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感应加热的应用现状和前景
山西达能科技有限公司   2010-12-24 10:48:40 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[][][]

目录

一.     原理介绍

二.     感应加热的特点

三.     感应加热技术带来的三大好处

四.     感应加热设备的多种应用

五.     国内发展与现状

六.     国际发展与现状

七.     感应加热装置发展趋势

八.     国家政策趋势

 

一.原理介绍:

感应加热是利用电磁感应的方法使被加热的材料(即工件)的内部产生电流,依靠这些涡流的能量达到加热目的。感应加热系统的基本组成包括感应线圈、交流电源和工件。根据加热对象不同,可以把线圈制作成不同的外形。线圈和电源相连,电源为线圈提供交变电流,流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场,该磁场使工件产生涡流来加热。感应加热是伴随着汽车工业和拖拉机工业的诞生而起步的。由于其具有加热效率高、速度快、可控性好及易于实现机械化和自动化等优点。

二.感应加热的特点:

1)加热温度高,而且是非接触式加热。

2)加热效率高。

3)加热速度快。

4)温度容易控制。

5)可以局部加热;

6)容易实现自动控制。

7)作业环境好,几乎没有噪声和灰尘。

8)工作占地少,生产效率高。

9)能加热形状复杂的工件。

10)工件容易加热均匀,产品质量好。

11)熔炼中溶液有电磁搅拌作用?梢跃鹊氐鹘诮鹗粢撼煞,溶液温度均匀,不会出现局部高温。金属烧损少,这一点,对熔炼稀有金属更重要。

   感应加热的优点:首先是能耗低。感应熔炼炉与感应透热炉的实际坯料加热热效率可达到65%75%,而火焰炉和各种室式炉只有30%左右。

   第二,该种炉型无需煤炉、燃气炉及电阻炉等必须的预热过程,使用方便,操作简单,可长时间连续工作也可根据需要随时开启或停止工作,全手动也可全自动或半自动工作,即可在生产调度时具备绝对优势。

   第三,无需对工件整体加热,可选择局部加热,因而电能消耗少,工件变形小而且加热速度快,可使工件在极短的时间内达到所需的温度,从而使工件表面氧化和脱碳等加热缺陷降到很低程度,可用于钢铁、钨、钼等钢铁材料也可应用于化学活性较强的铝、钛、锆、铌的加热或热处理。

 第四,感应加热设备可安装在生产线上,易于实现生产线的自动化和机械化,便于管理,可有效减少运输,节约人力,提高生产效率。

 第五,感应加热还具备电能利用率高、环保节能、安全可靠和作业环境好等优点。

基于以上优点,在电能代替煤、油、气等不可再生能源在加热领域正逐步成为优势能源的今天,感应加热在熔炼、加热等领域得到日益广泛的应用,电加热特别是感应加热的应用有非常广泛的应用前景,感应加热设备生产厂商具备广阔的发展空间。

三.感应加热技术带来的三大好处:

1. 提高生产能力,

2.改善产品质量和

3. 降低成本。

1.提高生产能力

将感应加热设备整合到生产线能提高生产效率。您可以缩短加工时间,提高生产能力。加热过程本身比使用明火或炉子加热更快速。精确的可重复性能更节省时间,因为您能在第一次就掌握要领

2.改善产品质量

针对每个工件,您可以为设定的部分预设温度,因此能够提高质量。另外,如您所了解的那样,根据具体工件的不同需要,我们可以事先为您量身定制各种感应线圈,以及不同的加热模式。再加上精确的热量传递,从而使任何邻接的工件和/或材料在加热过程中不受影响。

3.降低成本

加工时间的缩短和生产能力的提高使成本有所降低。 集成式的在线感应加热降低了管理和物流的成本。产品生产量也能得到提升?焖俚募尤裙,精确的热量传递和高重复精度使时间和材料浪费降低到最小。能源消耗的成本也有所降低,因为您可以只在需要时才启动加热设备---没有传统的加热炉那么多的热量损失,成本的降低还在于感应加热使您远离有害的气体和明火,还能节约保险费用。

四.感应加热设备技术的多种应用

感应加热作为新兴的学科,在近30年来得到了真正应用。在能源紧缺的今天,其重要性显得尤为突出,技术正在迅速提高,用途日益广泛。我国在改革开放之后开始发展感应加热技术,其应用前景非?春。

A.高中频感应加热设备的主要应用:

1、热处理

     例如:轴类、齿轮、淬火及不锈钢制品退火等。

2、工件透热

     例如:紧固件、标准件、汽配、五金工具、索具、麻花钻的热镦热轧等。

3、熔炼

     例如:金、银、铜、铝、铅等贵金属 。

4、热配合

     例如:电机、电磁阀、轴套类等。

5、焊接

      例如:对所有金属材料同种或异种的扦焊等。

B 在汽车制造中的应用

   汽车工业的蓬勃发展给汽车零部件的产业带来了前所未有的发展机遇。感应加热技术在汽车制造领域也正得到越来越广泛的应用

   在熔炼方面,铸造是一种易于成形的金属加工方法。采用铸造方法可以制成汽车上各种不同尺寸和复杂形状的零件?梢运翟谄倒

业的发展方面物尽其用,几乎所有的铸造工艺方法在汽车工业都

可以尽其所能。国内外铸造汽车零部件的生产主要采用的熔炼工艺有冲天炉熔炼工艺、中频感应电炉熔炼工艺和冲天炉-中频感应电炉双联熔炼工艺,而感应熔炼炉由于其技术优势在铸造行业也正在得到日益广泛的应用。

   在加热方面,据统计,前苏联在汽车工业中感应热处理的零件已占热处理零件的40%45%。感应加热技术发展到今天,其应用及发展程度不言而喻。

 感应加热技术在汽车行业中主要应用于以下领域:

1)金属的熔炼。

2)锻造毛坯的加热。

3)汽车零部件的热处理。

4)汽车零件粘接后的感应加热固化。

5)感应加热半固态成形。

6)感应加热装配。

7)感应加热钎焊。

 C.在热处理中的应用

目前常用的最有效的热处理工艺,具有下列多种应用:表面淬火、透热淬火、回火和消除应力(低温)、退火和正火(高温)、焊缝退火、粉末金属烧结等。已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业广泛应用。在铸造方面,正在迅速发展双联熔炼工艺,即利用中频感应电炉保温改性,进行球墨铁或合金钢的精密浇铸;在锻造方面,利用敢于加热实现快速透热热锻,不仅减少了氧化皮损耗而且大大地增加了锻模的寿命,其材料利用率可达85,锻件表面粗糙度可小于50μm;在焊接、淬火方面,国外一方面致力于开发大功率全固态高频电源,一方面致力于开发高度自动化热处理成套处理系统。我国目前每年大约需要1000t铸件,而铸造行业仍以冲天熔炼炉、一般铸铁的铸造为主,吨位较小,导致温度及成份波动大,废品率高。较好的铸造业废品率也在615间,而一般铸造厂的废品率则高达30。

.国内发展与现状

我国感应加热技术的应用开始于20世纪50年代,发展主要是改革开放以后,主要用于机床、汽车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火,而熔炼和透热方面的应用较少。感应加热的技术几乎全来自前苏联和捷克。80年代,浙大自主开发了第一台并联式晶闸管中频电源并向全国推广。

   20世纪90年代,国外的一些感应电炉公司直接到中国来办厂,如美国的应达感应加热公司和彼乐公司等,和国内的同行业厂家同台竞争。他们的产品技术含量高、电源功率大、品牌全、炉子吨位大、生产线规模大,占据了国内的很大一部分市场。只是他们的设备价格高(国内同性能产品大约是其价格的1/5左右),这才使国内厂家有了一定的市场发展空间。

现代生产是高效率、环保型、大规模的流水生产。感应热处理技术由于具有优质、高效、节能、环保等诸多优点,符合现代生产需要,得到了广泛的应用,技术水平迅速提升。 

.国际发展与现状

    国外感应加热现状随着电力半导体器件的开发和电力电子技术的不断发展,感应加热装置的面貌也随之日新月异,以装置的体积、质量、性能方面的变化尤为突出。例如频率,同容量的晶体管式变频装置与电子管式变频装置相比体积缩小2/3,重量减轻2/3,冷却水节约1/2,耗电量节约1/3,效率提高35%,使用寿命更长,更加安全可靠,容易实现自动控制,有利于提高加热效率及质量,维护工作量更小,能做到随用随开。

 德国、美国、英国、法国、日本、意大利、西班牙、比利时和俄罗斯等工业发达国家的感应加热装置的技术发展及应用位于世界前列。

七.感应加热装置发展趋势

  感应加热装置由两部分组成,一部分是提供能量的交流电源,也称变频电源,另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈及机械结构,称感应炉。变频电源有工频、中频和高频之分。

1)高频加热设备  它有一套将工频50Hz交流电转变为高频(700001000000Hz)电能的装置,通常采用电子管高频发生器。

 2)中频加热设备  也有一套将工频50Hz转变成中频(50010 000Hz)电能的装置,通常为中频发电机(功率因数低)和晶闸管变频器。

3)工频感应加热设备  感应器的电源频率与电网的频率相同,即50Hz,所以可以直接从电网吸取能量。美中不足的是功率因数过低。

 随着市场需求的发展,感应加热装置的发展呈现电源随电力电子功率器件的大容量化变得高频化,电子技术装置的控制模拟向数字化、自动控制向智能化发展,感应加热装置的发展趋势呈现以下几个方面的特点:

1)电源趋向高频大容量化  感应加热电源中频段主要采用晶闸管;超音频段主要采用IGBT;高频频段原来是SIT,现在主要发展MOSFET电源。采用IGCT的电源也开始亮相。高频电源的需要催生了新的功率器件,而新的器件又反过来促进了高频电源的发展。感应加热电源的大容量化,如几十兆瓦、几百兆瓦,都是可以实现的。

 2)感应加热装置趋向机械化、自动化   近几年,随着机电一体化、计算机、信息和控制、装备自动化、新材料、新工艺等的快速发展,铸造、锻压和热处理过程趋向数字化、精密化。反映在对加热方面的需求趋势为:数字化制造融入铸锻过程,包括加热、熔炼设备;铸锻短流程生产要求减少资源浪费;大型铸锻件生产要求工业节能;

自动化控制下的清洁生产。

因此感应加热装备在其节能环保的特点下,有应市场需求向大型化、自动化和控制趋向智能化方向发展的趋向。

八.国家政策趋势:

国家能源局720表示,为了推进新兴能源产业的发展并完成截至2020年的碳减排目标,能源局组织编制了规划期为2011-2020年的新兴能源产业发展规划(以下简称“规划”),将累计增加直接投资5万亿元。

据国家能源局规划发展司司长江冰介绍,“规划”对先进核能、风能、太阳能、生物质能、地热能、非常规天然气等新能源和可再生能源的开发利用、洁净煤、智能电网、分布式能源、车用新能源等能源新技术的产业化应用的具体实施路径、发展规模以及重大政策举措做了明确部署。初步测算,该“规划”实施以后,到2020年将大大减缓对煤炭需求的过度依赖,能使当年的二氧化硫排放减少约780万吨,当年的二氧化碳排放减少约12亿吨,同时每年增加产值1.5万亿元,增加社会就业岗位1500万个。江冰表示“规划”经历了多次修改和完善,目前正在按照有关程序准备上报国务院审批。

此外,为了更好的推进节能减排工作,目前国家能源局也正在组织有关单位对“十二五”能源发展规划进行编制。规划重点将围绕实现中央提出的非化石能源比重和碳减排“两个目标”展开。总体规划主要是对规划期内能源供需的总量平衡、总体布局、结构调整、节能减排、技术进步和体制改革以及关系全局的重大建设项目做出统一安排。

“十二五”期间能源结构调整的重点任务包括采取有效措施加大节能力度,提高传统清洁能源利用水平;加大天然气等清洁能源的利用规模;加快推进水电和核电的开发建设,积极做好风能、太阳能、生物质能等可再生能源的转化利用;统筹规划重点能源基地和跨区能源输送通道建设,促进能源资源优化配置。

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