感应电炉简单介绍ppt课件.ppt

感应电炉分类及使用特点 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 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 14 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 1