防爆電加熱器的金屬感應(yīng)熱處理

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 防爆電加熱器的金屬感應(yīng)熱處理中的加熱目標(biāo)是將金屬加熱到特定溫度分布，比如熱軋，不僅要求表面達(dá)到一定的溫度，而且要求工件加熱溫度均勻，即工件徑向與軸向溫差小。在此特定溫度下進(jìn)行軋制既能保證能源的合理利用，又能使軋制力在正常范圍內(nèi)以方便軋制。又如在淬火加熱中，除了表面溫度要求外，對(duì)加熱層厚度也有不同要求。所有這些都要求加熱功率、加熱時(shí)間等工藝參數(shù)選擇合理。而在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程的復(fù)雜性以及人工控制的不精確性和隨機(jī)性，可能就會(huì)產(chǎn)生兩種不希望出現(xiàn)的情況：一是加熱功率過大，加熱時(shí)間過短。雖然鋼坯的表面溫度已達(dá)到要求，但鋼坯內(nèi)部卻沒達(dá)到工藝溫度分布要求，將會(huì)影響后續(xù)工藝。如在軋制過程中，如果鋼坯沒被加熱透，硬度較大，不僅對(duì)熱成型的成品、半成品的質(zhì)量造成很大影響，損壞產(chǎn)品信譽(yù)，而且會(huì)使軋制鋼坯的軋錕逐漸產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重縮短軋錕的壽命，導(dǎo)致軋錕僅在短短數(shù)月甚至是一個(gè)月左右就不能再用。而軋錕成本一般比較高，會(huì)給工廠造成較大的損失；二是加熱功率過小，加熱時(shí)間過長(zhǎng)。這種情況不僅會(huì)增加氧化皮含量，而且浪費(fèi)能源。在能源價(jià)格日益上漲和能源危機(jī)日趨嚴(yán)重情況下，應(yīng)盡可能避免這種現(xiàn)象發(fā)生，以節(jié)約能源，造福后世。同時(shí)加熱時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)降低工廠的生產(chǎn)率，增加產(chǎn)品的成本。     總而言之，加熱爐內(nèi)的加熱溫度，一方面影響加熱爐的能耗和工件燒損，另一方面又影響后續(xù)工藝。將工件溫度控制在合理的范圍內(nèi)，既可保證產(chǎn)品的性能，又可使加熱爐和后續(xù)設(shè)備的總能耗最低。因此，如何在復(fù)雜的生產(chǎn)過程中有效地控制加熱溫度是當(dāng)前迫切需要解決的問題。要有效地控制加熱溫度， 其中最關(guān)鍵的是在確定鋼坯表面溫度的同時(shí)，也確定鋼坯的芯部溫度，然而就目前的測(cè)溫技術(shù)而言，很難用儀器直接測(cè)量出被加熱鋼坯的芯部溫度。目前的做法是熱處理完畢之后，在室溫狀態(tài)下通過解剖方法測(cè)定組織狀態(tài)和殘留應(yīng)力分布情況下來進(jìn)行估算。這種算法不僅耗費(fèi)大量人力、物力、和時(shí)間，而且所得的僅是某一零件、某一具體工藝條件下的最后情況，很難獲得直接推廣應(yīng)用的規(guī)律性成果。故目前感應(yīng)加熱熱處理工藝大多數(shù)還是建立在定性分析基礎(chǔ)上，憑經(jīng)驗(yàn)制定的，生產(chǎn)力迅速發(fā)展要求的高質(zhì)量、低成本相去甚遠(yuǎn)。  1.2 感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)  1）加熱速度快：用電磁感應(yīng)加熱時(shí)，溫度上升的速度遠(yuǎn)比用石油或煤氣加熱的速度快得多； 2）鐵屑損耗少：快速加熱能有效地降低材料損耗。而用煤氣為燃料的裝置，加熱速度慢，損耗很大；  3)防爆電加熱器啟動(dòng)快：在有些加熱裝置中，有很多耐火材料，加熱啟動(dòng)時(shí)它們吸收熱量，即裝置的熱慣性大。感應(yīng)加熱不存在這類問題，因而啟動(dòng)快； 4)節(jié)能：不工作時(shí)感應(yīng)加熱電源可以關(guān)閉，因?yàn)楦袘?yīng)加熱啟動(dòng)快的特點(diǎn)，而對(duì)其他裝置來說，由于啟動(dòng)慢，不工作時(shí)，也必須維持一定的加熱溫度；  5）生產(chǎn)效率高：由于加熱時(shí)間短，感應(yīng)加熱可以提高生產(chǎn)效率，降低成本。除此之外，感應(yīng)加熱還有便于控制、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、減少設(shè)備占地面積、工作環(huán)境安靜、安全、潔凈、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)感應(yīng)電源按頻率范圍可分為以下等級(jí)：500Hz以下為低頻，1-10KHz為中頻；20KHz以上為超音頻和高頻。防爆電加熱器感應(yīng)加熱電源發(fā)展與電力電子器件的發(fā)展密切相關(guān)。1970年浙大研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)100KW/1KHz晶閘管中頻電源以來，國(guó)產(chǎn)KGPS系列中頻電源已覆蓋了中頻機(jī)組的全部型號(hào)。在超音頻電源方面，日本在1986年就利用SITH研制出100KW/60KHz的超音頻電源，此后日本和西班牙又在1991年相繼研制出500KW/50KHz和200KW/50KHz的IGBT超音頻電源。國(guó)內(nèi)在超音頻領(lǐng)域與國(guó)外還有一定差距，但發(fā)展很快，1995年浙大研制出50KW/50KHz的IGBT超音頻電源，北京有色金屬研究總院和本溪高頻電源設(shè)備廠在1996年聯(lián)合研制出100KW/20KHz的IGBT電源。在高頻這一頻段可供選擇的全控型器件只有靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）和功率場(chǎng)效應(yīng)晶閘管（MOSFET），前者是日本研制的3KW～200KW，20KHz～300KHz系列高頻電源,后者由歐美采用MOSFET研制成功輸出頻率為200～300KHz,輸出功率為100～400KW的高頻電源。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)導(dǎo)體高頻電源存在較大差距，鐵嶺高頻設(shè)備廠1993年研制成功80KW/150KHz的SIT高頻電源，但由于SIT很少進(jìn)入國(guó)際化流通渠道，整機(jī)價(jià)格偏高，并沒有投入商業(yè)運(yùn)行。

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