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1、 曼 堡 竺l ， 砒w _ - 感应加热在锻造生产中的应用 机械工业第四设计研究院( 河南洛 阳 4 7 1 0 3 9 ) 王广成 1 。 中频感应加热炉的特点和优点 感应加热工艺有其 自身工艺特点，现归纳如下 ： ( 1 )适合大批量生产，利于实现生产过程中的机 械化和 自动化。 ( 2 )适合加热品种少、截面范围相差小的坯料。 对于截面范围相差大、品种多的坯料，必须为炉子配备 规格较多的感应圈，生产过程中需频繁更换感应圈，造 成时间浪费。 ( 3 )适合节拍均衡的生产。生产节拍不均衡，感 应加热难以适应。 ( 4 )适合坯料截面规整的一火加热，不适合变形 后的二次加热。 ( 5 )感应
2、加热设备的初次投资大。 感应加热与其他加热工艺相比，又有许多优点， 其优点如下： ( 1 )在锻造生产中采用中频感应频加热时，不产 生污染，与普通的火焰炉相比，炉子的热效率高。 ( 2 )工艺节能。中频加热比重油加热节M e 3 1 5 5 4 3 ，比煤气加热节能5 4 o 。 ( 3 )锻件的氧化烧损少，中频加热锻件的氧化烧 损仅为0 5 ，煤气炉加热的氧化烧损为2 ，燃煤炉达 1J 3 ，中频加热工艺节材。 ( 4 )加热质量好，可降低废品率1 5 ，提高生产 率1 0 3 0 ，延长模具寿命1 0 1 5 。 ( 5 )长捧料直接加热后下料，所需的下料力小， 可单独配备下料设备，也可把
3、下料机构设置在锻造主机 上，使得加热、下料、锻造三工序之间输送距离缩短， 真正做到趁热打铁。 ( 6 )与 自动化程度高，效率高的锻造主机配套， 实现锻造生产线的 自 动化，能充分发挥锻造主机的生产 能力。 感应加热与其他加热工艺优缺点比较见附表。 感应加热与其他加热工艺优缺点比较 、燃料类型 藿油或 燃气加热炉 燃煤炉 中频加热炉 项 轻柴油炉 天然气 城市煤 气 燃料热值 41 8 6 8 k J k g 3 8 9 7 9 k J m 3 2 2 3 8 k J m 2 0 9 3 4 k J k g 煤 3 6 o 0 k J w h 输送方式 汽车运至油库 管道运输 管道运输 汽车运
4、至煤厂 导线输送 快捷方便 ，污染程度 快捷 方便 ，可 达 快 捷 方便 ，可达 排 投资少 ，运输 灵活、 无污 染 ，工 作 优点 较煤炉低 排放标准 放标准 可大量供应 环境好 环保 有焦油，烟尘需处理 干净 煤 气站有污染 烟尘超标 ，污染环境 无污染 原油需进 口，控制使 国 家 资 源 不 富 属于 二次 能 源 ，建 使用不 当，可导致污 缺点 裕，不便普 及 ，费 设 费 用高 ，周 期长 ， 初次投资高 用，费用高 染环境 用高 成本高 重油雾化需加热 ，雾 天 然气 能与空 气 依 据 电 磁 感 化质量低时 ，燃烧 不完 完全 混合 ，充分燃 比燃 煤 节能，可 预 浪
5、费能源 ，可预热助 应 ，集肤 效 应 ， 节能 烧 ，热损失 小 ，节 热传 导 原理 加 热 全，热效率 低。可预热 能。可预热 空 气 、 热空气、燃气节能 燃空 气节能 毛坯，炉子 的 效 空气节能 燃气节能 率最高 易 氧 化 、 脱 碳 、过 加热质量 较好 好 好 最好 热、过烧 各种大 、中、小 自由 各种大 、 中、小 各 种大 型 自由锻和 大 批 大量 生 产 适用性 小 自由锻车间 锻和模锻车 间 自由锻和模锻车 间 模锻车间 的模锻车 间 2 中频感应加热工艺、设备发展趋势 ( 1 )在我国锻造行业新增的锻造生产线中，特别 是进 口的大型锻造生产线，由于设备价格昂贵，
6、自动化 程度较高，所配置的中频炉功率必须满足主机生产节拍 - 四 型 笠塑 塑垫 丝 丝 堡 些 垡 垄 争 磊 工热 加 工 wwwme t a l wo r k i n q 1 9 5 0 c o m 的需要，才能发挥锻造主机的生产能力，与原有国内同 规格生产线相比，所配炉子功率增大。我国近年新投产 的两条1 2 5 MN热模锻压力机生产线 ，所配的中频炉功 率分别为4 0 0 0 k W、3 6 5 0 k W，新投产的P ZS 9 0 0 型、允 许连续压力 1 2 8 MN的电动螺旋压力机 ，所配的 中频炉功 率为4 2 0 0 k W；拟设计的 1 2 5 MN热模锻压力机曲轴、前
7、 轴生产线 ，所配的中频炉功率为 7 0 0 0 k W。 ( 2 )对过去采 用燃 油 、燃气加热锻件 毛坯的方式 ， 也逐步更新为中频感应加热 ( 如第一拖拉机厂锻造公司 的 1 0 t 模锻锤，原设计使用城市煤气，配备大型转炉加 热锻件毛坯 ，现已更新为中频感应加热 ) ，1 6 t 模 锻锤也 准备淘汰煤气加热，采用中频感应加热。 ( 3 )增加 生产线 所配 中频加 热炉 的功 率 ，提高 生 产线的产量 ，以保证充分发挥锻造主机的生产能力。一 汽原 1 2 5 MN热模锻压力机生产线，原设计配置3 0 0 0 k W 中频 炉，为 了满足锻造 主机生产 的需要 ，增 加了中频炉 的
8、加热功率 ，从 3 0 0 0 k W 增加到 3 6 0 0 k W，现 已改造 为 64 00k W 。 ( 4 )改造原有的中频 加热 炉，增加 中频炉的 自动化 功能，中频炉选用数控炉 ，具有功率 自动调节功能 、自 动测温功能、坯料温度分选功能，以保证主机生产率， 保证坯料的加热质量，提高模具寿命，降低生产成本。 ( 5 )大型模锻锤配置中频加热炉。过去观点认为， 大型模锻锤振动大，影响中频电源的寿命，甚至造成中 频电源的损坏，随着近年来中频加热技术和元件质量 的 提高 ，为大型模锻锤提供加热的中频炉 ，已能满足生产 的需要。中国重汽锻造 厂在新增的 1 6 t 电液模 锻锤生产 线
9、上，配置了 3 0 0 0 k W 中频炉，投产至今已半年有余， 从没有 因为锻锤生产中的振动而影响中频炉的正常工作。 3 0 0 0 k W 中频炉平面布置见图 1 。 图 1 3 0 0 0 k W 中频炉平面布置 3 中频加热炉功率的选择 要提 高锻 造生产线 的 生产 率 ，合理 选择 加热 的 功 率很重要 。一 条先进的锻造 生产线 一般 要生产 几 种锻 件 ，可能 出现 生产的锻件最 大和最 小坯 料重 量相 差较 大，经验告诉我们，在选择中频炉的加热功率时，既 不能按最大锻件坯料的生产率计算中频炉的加热功 率 ，也不能按最小 锻件坯料 生产率 计算 。尽管 中频 炉 在加热过
10、程 中，可 根据锻件 的生产 节拍 ，自动调 整加 热功 率 ，达到功率 优化的效 果 ，但 炉子 的功率 选择 小 了 ，不能发挥锻造 主机的 的生产 能力 ；炉子生 产率 选 择过大，虽说功率在生产过程中可以调整，但设备的 投资较 大 ，要统筹 考虑生产线 生产 的所 有锻件 ，找 出 一个理 想的代表产 品 ，按此代 表产 品的锻 件毛 坯重 量 和生 产率计算炉子 的功率 。中频炉功 率选 择可 按下 列 公式计算 ： W = k P 式 中 炉子的功率 ，k W h ； 系数 ，一般取 0 3 6 0 4 5 ； J p 锻件坯料小时加热重量，k g 。 系数 k的选择 与被 加热锻
11、件坯料的直径 ，以及坯料 在炉子 中的均温时间有关。被加热锻件坯料直径小 ，均 温时间短，系数 k 取小值；反之，系数 k 取大值。 不同材料的加热能量 曲线 如图 2所示。从图 2中可 以看 出 ，把 铁 从 2 0 C加 热 到 1 2 0 0 E所 需 的 热 能 为 2 3 0 k W h t ，而 3 2 0 k Wh t 对感应 圈来 说是一种较好 的实用值 ，此时的热效率达到了 7 0 ，实际的数值还取 决于感应圈的尺 寸 、加热 棒料 的尺 寸 、中频炉 的频率 ， 以及被加热坯料的心部 和表 面的温差 。对钢的锻造温度 来说，这一数值为2 7 5 4 4 0 k W h t
12、。据调查，加热锻 件坯料直径为 6 0q 5 8 0 m m时 ，吨锻件坯料 的耗电量为 3 6 0 3 8 0 k W h ，加 热 $ 1 5 0 m m左右 的曲轴 、前轴锻件 坯料时 ，吨锻件坯料的耗 电量应为 4 5 0 k W h 。 参磊 工g r 热 处 理 锻 铸 造2 0 0 9 年 第 3 期 H ， Ww m et a1 wor ki n g T 95 0 co r n 4 0 0 3 o o l o 0 。 铁 。 一 ， 二 I j 一 J ， 一 一 一 银 ： = =： - _ _ _ 一 盈 一 金 ： _ r一 - 一 一 一 一 铅 0 2 0 0 4 O
13、 O 6 0 0 8 O O l 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 l 6 O O 温度 图2 不同材料的加热能量曲线 4 合理的坯料保均温时间。缩小坯料心部和表面 的温差 坯料 心部和表 面 的温差过 大 ， 影 响锻件 的质量 ， 降 低模具的寿命。目前的测温仪仅能方便地测量坯料的表 面温度，而心部温度不易测量。为了保证心部和表面温 差达到锻造工艺 的要求 ，大型 中频炉 的加热分为 两个阶 段：第一阶段为加热段，能量的主要消耗在这一阶段； 第二阶段为均温段，使坯料心部和表面温度达到工艺要 求 ，保证坯料的加热质量 。 图 3为每 小 时 加 热 1 6 t 坯 料 时 炉 子
14、的 加 热 曲线 。 从图中看出，当坯料心部和表面温差约 1 0 0 时，炉 子进入均温阶段 ，均温时间 1 0 0 s后，达到坯料加热 工艺 要 求 的 1 2 6 0 ，此 时 心 部 和 表 面 温 差 约 3 0 o c。 炉子 采用双频 加热 ，加 热段 炉子 的频 率 6 0 0 Hz ，功 率 为两 个 3 3 0 0 k W；均 温 段 炉 子 的 频 率 1 0 0 0 H z ，功 率 500kW 。 - 一 _ _ ，r 、 = 一 、 = 军 温f 董 一 ， f ： ， ： ， 琵面 温度 、 ： ， ， 掷 l 温廖 l 1 0 0 V 5 O ，1 0 0 ) H
15、z ： f 、 -一、一， 一 ， ， V ， ， 一 ， ， r ， ， ， r ， 3 3 0 ) k W 1 ( lO O I l I f ， J 6 H= l l 1 l J ， ， ， ， ； 二 O O k I ) 0 0 X ， ， 6 0 0 H Z l 7 - - l l l l I l I l I 0 1 o 2 2 2 o 4 4 6 o 66 4 0 8 8 5 1 1 0 61 3 2 71 5 4 8 1 7 6 91 9 8 时间 s 图 3 1 6 t h坯 料 炉 子 加 热 曲 线 5 炉子运行时的安全保护 总固体含量不超过2 5 0 m g L 。 做好炉子运行期间的安全保护，是使炉子正常工作 电导率不大于 6 0 0 1 s c m。 的重要
