都可以尽其所能。国内外铸造汽车零部件的生产主要采用的熔炼工艺有冲天炉熔炼工艺、中频感应电炉熔炼工艺和冲天炉-中频感应电炉双联熔炼工艺,而感应熔炼炉由于其技术优势在铸造行业也正在得到日益广泛的应用。

在加热方面,据统计,前苏联在汽车工业中感应热处理的零件已占热处理零件的40%~45%。感应加热技术发展到今天,其应用及发展程度不言而喻。

感应加热技术在汽车行业中主要应用于以下领域:
(1)金属的熔炼。
(2)锻造毛坯的加热。
(3)汽车零部件的热处理。
(4)汽车零件粘接后的感应加热固化。
(5)感应加热半固态成形。
(6)感应加热装配。
(7)感应加热钎焊。

4、国外感应加热现状

随着电力半导体器件的开发和电力电子技术的不断发展,感应加热装置的面貌也随之日新月异,以装置的体积、质量、性能方面的变化尤为突出。例如频率,同容量的晶体管式变频装置与电子管式变频装置相比体积缩小2/3,重量减轻2/3,冷却水节约1/2,耗电量节约1/3,效率提高35%,使用寿命更长,更加安全可靠,容易实现自动控制,有利于提高加热效率及质量,维护工作量更小,能做到随用随开。

德国、美国、英国、法国、日本、意大利、西班牙、比利时和俄罗斯等工业发达国家的感应加热装置的技术发展及应用位于世界前列。

5、国内发展与现状

我国感应加热技术的应用开始于20世纪50年代,发展主要是改革开放以后,主要用于机床、汽车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火,而熔炼和透热方面的应用较少。感应加热的技术几乎全来自前苏联和捷克。80年代,浙大自主开发了第一台并联式晶闸管中频电源并向全国推广。

20世纪90年代,国外的一些感应电炉公司直接到中国来办厂,如美国的应达感应加热公司和彼乐公司等,和国内的同行业厂家同台竞争。他们的产品技术含量高、电源功率大、品牌全、炉子吨位大、生产线规模大,占据了国内的很大一部分市场。只是他们的设备价格高(国内同性能产品大约是其价格的1/5左右),这才使国内厂家有了一定的市场发展空间。

国内感应加热方面从地域上还分“南派”和“北派”技术和产品方面的竞争。“南派”的代表有振吴、四达、兆力等公司;“北派”是以西安市感应加热的公司为代表,这些厂家中比较有影响的有西安博大电炉有限公司、西安电炉研究所有限公司、西安鹏远重型电炉厂、西安机电研究所、陕西海意、西安自动化和华立等。

6、感应加热装置发展趋势

感应加热装置由两部分组成,一部分是提供能量的交流电源,也称变频电源,另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈及机械结构,称感应炉。变频电源有工频、中频和高频之分。

(1)高频加热设备

它有一套将工频50hz交流电转变为高频(70  000~1000000hz)电能的装置,通常采用电子管高频发生器。

(2)中频加热设备

也有一套将工频50hz转变成中频(500~10 000hz)电能的装置,通常为中频发电机(功率因数低)和晶闸管变频器。
  (3)工频感应加热设备

感应器的电源频率与电网的频率相同,即50hz,所以可以直接从电网吸取能量。美中不足的是功率因数过低。

随着市场需求的发展,感应加热装置的发展呈现电源随电力电子功率器件的大容量化变得高频化,电子技术装置的控制模拟向数字化、自动控制向智能化发展,感应加热装置的发展趋势呈现以下几个方面的特点:

(1)电源趋向高频大容量化

感应加热电源中频段主要采用晶闸管;超音频段主要采用igbt;高频频段原来是sit,现在主要发展mosfet电源。采用igct的电源也开始亮相。高频电源的需要催生了新的功率器件,而新的器件又反过来促进了高频电源的发展。感应加热电源的大容量化,如几十兆瓦、几百兆瓦,都是可以实现的。

(2)感应加热装置趋向机械化、自动化

近几年,随着机电一体化、计算机、信息和控制、装备自动化、新材料、新工艺等的快速发展,铸造、锻压和热处理过程趋向数字化、精密化。反映在对加热方面的需求趋势为:数字化制造融入铸锻过程,包括加热、熔炼设备;铸锻短流程生产要求减少资源浪费;大型铸锻件生产要求工业节能;自动化控制下的清洁生产。

因此,感应加热装备在其节能环保的特点下,有应市场需求向大型化、自动化和控制趋向智能化方向发展的趋向。

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