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中频炉的发展历史B

2014年06月30日

我国感应加热技术的应用,起源于上世纪50 年代,感应加热技术几乎全来自前苏联和捷克等国家,主要用于机床、纺机、汽车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火方面,熔炼和透热方面用的较少。20世纪60年代,由于和苏联的关系破裂,我国走上了感应加热技术独立发展的道路。这段时间直到改革开放后,由浙大开发了第一台并联式晶闸管中频电源,并向全国推广。有关单位相继也生产了容量在几百kW,频率500 Hz~8 kHz的中频电源。电子管式超音频电源也研制成功,填补了我国8~200 kHz之间的频率缺口。
感应加热电源真正大量应用于工业生产则是20世纪80年代后。近20 多年间我国在感应加热电源和感应加热领域发生了令人注目的变化,此阶段从德国、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引进了数百套感应加热成套装置(含电源)。粗分类有:各种淬火设备及电源;透热设备及电源;高频钎焊设备;熔炼设备及电源;熔炼设备无心感应炉、有心感应炉。
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,如美国的英达感应加热公司,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1/10),这才使技术落后于他们的国内厂家,有了一定的市场发展空间。
目前国内感应加热电源的技术水平表现在下面几点。
感应加热的高频、中频小功率电源大量的采用IGBT 及MOSFET晶体管功率器件,功率在几kW 到几百kW,频率从10 kHz到几百kHz。这种电源多用于淬火,适应于不同透入深度的工件硬层处理。另有量的双频电源和超高频(27.12 MHz)小功率电源。
双频电源一般是指高频与超音频组合,例如超音频40 kHz和中频0.5 kHz 组合,这样的感应加热电源不但效率高,而且更适应处理不同透入深度的工件。
感应透热方面,工频电源和中频电源在市场上同时都在应用。在中频电源未发展起来的前20年,工频电源在感应透热和熔炼方面起着主导作用,现正在逐步退出市场。两种电源的区别在于工频电源是由50 Hz 输出,频率不变,功率的调节靠前端的变压器抽头调输出电压达到调功率的目的。由于负载是一相,输入是三相电,所以电源内有三相调平衡装置;工频电源功率因数可补偿到1。中频电源是众所周知的典型的AC-DC-AC变频结构,即先把三相工频电源整流成单相直流,滤波后再逆变为各种频率的中频单相交流电源,供给负载感应线圈。
一般椎300 mm 以上的金属棒料、锭料透热,大型轴承表面处理多选用工频电源;椎300 mm 以下的金属棒料等多选用中频电源。但也有例外的情况,如2005年公布的国家科技进步一等奖第六项“100 MN铝挤压设备技术”,其中用的是2 600 kW 中频加热电源,炉子加热的是椎560 mm×1 950 mm 铝锭,属于国际上特大型设备之一。该项目采用计算机控制,梯度加热,还设计了297 mm×279 mm×580 mm 钢锭透热装置,用的中频电源是2 400 kW,400 Hz,加热温度达到1 300℃。
国内还有几台不同功率的电源在同一透热线上联合工作的情况,这些电源功率从2 000 kW 至几百kW,每个电源负担几个加热线圈,完成一个区域的加热。几个电源和各自若干个线圈组合起来,达到了整个生产线的感应加热要求。
感应熔炼方面,近10年发展特别快。10年前,5 t以上无心感应熔炼炉很少见,基本上都配的是工频
电源。中频炉因电源功率小,所配炉子大多数都在2 t以下。现在已生产出的无心感应炉有5 t,7 t,10 t,15 t,20 t,25 t,30 t,35 t,40 t 熔炼炉,10 t熔铝炉(相当于30 t熔铁炉体积),70 t铜保温炉(见图1)。这些无心感应炉所配电源,少数电源功率器件是IGBT,其余基本上都采用的晶闸管功率器件。利用管子的串并联技术,电源装机容量已接近20 MW,利用多个电源联合能使输出功率更大。
3 国内感应加热电源技术发展与现状
我国感应加热技术的应用,起源于上世纪50 年代,感应加热技术几乎全来自前苏联和捷克等国家,主要用于机床、纺机、汽车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火方面,熔炼和透热方面用的较少。20世纪60年代,由于和苏联的关系破裂,我国走上了感应加热技术独立发展的道路。这段时间直到改革开放后,由浙大开发了第一台并联式晶闸管中频电源,并向全国推广。有关单位相继也生产了容量在几百kW,频率500 Hz~8 kHz的中频电源。电子管式超音频电源也研制成功,填补了我国8~200 kHz之间的频率缺口。
感应加热电源真正大量应用于工业生产则是20世纪80年代后。近20 多年间我国在感应加热电源和感应加热领域发生了令人注目的变化,此阶段从德国、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引进了数百套感应加热成套装置(含电源)。粗分类有:各种淬火设备及电源;透热设备及电源;高频钎焊设备;熔炼设备及电源;熔炼设备无心感应炉、有心感应炉。
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,如美国的英达感应加热公司,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1/10),这才使技术落后于他们的国内厂家,有了一定的市场发展空间。
目前国内感应加热电源的技术水平表现在下面几点。
感应透热方面,工频电源和中频电源在市场上同时都在应用。在中频电源未发展起来的前20年,工频电源在感应透热和熔炼方面起着主导作用,现正在逐步退出市场。两种电源的区别在于工频电源是由50 Hz 输出,频率不变,功率的调节靠前端的变压器抽头调输出电压达到调功率的目的。由于负载是一相,输入是三相电,所以电源内有三相调平衡装置;工频电源功率因数可补偿到1。中频电源是众所周知的典型的AC-DC-AC变频结构,即先把三相工频电源整流成单相直流,滤波后再逆变为各种频率的中频单相交流电源,供给负载感应线圈。
一般椎300 mm 以上的金属棒料、锭料透热,大型轴承表面处理多选用工频电源;椎300 mm 以下的金属棒料等多选用中频电源。但也有例外的情况,如2005年公布的国家科技进步一等奖第六项“100 MN铝挤压设备技术”,其中用的是2 600 kW 中频加热电源,炉子加热的是椎560 mm×1 950 mm 铝锭,属于国际上特大型设备之一。该项目采用计算机控制,梯度加热,还设计了297 mm×279 mm×580 mm 钢锭透热装置,用的中频电源是2 400 kW,400 Hz,加热温度达到1 300℃。
国内还有几台不同功率的电源在同一透热线上联合工作的情况,这些电源功率从2 000 kW 至几百kW,每个电源负担几个加热线圈,完成一个区域的加热。几个电源和各自若干个线圈组合起来,达到了整个生产线的感应加热要求。
感应熔炼方面,近10年发展特别快。10年前,5 t以上无心感应熔炼炉很少见,基本上都配的是工频
电源。中频炉因电源功率小,所配炉子大多数都在2 t以下。现在已生产出的无心感应炉有5 t,7 t,10 t,15 t,20 t,25 t,30 t,35 t,40 t 熔炼炉,10 t熔铝炉(相当于30 t熔铁炉体积),70 t铜保温炉(见图1)。这些无心感应炉所配电源,少数电源功率器件是IGBT,其余基本上都采用的晶闸管功率器件。利用管子的串并联技术,电源装机容量已接近20 MW,利用多个电源联合能使输出功率更大。
我国感应加热技术的应用,起源于上世纪50 年代,感应加热技术几乎全来自前苏联和捷克等国家,主要用于机床、纺机、汽车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火方面,熔炼和透热方面用的较少。20世纪60年代,由于和苏联的关系破裂,我国走上了感应加热技术独立发展的道路。这段时间直到改革开放后,由浙大开发了第一台并联式晶闸管中频电源,并向全国推广。有关单位相继也生产了容量在几百kW,频率500 Hz~8 kHz的中频电源。电子管式超音频电源也研制成功,填补了我国8~200 kHz之间的频率缺口。
感应加热电源真正大量应用于工业生产则是20世纪80年代后。近20 多年间我国在感应加热电源和感应加热领域发生了令人注目的变化,此阶段从德国、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引进了数百套感应加热成套装置(含电源)。粗分类有:各种淬火设备及电源;透热设备及电源;高频钎焊设备;熔炼设备及电源;熔炼设备无心感应炉、有心感应炉。
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,如美国的英达感应加热公司,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1/10),这才使技术落后于他们的国内厂家,有了一定的市场发展空间。
感应透热方面,工频电源和中频电源在市场上同时都在应用。在中频电源未发展起来的前20年,工频电源在感应透热和熔炼方面起着主导作用,现正在逐步退出市场。两种电源的区别在于工频电源是由50 Hz 输出,频率不变,功率的调节靠前端的变压器抽头调输出电压达到调功率的目的。由于负载是一相,输入是三相电,所以电源内有三相调平衡装置;工频电源功率因数可补偿到1。中频电源是众所周知的典型的AC-DC-AC变频结构,即先把三相工频电源整流成单相直流,滤波后再逆变为各种频率的中频单相交流电源,供给负载感应线圈。
一般椎300 mm 以上的金属棒料、锭料透热,大型轴承表面处理多选用工频电源;椎300 mm 以下的金属棒料等多选用中频电源。但也有例外的情况,如2005年公布的国家科技进步一等奖第六项“100 MN铝挤压设备技术”,其中用的是2 600 kW 中频加热电源,炉子加热的是椎560 mm×1 950 mm 铝锭,属于国际上特大型设备之一。该项目采用计算机控制,梯度加热,还设计了297 mm×279 mm×580 mm 钢锭透热装置,用的中频电源是2 400 kW,400 Hz,加热温度达到1 300℃。

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