厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱作為一門新興學(xué)科,在過去的30年里得到了真正的應(yīng)用。在能源短缺的今天,其重要性尤為突出,技術(shù)正在迅速改進(jìn),應(yīng)用越來越廣泛。我國(guó)改革開放以后,厚壁無縫鋼管開始發(fā)展感應(yīng)加熱技術(shù),應(yīng)用前景非常廣闊。
1.厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱特性。
(1)加熱溫度高,是非接觸式加熱。
?。?)加熱效率高。
?。?)加熱速度快。
?。?)溫度易于控制。
?。?)可局部加熱。
(6)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
?。?)工作環(huán)境好,幾乎沒有噪音和灰塵。
(8)工作面積小,生產(chǎn)效率高。
?。?)加熱形狀復(fù)雜的工件。
?。?0)工件加熱均勻,產(chǎn)品質(zhì)量好。
?。?1)熔化過程中的溶液具有電磁攪拌作用。金屬液成分可均勻調(diào)節(jié),溶液溫度均勻,無局部高溫。金屬燒損較少,這對(duì)熔化稀有金屬更為重要。
2.厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)。
首先是能耗低。電感式、感應(yīng)式電爐的實(shí)際加熱效率可達(dá)65%~75%,而火焰爐及各種類型電爐約占30%左右。
第二,這種爐型不需要煤爐。燃?xì)鉅t、電阻爐等必要的預(yù)熱工藝使用方便,操作簡(jiǎn)單。它可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,也可以根據(jù)需要隨時(shí)打開或停止工作。它可以手動(dòng)或半自動(dòng)工作,在生產(chǎn)調(diào)度中具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
第三,不需要對(duì)工件進(jìn)行整體加熱,可以選擇局部加熱,因此功耗低,工件變形小,加熱速度快,可以使工件在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的溫度,從而將工件表面氧化脫碳等加熱缺陷降低到很低的水平。也可用于化學(xué)活性強(qiáng)的鋁、鈦、鋯、鈮的加熱或熱處理。
四是可以將厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱設(shè)備安裝在生產(chǎn)線上,容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化、機(jī)械化,方便管理,有效降低運(yùn)輸,節(jié)省人力,提高生產(chǎn)率。
五是厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱還有電能利用率高、環(huán)保節(jié)能、安全可靠、工作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。
基于上述優(yōu)勢(shì),在電能取代煤、油、氣等不可再生能源逐漸成為加熱領(lǐng)域的主導(dǎo)能源的今天,厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱在熔煉、加熱等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。電加熱,特別是厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱,具有廣闊的應(yīng)用前景。
3.應(yīng)用于汽車制造。
汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展給汽車零部件行業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱技術(shù)也越來越廣泛地應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。
鑄造是一種易成型的金屬加工方法。鑄造方法可以在汽車上制造各種尺寸和形狀復(fù)雜的零件。在汽車工業(yè)的發(fā)展中,幾乎每一種鑄造工藝都能應(yīng)用于汽車行業(yè)。目前,國(guó)內(nèi)外汽車鑄件熔煉工藝主要有沖天爐熔煉法、中頻感應(yīng)電爐熔煉法、中頻感應(yīng)電爐雙熔煉法等,因其技術(shù)優(yōu)勢(shì),在鑄造工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。
關(guān)于加熱方面,據(jù)統(tǒng)計(jì),前蘇聯(lián)汽車行業(yè)感應(yīng)熱處理零件占熱處理件的40%~45%。厚壁管感應(yīng)加熱技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展不言而喻。
厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱技術(shù)主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域:
?。?)金屬熔煉。
?。?)鍛造毛坯的加熱。
?。?)汽車零件熱處理。
?。?)汽車零部件粘接后的厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱固化。
?。?)厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱半固態(tài)成型。
?。?)厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱裝配。
?。?)厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱釬焊。
4.國(guó)外厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱現(xiàn)狀。
隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱裝置的外觀日新月異,尤其是體積、質(zhì)量和性能的變化。舉例來說,與電子管變頻裝置相比,具有同頻率、同容量的晶體管變頻設(shè)備體積減少2/3,重量減少2/3,冷卻水節(jié)省1/2,能耗節(jié)省1/3,效率提高35%,使用壽命更長(zhǎng),安全可靠,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,本發(fā)明有助于提高熱效率及品質(zhì),減少維修工作量,可隨時(shí)開啟使用。
德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、意大利、西班牙、比利時(shí)、俄羅斯等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱裝置的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用處于世界前列。
5.國(guó)內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀。
厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代,主要用于改革開放后的機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)等制造業(yè)。厚壁管感應(yīng)加熱集中于工件表面淬火,極少采用熔融、透熱工藝。幾乎所有的厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱技術(shù)都來自前蘇聯(lián)和捷克共和國(guó)。20世紀(jì)80年代,浙江大學(xué)獨(dú)立開發(fā)了第一個(gè)并聯(lián)晶閘管中頻電源,并向全國(guó)推廣。
20世紀(jì)90年代,一些外國(guó)感應(yīng)電爐公司直接在中國(guó)經(jīng)營(yíng)工廠,如美國(guó)應(yīng)達(dá)厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱公司和彼勒公司,與國(guó)內(nèi)同行業(yè)的制造商競(jìng)爭(zhēng)。其產(chǎn)品技術(shù)含量高、功率大、品牌全、電爐大批量生產(chǎn)規(guī)模大,占有相當(dāng)大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。只有他們的設(shè)備價(jià)格高(國(guó)內(nèi)同性能產(chǎn)品約為他們價(jià)格的1/5),國(guó)內(nèi)才有一定的市場(chǎng)發(fā)展空間。
國(guó)內(nèi)厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱在地域上也分為南派和北派技術(shù)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。南派的代表有振武、四達(dá)、兆力等公司;北派以Xi安厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱公司為代表,Xi安博達(dá)電爐有限公司、Xi安電爐研究所有限公司、Xi安鵬遠(yuǎn)重型電爐廠、Xi安機(jī)電研究所、陜西海意、Xi安自動(dòng)化、華立等。
6.厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱裝置的發(fā)展趨勢(shì)。
該厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱器包括兩部分,一部分為交流供電,一部分為交流電源,另一部分為感應(yīng)電源線,用于完成電磁感應(yīng)能量轉(zhuǎn)換,稱為電感爐。變頻電源可分為工頻、中頻和高頻。
?。?)高頻加熱設(shè)備。
本設(shè)備一般采用電子管高頻發(fā)生器,將50Hz的工頻交流電轉(zhuǎn)換成高頻(70000~10,000Hz)Hz。
?。?)中頻加熱設(shè)備。
此外,還包括一套將工頻50Hz轉(zhuǎn)換成中頻(500~10,000Hz)電能的設(shè)備,通常為中頻發(fā)電機(jī)(低功率因數(shù))和晶閘管變頻器。
?。?)工頻厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱設(shè)備。
傳感器的電源頻率與電網(wǎng)相同,即50Hz,因此可以直接從電網(wǎng)中吸收能量。缺點(diǎn)是功率因素太低。
厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱器的研制是隨著市場(chǎng)需求的發(fā)展,隨著電力電子器件的大規(guī)模應(yīng)用,電子設(shè)備的控制仿真已逐步走向數(shù)字化。自動(dòng)控制向智能化發(fā)展,厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱裝置的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出以下特點(diǎn):
?。?)電源趨于高頻大容量化。
可控硅主要用在厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱電源中,IGBT主要用于超音頻部分,而高頻頻帶原為SIT,目前主要開發(fā)MOSFET電源。IGCT的電源也開始出現(xiàn)。高頻率電源的需求催生了新型功率器件,進(jìn)而推動(dòng)了高頻電源的發(fā)展。厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱電源的大容量化,如幾十兆瓦、幾百兆瓦等。
?。?)厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱裝置傾向于機(jī)械化和自動(dòng)化。
近年來,隨著機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)、信息與控制、設(shè)備自動(dòng)化、新材料、新工藝的快速發(fā)展,鑄造、鍛造、熱處理工藝趨于數(shù)字化、精密化。加熱需求趨勢(shì)如下:數(shù)字制造融入鑄造和鍛造工藝,包括加熱和熔化設(shè)備;鑄造和鍛造短工藝生產(chǎn)需要減少資源浪費(fèi);大型鑄造和鍛造生產(chǎn)需要工業(yè)節(jié)能;自動(dòng)控制下的清潔生產(chǎn)。
因此,在其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)下,厚壁無縫鋼管感應(yīng)加熱設(shè)備具有市場(chǎng)需求大規(guī)?;?、自動(dòng)化和控制智能化的趨勢(shì)。
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