感应电炉简单介绍

感应电炉分类及使用特点目录•1、感应电炉工作原理•2、感应电炉分类•3、工频、中频、高频用途上的主要区别•4、工频感应炉和中频感应炉的主要区别•5、中频感应熔炼炉工作频率的选择一、感应电炉工作原理•高频的大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜管制作）。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反的方向，便会产生相对应的很大涡电流。由于被加热物体内存在着电阻，所以会产生很多的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目的。二、常见感应电炉分类•按电源频率分类：高频炉、中频炉和工频炉•按工艺目分类：熔炼炉、加热炉、热处理设备和焊接设备等•按其结构形式、传动方式等也可进行分类。•常用的感应电炉习惯上归纳为有心感应熔炼炉、无心感应熔炼炉、真空感应熔炼炉、感应淬火设备和感应头热设备等。2.1、有心感应熔炼炉•有心炉以有穿过感应线圈的铁心而得名，又因热源是一环绕的金属沟槽，故又称为槽式炉。有心炉又可分为开槽式和闭槽式两类，开槽式已基本被淘汰，现在的有心炉多为闭槽式。有心炉主要用于铜、铝、锌等有色金属及其合金的熔炼和保温以及用于铸铁保温等。该炉型具有加热速度快，电、热效率高，功率因数高，金属烧损少，熔炼成本低，设备投资少(为无心炉的1/2~1/3)，操作方便等一系列优点。但是，在开始使用时炉内要有起熔体，所以起炉和改换金属品种困难，故只适用于单一品种和大批量金属的连续熔炼和保温。2.2、无心感应熔炼炉•无心炉的命名是相对有心炉而言，其金属液盛于一坩埚中，故又名坩埚炉。此种炉型主要用于特种钢、铸铁、有色金属及其合金的熔炼和保温。无心炉具有熔炼温度高、杂质污染少，合金成分均匀、劳动条件好等许多优点。与有心炉相比，无心炉起炉和改换金属品种比较容易，使用较灵活，但其电、热效率远比有心炉低。无心炉由于表面温度低，不利于要求高温造渣工艺的熔炼。无心炉有高频、中频和工频之分。•备注：工频：50HZ（或60HZ）；中频：1-10KHZ；超音频：30-200KHZ；高频：大于200KHZ。习惯上，把10KHZ以上的频率统称为高频。•感应加热按频率分：工频：50HZ；中频：2.5-8KHZ；超音频：20-40KHZ；高频：200-300KHZ。•频率与淬火的关系：中频：2.5-8KHZ；超音频：20-40KHZ；高频：200-300KHZ。频率越高，淬火硬度越高，淬硬层越小，淬硬梯度越大。2.2、无心感应熔炼炉•（1）工频无心炉：工频无心炉是几种无心炉中出现最晚而发展最迅速的。主要用于铸铁和钢，特别是高强度铸铁和合金铸铁的熔炼以及铸铁溶液的升温、保温和成分调整等；另外也用于铜、铝等有色金属及其合金的熔炼。炉子容量小采用工频的不经济的，以铸铁为例，容量小于750公斤时电效率就显著下降。•（2）中频熔炼炉：中频熔炼炉的容量和功率都比高频炉大。主要用于特种钢、磁性合金和铜合金等的熔炼。这种炉子由于需要昂贵的变频设备，所以在一些较大容量的场合已改用工频无心炉。但是，和工频炉相比，中频炉也有其独到之处。如对于同样容量的炉子，中频炉的输入功率比工频炉大，所以熔化速度比较快，中频炉在冷炉起熔时不需要起炉块，金属液可以全部倒出等，所以使用时比工频炉灵活方便；另外，中频熔炼炉溶液对坩埚冲刷轻些，对炉衬有利。因此，在发展了大功率廉价的中频电源之后，中频炉还是大有前途的。•（3）高频熔炼炉：高频炉容量一般在50公斤以下，适用于实验室和小规模生产中供熔炼特种钢和特种合金之用。2.3、真空感应熔炼炉•真空感应熔炼炉用来熔炼耐热合金、磁性合金、电工合金和高强度钢等。该炉型的特点是在熔炼过程中炉温、真空度和熔炼时间等的控制比较容易，所以炉料的脱气可以很充分。另外，合金料的添加量也可以精确控制，所以是熔炼含铝、钛等活泼元素的耐热合金和精密合金的较合适的炉子。•上述感应熔炼炉除具有电冶金的一般优点，如易于造成必须的气氛，便于调节温度规范，减少金属烧损、保证铸件质量、提高生产率和降低工人的劳动强度外，尚因金属液内产生的电磁搅拌作用，能确保合金成分的均匀。2.4、感应淬火设备•感应淬火设备主要由电源、淬火控制设备（包括感应器）和淬火机床三部分组成。感应淬火方法是现代机器制造工业中的一种主要的表面淬火方法，具有质量好、速度快、氧化少、成本低、劳动条件好和易于实现机械化、自动化等一系列优点。根据工件的大小和淬硬层的深浅来确定合适的电源功率和频率（可以是工频、中频和高频）。感应器的形状和尺寸主要取决于工件外形和淬火工艺的要求。淬火机床也随工件的大小、形状和淬火工艺要求而有多种多样。对成批生产的零件，特别是在自动化生产线上，多采用专用机床。一般中、小工厂，由于工件批量多，数量少，多使用通用淬火机床。2.5、感应透热（加热）设备•感应透热（加热）设备主要用于金属材料在锻造、冲压、挤压、轧制等热加工前的加热，它使整个工件里外都达到工艺要求的温度。这种设备主要由电源（一般采用中频或工频）、加热控制设备、感应加热炉和上、下料机构等组成。同其他各种加热方法相比，感应加热法有许多优点。•首先，由于热量是在被加热材料的内部产生，所以加热速度可以提得很高，且在相同受热时间的条件下，径向温差比较小，故被加热工件不至于有显著的变形。•其次，因为加热速度快，所以即使在大气里面加热，材料表面的氧化和脱碳也非常少（如钢坯的锻造加热为例，用感应加热方法，钢材的氧化损失可以控制在0.05~0.5%以下，而用燃烧炉加热，氧化损失一般达到2.5~3.0%），所以感应加热炉一般不需要气体保护。•感应加热炉的主体就只有一个感应器，这种炉子不需要如燃烧炉那样有复杂的管路系统，也不需要燃烧炉、电阻炉那样有厚厚的炉墙，所以能很紧凑地组织在生产线中，甚至组合在其他的加工机械中。另外，在工作过程中，这种电炉不会产生如燃烧炉或保护气体电阻炉那种油污或有害气体，在炉子周围也没有那样大的辐射热，因此，劳动条件比其他炉子好得多。3、工频、中频、高频用途上的主要区别•不同的频率范围有他不同的适应范围。频率越高，趋肤效应越强，感应电流流入工件的深度就越浅，所以高频感应广泛的应用于表面淬火\焊接，而中频的工作频率低，电流的透射深度就深，所以广泛用于温锻\熔炼。•淬火方面，工频、中频可以用来预热或加热，在表面处理时淬硬层深度较高频深，高频通常为了得到一定的表面硬度，是一种表面热处理方法，淬硬层深度浅，高频加热快，且表面氧化较中频要好得多（淬硬层深度与加热频率及材料特点有关）。•高频淬火：淬火频率200-300KHZ，适用中小轴类和小模数齿轮的表面淬火或10以下齿轮的单齿淬火。•中频淬火：淬火频率2.5-8KHZ，适用中等轴类零件和中模数5-10的齿轮的同时或连续的表面淬火，也可用作大模数的齿轮单齿淬火。•工频淬火：淬火频率50HZ，主要用于大型轨辊、柱塞的表面淬火。•备注：趋肤效应：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应(skineffect)。4、工频感应炉和中频感应炉的主要区别•1、工频感应炉能使金属熔化和升温，且加热均匀烧损少，便于调节铁液的成分，污染小。但工频感应炉熔化冷料速度慢、不利于造渣、冷炉启动需启动快、生产不够灵活，通常用于金属和合金的重熔与升温。另外，工频感应炉功率因数低（备注：功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失），需补偿电容器，也增加了占地面积和设备投资。•中频感应炉则电效率和热效率高、熔炼时间短、省电、占地面积小、投资低，易于实现过程自动化和具有生产灵活性。中频感应炉适合熔炼铸铁，特别适合熔炼合金铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。它对炉料的适应性也比较强，炉料的品种和块度可在较宽的范围内变动。•应该指出，虽然中频感应炉优点较多，发展较快，但工频感应炉在铁液贮存、保温、调整合金成分、过热升温等方面，仍不失为一种良好的设备，尤其作为高炉、冲天炉等熔炼炉的双联熔炉仍得到广泛应用。4、工频感应炉和中频感应炉的主要区别•2、中频感应炉较工频感应炉性能方面主要有以下优点：•（1）、中频炉功率密度较大，生产率高。即在同样的搅拌力下，中频炉可输入3倍与工频炉的功率，换句话说，相同功率中频炉坩埚尺寸仅为工频炉三分之一，在较大炉子中，由于感应线罄电流和电压的影响，中频炉输入功率大约为工频炉输入功率的二倍，因此，中频炉平均电耗较工频炉低。•（2）、中频炉每次熔炼时可将炉料倒空，易更换被熔金属品种，起熔快，不需要起熔体，使用方便。而工频炉则必须留部分剩余铁水，供下炉起熔用，否则要用起熔块。•（3）相同生产率条件下，选用的中频炉容量小，所以占地面积小，炉衬材料用量少，运行费用低•（4）中频炉作业可靠性高和设备利用率高•（5）中频炉与工频炉相比搅拌力小，金属对炉衬冲刷小，炉衬使用寿命长，近几年，随着可控硅中频电源技术的发展，大型高功率中频炉得到较快发展，已为越来越多的用户采用，有逐步取代小型工频炉的趋势。5、中频电炉工作频率的选择•1、中频感应加热的基本原理•感应加热的基本原理是当施感导体（感应器）中通入交变的电流以后，在它的周围产生一个交变的磁场，把金属毛坯置于交变的磁场内，在其内部则产生一个交变电势，在电动势作用下就于金属内部产生交变的涡流。由于金属毛坯电阻上的涡流发热和磁性转变点以下的磁滞损失发热，便把金属毛坯加热至所需的温度。由趋负效应可知电流仅从被加热的金属的表面层流过，表面层的金属主要靠电流流过而加热的，内层（中心金属）则是靠外层的热量向内层传导而加热的。•一般来说毛坯表面加热到锻造温度时，表面和中心温度差差不多超过100℃，对于大直径毛坯来说，为了缩短内层金属加热时间，提高加热速度，希望选用较低的电流频率，以增大电流透入深度。否则，选用的频率太高，电流透入深度将减小，不但延长了热量由外层向内层的传递时间，增加了热量损失，热效率低，甚至会造成表面过热。对于小直径毛坯感应加热时，由于截面尺寸小，可以采用较高频率，以提高电效率。5、中频感应熔炼炉工作频率的选择•有研究人员针对国内广泛运用的0.5t、1t、1.5t中频炉的工作频率进行了分析计算，同时对照国外同类产品工作频率的选择情况，认为较大炉熔（1t）以上的中频炉应该适当降低工作频率（建议采用中频频谱国家标准中列出的400HZ，有特殊要求除外），数十公斤炉熔的中频炉应向更高频率发展。•并指出降低工作频率时需要注意以下几个问题：•（1）在感应器和额定电压不变的前提下，过分降低工作频率可能带来由于匝数太多而铜管截面积尺寸小，使得铜管电流密度大于允许值的矛盾，所以要综合考虑。•（2）降低工作频率将使炉内被熔金属搅拌加剧，增加金属的烧损、挥发和加大炉衬损坏的可能性，因而应视其程度而采取相应的保护措施。•谢谢