劉四林（中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019）

1 感應(yīng)爐簡介

與火焰加熱相比，感應(yīng)加熱的加熱速度快，加熱溫度高，對材料的加熱溫度和加熱區(qū)域也較易控制，不污染環(huán)境，且可以進(jìn)行真空加熱，同時(shí)感應(yīng)加熱裝置的機(jī)械化和自動化的程度也相對較高。因此，感應(yīng)加熱技術(shù)和裝置在冶金領(lǐng)域被廣泛采用，如鋼坯的熱處理，鋁、銅等金屬的熔煉。

1.1 感應(yīng)加熱原理

感應(yīng)加熱主要是用通交流電的感應(yīng)器產(chǎn)生交變的電磁場，在位于磁場中的導(dǎo)電性物料中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，感應(yīng)電流在物料內(nèi)流動過程中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，感應(yīng)電流在物料內(nèi)流動過程中克服自身的電阻作用而產(chǎn)生熱。感應(yīng)加熱就是電磁熱之間轉(zhuǎn)換的過程。

1.2 感應(yīng)爐的分類

感應(yīng)爐按電源頻率可分為工頻、中頻和高頻感應(yīng)爐，其中中頻和高頻感應(yīng)爐需要變頻設(shè)備。按結(jié)構(gòu)可分為無心感應(yīng)爐和有芯感應(yīng)爐，按工藝可分為感應(yīng)熔煉爐和感應(yīng)加熱爐。

高頻感應(yīng)爐頻率為10000Hz 以上，適合的特種鋼和特種合金冶煉；中頻爐感應(yīng)爐頻率為50-10000Hz，中頻爐的容量和輸出功率較大，因此主要用于特種鋼、磁性合金和銅合金等的熔煉；而工頻爐主要用于鑄鐵和鋼，特別是高強(qiáng)度鑄鐵和合金鑄鐵的熔煉以及鑄鐵溶液的升溫、保溫和成分調(diào)整等，同時(shí)也用于銅鋁等有色金屬及其合金的熔煉，但工頻爐容量小時(shí)不經(jīng)濟(jì)[3]。而有芯感應(yīng)爐比無心感應(yīng)爐更聚磁，具有加熱速度快，電效率高，金屬燒損少等優(yōu)點(diǎn)。

2 感應(yīng)加熱爐的筑造

2.1 感應(yīng)加熱爐的爐襯材料

為了提高感應(yīng)加熱爐的電效率和功率因素，則爐襯越薄越好，但是太薄又會影響爐襯的強(qiáng)度，所以爐襯材料選擇要有較高的常溫和高溫強(qiáng)度，荷重軟化溫度必須要大。同時(shí)加熱過程中爐溫變化頻繁，電動力也很大，因此爐襯材料的熱穩(wěn)定性要好，抗沖擊能力強(qiáng)，耐磨性要好，并且常溫和高溫下是良好的絕緣體。

2.2 感應(yīng)加熱爐的線圈

線圈選擇紫銅材料，經(jīng)過搗打定型之后制成方形銅管，同時(shí)要經(jīng)過退火，消除內(nèi)部金屬應(yīng)力，避免整形或焊接定型中導(dǎo)致銅管破裂。線圈銅管之間的間距不能太近，以防接觸，同時(shí)外圍線圈要經(jīng)過打磨并刷上絕緣漆。

2.3 爐襯成型與烘爐工藝

圖1 爐襯烘干曲線

爐襯是整體澆搗成型，耐火泥漿填滿線圈匝間，感應(yīng)器與爐襯澆灌成一個(gè)整體，線圈加固了爐襯，增加了爐襯強(qiáng)度。爐襯成型工藝簡單，使用過程中如有損壞，也可現(xiàn)場進(jìn)行修補(bǔ)。同時(shí)，在使用前必須對爐襯進(jìn)行初始烘干操作。如中頻透熱爐爐襯可按圖1所示的曲線進(jìn)行烘干操作，其中：先以120-150℃的烘烤溫度保溫2 小時(shí)，然后以500-600℃烘烤溫度保溫3 小時(shí)，最后以800-950℃保溫2小時(shí)。

3 感應(yīng)加熱爐的高效節(jié)能分析

對于感應(yīng)加熱爐在電能、磁能及熱能的轉(zhuǎn)換過程中有以下幾種能量損失：(1)電磁感應(yīng)器有電阻，必然在感應(yīng)器上會產(chǎn)生電能損失；(2)電能轉(zhuǎn)換成的熱能有一部分通過爐壁散失掉；(3)在加料和出料的過程中，由于熱輻射也會造成一部分輻射熱損；(4)配電設(shè)備也要消耗一部分能量[4]。同時(shí)，使物料快速被加熱，并且加熱溫度均勻也一直是感應(yīng)加熱爐需要不斷提高的性能要求。因此，在近些年來感應(yīng)加熱爐在電源配置、諧波治理及自動控制方面取得了很多新發(fā)展，得到了較好的節(jié)能效果。

3.1 電源配置

對于高頻和中頻感應(yīng)爐，均要進(jìn)行變頻處理。通常是把三相工頻交流電通過三相全控整流橋整流為直流，再經(jīng)過直流電抗器進(jìn)行濾波，然后由逆變橋?qū)⒅绷麟娮儞Q為單相中頻交流電供給負(fù)荷（感應(yīng)器和補(bǔ)償電容）。目前，還經(jīng)常采用串聯(lián)或并聯(lián)逆變電路，來提高功率因數(shù)，提高生產(chǎn)效率，達(dá)到快速生產(chǎn)且節(jié)能的目的。

3.2 諧波治理

傳統(tǒng)上通常采用LC 濾波器進(jìn)行諧波抑制，因?yàn)闉V波電容器、電抗器和電阻器的適當(dāng)組合，與諧波并聯(lián)，可以起到濾波作用，還可以進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)男枰?。LC濾波器的設(shè)置，成本較低，但是濾波效果不太好。而有源電力濾波器是一種較新的諧波抑制方法，它是一種電力電子裝置，主要是通過補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與被檢測到的諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流。這種濾波器其成本較高，企業(yè)很難承受[5]。所以，通常將兩者進(jìn)行混合使用，既可以進(jìn)行有效抑制諧波，造價(jià)也不是很高。

3.3 PLC自動控制

PLC控制系統(tǒng)可以最大限度的滿足被控對象控制要求的前提下，還可以使控制系統(tǒng)簡單安全可靠。如通過PLC控制系統(tǒng)可及時(shí)采集溫度信號，然后調(diào)節(jié)電壓電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)電源的輸出功率，對感應(yīng)爐的溫度及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，PLC控制系統(tǒng)的引入且不斷提高，可以使感應(yīng)加熱爐在溫度控制和電效率提高方面得到不斷的完善和改進(jìn)。

4 結(jié)語

感應(yīng)加熱技術(shù)及感應(yīng)加熱爐已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，也被廣泛應(yīng)用于各種加熱和熔煉工藝中。對于感應(yīng)加熱爐來說，其在內(nèi)襯材料、線圈的選擇和整體的筑造烘爐方面有著嚴(yán)格的工藝要求，進(jìn)而才可以在溫度變化快，電動力大，震蕩大等環(huán)境下穩(wěn)定工作。同時(shí)，對感應(yīng)加熱爐的電源、諧波治理和整體的自動控制方面的不斷發(fā)展提高，將有利于電效率和熱效率的提高，同時(shí)也將有利于加工后的工件具有優(yōu)良的使用性能，因此在這些方面還有待繼續(xù)加大研究。

[1]郭茂先.工業(yè)電爐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002：125-126.

[2]羅波，吳希剛，何曙光，賈朝國.中頻感應(yīng)加熱在鍛造中的節(jié)能應(yīng)用[J].電世界，2015，1：34-35.

[3]王成剛，馬順龍.用中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵的幾個(gè)技術(shù)問題[J].熔煉技術(shù)，2012，4：43-46.