CN203675354U - 感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种感应加热装置，对工件在不同的温度段采用不同的频率中频电源进行感应加热，使透热层深度△始终保持比较大的状态，得到更快的感应加热速度、更高的加热效率。对于步进式感应加热方式，本实用新型的双频感应加热装置相比按照常规设计的感应器总炉长可以缩短20%左右，解决了加热装置在车间内没有足够空间布置的问题。对于工件需加热到最高1200～1300°C的工艺温度的情况，由于加热速度加快，减少了工件在接近工艺温度到达到工艺温度的加热过程，减少了氧化皮的产生，达到对被加热工件表面烧损的严格要求。

Description

感应加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种感应加热装置，属于感应加热设备技术领域。

背景技术

在金属毛坯的锻压加工中，采用感应透热取代各种火焰炉已成为普遍现象。感应透热的特点是高生产率、低能耗、无污染、少烧损，尤其是能够快速透热工件，使其在金属锻造中得到广泛的应用。但是，在连续式或步进式进料的感应加热中，在以下一些特殊情况时要求锻造坯料能够在感应炉中更加快速地达到工艺温度要求，例如：1.加热大尺寸毛坯的感应炉功率很大，其感应器按常规设计会很长，但空间有限，设备布置受限；2.一台感应炉要轮流加热尺寸差异较大的不同规格的坯料，需要采用几个相互替换而孔径大小不同的感应器，但感应器的长度要求一致。3.工件需要达到的工艺温度较高，而且对被加热工件表面烧损要求严格，应尽量减少氧化皮的产生。因此，设计一种加热装置，其长度能充分利用现场有限的空间，实现坯料的快速加热具有实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种感应加热装置，实现坯料的快速加热。

为解决上述问题，本实用新型提供一种感应加热装置，包括第一中频电源1、第二中频电源2、第一感应器3、第二感应器4，所述第一中频电源1给第一感应器3供电，所述第二中频电源2给第二感应器4供电，所述第一中频电源1的工作频率为f1，第二中频电源2的工作频率为f2，工作频率f1<f2，所述工作频率f2在根据以下公式计算的频率范围内选择：

所述ρ为工件的电阻率，单位为Ω·m，μ为工件导磁率，D为工件的直径，单位为米；所述第一感应器3、第二感应器4呈一字排列，首尾相连，所述第一感应器3的尾部与第二感应器4的头部相连，待加热工件从第一感应器3的头部进料，从第二感应器4的尾部出料。

可选的，所述第一中频电源1的工作频率

其中R为工件的半径，单位为米。

可选的，工作频率f1取其下限值

工作频率f2取其上限值

$\frac{6.25\&times;{10}^6\&times;\mathrm{\&rho;}}{{\mathrm{\&mu;D}}^2}.$

可选的，工件温度在居里点温度以下时在第一感应器3中加热，工件温度达到居里点及超过居里点温度时在第二感应器4中加热。

可选的，工件在第一感应器3中加热时间为T1，在第二感应器4中加热时间为T2，工件的总加热时间为T，T1占总加热时间T的比例为30%～40%，T2占总加热时间T的比例为70%～60%。

可选的，所述第一感应器3的长度为L1、第二感应器4的长度为L2，第一感应器3、第二感应器4首尾相连后总长度为L，所述第一感应器3长度L1占总长度L的比例为33%，第二感应器4长度L2占总长度L的比例为际7%。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在不同的温度段采用不同的频率，使透热层深度△始终保持比较大的状态，来得到更快的感应加热速度、更高的加热效率。对于步进式感应加热方式，本实用新型的双频感应加热装置相比按照常规设计的感应器总炉长可以缩短20%左右，解决了加热装置在车间内没有足够空间布置的问题。对于工件需加热到最高1200～1300°C的工艺温度的情况，由于加热速度加快，减少了工件在接近工艺温度到达到工艺温度的加热过程，减少了氧化皮的产生，达到对被加热工件表面烧损的严格要求。

附图说明

图1是本实用新型感应加热装置结构图；

图2是现有步进式感应加热装置结构图；

图3是本实用新型双频加热步进式感应加热装置结构图。

具体实施方式

中频感应加热装置由感应器和中频电源组成，被加热工件置于感应器中，感应器通入频率在400-10000HZ范围内的中频电流，被加热工件产生相同频率的感应电流，工件被加热。由于感应电流的集肤效应，感应电流透入工件的深度是有限的，透热层深度△与中频电源的工作频率f的关系为：

其中ρ为工件在一定温度时的电阻率，μ为工件的导磁率。工件表层在透热层深度△范围之内由感应电流直接加热，而工件芯部靠表层的热传导加热。因此，透热层深度△越大加热时间就越短。对铁磁材料来说，居里点温度根据材料的不同在700°C左右。工件坯料温度在居里点以下称坯料处于冷态，在居里点以上称坯料处于热态。工件温度较低时导磁率μ较大，大约为热态的10-30倍，因此为了达到快速加热的目的，要获得较大的透热层深度△应采用较低的频率。当工件温度超过居里点以后工件的导磁率μ为1，相比而言，此时要达到较大的透热层深度△，可以采用较高的工作频率，保持足够高的频率，利于坯料能加热到最高1300°C的工艺温度，同时有助于提高感应加热装置的总体效率。据此分析，我们可以在不同的温度段采用不同的频率，使透热层深度△始终保持比较大的状态，来得到更快的加热速度、更高的加热效率、更短的感应器炉长。尤其是在加热大直径圆柱形棒料时，效果极佳。例如，加热φ27×2700的棒料时，低温段采用4000HZ加热，追求快速透热效果，加热到700°C以上的高温段采用8000HZ加热，使整根棒料达到950°C且芯表温差小于20°C，与原来全部使用8000HZ加热相比，使加热时间缩短20℅。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的感应加热装置主要用于加热圆柱体棒料，如图1所示，包括第一中频电源1、第二中频电源2、第一感应器3、第二感应器4，所述第一中频电源1给第一感应器3供电，所述第二中频电源2给第二感应器4供电，所述第一中频电源1的工作频率为f1，第二中频电源2的工作频率为f2，所述第一感应器3、第二感应器4呈一字排列，首尾相连，所述第一感应器3的尾部与第二感应器4的头部相连，待加热工件从第一感应器3的头部进料，从第二感应器4的尾部出料。为了达到更快的加热速度、更高的加热效率，工作频率f1<f2，使加热工件先在第一感应器3中被较低工作频率f1的电源加热，然后再将工件推至第二感应器4内以较高工作频率f2的电源加热。为了达到更好的效果，工作频率f2在根据以下公式计算的频率范围内选择：

所述ρ为工件的电阻率，单位为Ω·m，μ为工件导磁率，D为棒料的直径，单位为米，当然，此时工作频率f1要保证小于工作频率f2。对于工作频率f1来说，理论上f1越低，透热层深度△越大。但是实际上电流透入深度的极限值是△=0.4R，R为棒料的半径，无论频率再降多少并不能增加透热层深度△，反而会降低电效率。因此，为了保证一定的电效率，工作频率f1的取值在保证低于工作频率f2的基础上要满足

会取得更好的效果，其中R为棒料工件的半径，单位为米。本实用新型的第一感应器3主要用于以较低的频率获得尽量大的透热深度进行加热，而第二感应器4主要用于对已经被第一感应器3加热至一定温度的工件继续升温，对于一些工件的工艺温度要求达到1200甚至1300°C的情况来说，必须保证足够高的频率使工件能达到上述工艺温度，此时，将第一感应器3工作频率f1设计为

第二感应器4工作频率f2设计为

能取得更快的加热速度、更高的加热效率。

根据上述对铁磁材料在冷态和热态下导磁率μ的变化分析，具体实施时，可以选择在第一感应器3设置温度检测传感器，具体可使用红外线测温仪或热电阻、热电偶，对第一感应器3内被加热的工件测温，当工件温度达到其居里点时将工件推入第二感应器4加热。

具体实施时，也可以选择在推料控制装置设置定时器，当工件推入第一感应器3中加热开始定时，设定定时时间为T1，定时器定时时间到后将工件推入第二感应器4中加热T2时间后达到工艺温度，工件的总加热时间T=T1+T2，将定时器定时时间T1设定为占总加热时间T的30%～40%，相应的T2占总加热时间T的比例为70%～60%。通过所述技术措施使工件获得较好的加热速度、加热效率。

在生产实际中，对坯料的感应加热经常采用步进式加热，如图2所示，棒料的长度为La主感应器的总长为L，一般感应器总长L是棒料长度La的n倍，棒料被推入感应器，后料顶前料，推料的时间间隔即推料节拍为Ta，一根棒料在感应器中被加热的总时间T=nTa。步进式加热的好处在于有n个棒料在感应器中步进移动加热，每个棒料的加热时间为nTa，但出料口出料的时间间隔为Ta，变相地加快了加热时间，满足了生产率的要求。对于步进式感应加热装置，如果需要进一步加快出料节拍，提高生产效率，可以采用本实用新型的感应加热装置，第一感应器3、第二感应器4呈一字排列，首尾相连，所述第一感应器3的尾部与第二感应器4的头部相连，待加热工件依次从第一感应器3的头部进入，从第二感应器4的尾部出料。第一感应器3与第二感应器4的工作频率设置如前述。如图3所示的具体实施例，感应器总长L是棒料长度La的6倍，其中第一感应器3的长度L1是2La，第二感应器4的长度L2是4La，即第一感应器3的长度L1占感应器总长的1/3，第二感应器4的长度L2占感应器总长的2/3。每个棒料在感应器中的加热时间为6Ta，其中在工作频率较低的第一感应器3中加热2Ta，在工作频率较高的第二感应器4中加热4Ta。在采用双频加热方式后，工件达到工艺温度所需的总加热时间相应减少，因此推料的节拍时间加快，提高了生产效率。

对于尺寸较长的棒料，采用步进式感应加热装置加热，为了获得较快的出料节拍满足生产需要，在感应器中需要有多个棒料步进式加热。多个长棒料在相应长度的感应器中依次排列，感应器的总长度会很长，往往加热装置在车间内没有足够的空间布置。采用双频加热方式后，棒料加热的总时间可以减少20%左右，那么为了获得相同的出料节拍，本实用新型的双频感应加热装置相比按照常规设计的感应器总炉长可以缩短20%左右，解决了加热装置在车间内没有足够空间布置的问题。

本实用新型提出的感应加热方法，在冷态时，以工作频率为f1的中频电源对工件进行感应加热，工件温度达到及超过居里点温度以工作频率为f2的中频电源对其进行感应加热，工作频率f1<f2，为了达到更好的效果，工作频率f1设计为

工作频率f2设计为

具体实施时可以用两个中频电源，先将工作频率为f1的电源接入感应器对工件加热，达到热态后将工作频率为f2的电源切换至感应器对工件加热。当然，在具体实施时，也可以采取以时间控制低频率电源到高频率电源的切换。即以工作频率为f2的中频电源对工件进行感应加热的时间T2占总加热时间T的比例为30%～40%，预设时间到后切换至较高工作频率电源加热，也可以取得快速加热的效果。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种感应加热装置，包括第一中频电源(1)、第二中频电源（2）、第一感应器（3）、第二感应器（4），所述第一中频电源（1）给第一感应器（3）供电，所述第二中频电源（2）给第二感应器（4）供电，所述第一中频电源（1）的工作频率为f1，第二中频电源（2）的工作频率为f2，其特征在于，工作频率f1<f2，所述工作频率f2在根据以下公式计算的频率范围内选择：

所述ρ为工件的电阻率，单位为Ω·m，μ为工件导磁率，D为工件的直径，单位为米；所述第一感应器（3）、第二感应器（4）呈一字排列，首尾相连，所述第一感应器（3）的尾部（6）与第二感应器（4）的头部（7）相连，待加热工件从第一感应器（3）的头部（5）进料，从第二感应器（4）的尾部（8）出料。

2.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述第一中频电源（1）的工作频率

其中R为工件的半径，单位为米。

3.如权利要求2所述的感应加热装置，其特征在于，工作频率f1取其下限值

工作频率f2取其上限值

4.如权利要求1或2或3所述的感应加热装置，其特征在于，工件温度在居里点温度以下时在第一感应器（3）中加热，工件温度达到居里点及超过居里点温度时在第二感应器（4）中加热。

5.如权利要求1或2或3所述的感应加热装置，其特征在于，工件在第一感应器（3）中加热时间为T1，在第二感应器（4）中加热时间为T2，工件的总加热时间为T，T1占总加热时间T的比例为30%～40%，T2占总加热时间T的比例为70%～60%。

6.如权利要求1或2或3所述的感应加热装置，其特征在于，所述第一感应器（3）的长度为L1、第二感应器（4）的长度为L2，第一感应器（3）、第二感应器（4）首尾相连后总长度为L，所述第一感应器（3）长度L1占总长度L的比例为33%，第二感应器（4）长度L2占总长度L的比例为67%。

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