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中频炉的发展历史A

2014年06月30日

山东华信电炉制造有限公司主营产品:中频炉|透热炉|中频电炉|工业电炉|中频感应电炉|中频熔炼炉|感应加热设备|淬火设备|中频感应加热炉|中频炉维修|中频熔化电炉|中频透热电炉|中频电源|超音频感应加热设备|山东中频炉|山东电炉|山东中频电炉  

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感应加热是一门年轻的学科。虽然它的原理发现的较早,但人类真正广泛应用该项技术还是近三十年的事情。现在它的重要性越来越被人们所认识。
早在19 世纪科学家就发现了电磁感应现象:1831 年法拉第(Michael Faraday)发现电磁感应规律;1868 年福考特(Foucault)提出涡流理论;1840年焦耳-楞茨确定了电阻发热的关系式Q=I2Rt,这些都是感应加热的理论基础。
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,称感应炉。早期的感应加热电源,工频有(50 Hz或60 Hz)固态电源,中频有发电机旋转和固态电源,高频则有电子管电源。第二次世界大战前后的感应加热设备基本上是上述的初级发展水平。
制约感应加热发展的主要原因是感应加热电源,而电源又受制于高频或大功率的开关器件。因此电力电子功率器件的发展,才真正促进了感应加热电源的发展。1957年美国研制出世界上第一只普通的阻断型可控硅,我们现在称为晶闸管(SCR),经过20世纪60 至70年代的工艺完善和产品开发,70 年代后期已形成从低电压小电流到高压大电流的系列产品,从而使固态感应加热电源,走向了实用化阶段。与此同时,世界各国研制了大量的派生器件。如逆导晶闸管(RCT),门极辅助关断晶闸管(GATT),光控晶闸管(LTSCR)、以及80 年代发展的可关断晶闸管(GTO)等。
今天的电力半导体功率器件的发展更是琳琅满目,简单归纳有:大功率二极管;晶闸管(SCR);双向晶闸管;门极关断(GTO)晶闸管(最大8 500 V,3 500 A);双极结型晶体管(BTT 或BPT);功率MOSFET;静电感应晶体管(SIT),(最大1 000 V,300 A,50 MHz);绝缘双极型晶体管(IGBT)(最大6 500 V,2 500 A);MOS 控制晶闸管(MCT);集成门极换向晶闸管(IGCT)。这些器件还正在不断更新和完善中,这些电力半导体器件是现代电力电子设备的核心,更是感应加热电源赖以发展的基础。它们为感应加热电源设备带来前所未有的活力和广阔的发展前景。
1 感应加热应用范围和优越性
感应加热的历史,算起来也不过一百多年,在我国大规模应用,也是改革开放以后的事,但发展前景非常看好。
1890年瑞典人发明了第一台感应炉———开槽式有心炉。1916年美国人制造出闭槽式有心炉,用于有色金属冶炼。无心炉是1921年在美国出现,当时采用的是火花式中频电源。后来才出现了中频机组电源和固体式晶闸管变频电源。工频炉和工频电源产生于20世纪30年代,高频电源等由于不同的工艺要求而后相继问世。
感应加热早期主要用于有色金属熔炼和热处理工艺,现在已广泛应用于各种领域,如表1 所列。
感应加热的广泛应用,究其原因,主要是它本身相对于别的加热方式所具有的一些独特性。
1)加热速度快,可节能。感应加热是从金属内部,透入深度层开始加热,大大节省了热传导时间。
其它加热是从外到内,导热时间长。据实验,加热同一坯料到一定温度,感应加热只需火焰炉加热时间的1/10。
2)加热温度高,是非接触式的电磁感应加热。
3)可进行局部加热,容易控制加热部位。被加热产品质量稳定,加热工件的质量再现性与重复性好,各种参数容易控制。
4)控制温度的精度高,可保证温差在±0.5%~1%范围内。
5)感应加热的热效率高,一般可达50%~70%,而火焰炉的热效率一般只有30%左右。
6)容易实现自动化控制。
7)作业环境好,环保,几乎无热、噪声、粉尘等污染。作业占地少,生产效率高。
8)能加热形状复杂的工件,加热或熔炼都能间歇工作。
9)熔炼中溶液有电磁搅拌作用。可以均匀地调整金属液成分,溶液温度均匀,不会出现局部高温。
金属烧损少,这一点,对熔炼稀有金属更为重要。
2 国外感应加热电源现状
1)工频(50 Hz或60 Hz)感应加热电源这种电源比较实用,用于大型工件的整体透热、大容量炉的熔炼和保温。国外的工频感应加热装置单台可达数百MW,用于数10 t的大型工件透热或数百t的钢水保温。目前虽然固态功率器件构成的电源有取代工频感应加热电源的趋势,但短期内,在电源的容量、价格和可靠性方面还难以与构造简单的工频感应电源竞争。
2)中频电源(50 Hz 或60 Hz 以上~10 kHz) 晶闸管感应加热电源已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外的单台容量已达数十MW。
3)超音频电源(10耀100 kHz) 早期采用晶闸管———时间分割电路和倍频电路构成超音频电源。20 世纪80 年代开始,随着新型器件(GTO、GTR、MCT、IJBT、BSIT、SITH 和IGBT)的相继问世,由这些器件构成的简单逆变桥电路得到了很大的发展,占据了感应加热电源主导地位。其中IGBT更是一支独秀,受到了开发者的重视。90年代初期,日本就采用IGBT 研制出了1 200 kW/50 kHz 的电流型感应加热电源。我国1998年进口日本的3 200 kW/80 kHz感应加热线在上海运行,是当时国际上最先进的电源之一。一些发达国家如美国,英国,法国,瑞士等都研制出了超音频感应加热电源,已达数千kW。
4)高频电源(100 kHz 以上) 目前正处在传统的电子管振荡器向固态电源的过度阶段。领先的国家有日本,西班牙,德国,比利时,美国等,采用的器件有SIT和MOSFET,感应加热电源可达到1MW/15~600 kHz。
我国与国外先进国家在感应加热方面进行比较,存在较大的差距。

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