感應(yīng)加熱的最大特點是把工件直接加熱,其最大優(yōu)勢是工件加熱速度快且熱場均勻,溫度易于控制,加熱過程中不會混入金屬雜質(zhì),工件加熱金屬燒損小,工人勞動條件好等,因而在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。當(dāng)前,在機械制造裝備工業(yè),尤其是冶金工業(yè)方面感應(yīng)加熱主要用于鑄造熔煉、透熱、淬火、燒結(jié)和釬焊等方面。
根據(jù)感應(yīng)熔煉爐使用的頻率,鑄造工業(yè)的感應(yīng)熔煉爐還分為工頻感應(yīng)爐、中頻感應(yīng)爐和高頻感應(yīng)爐。中頻感應(yīng)爐因其效率高,熔化速度快,金屬熔液溫度容易控制,合金元素?zé)龘p少及化學(xué)成分均勻,因此產(chǎn)品質(zhì)量高,特別有益于熔煉各種高級合金鋼,技術(shù)已比較成熟,逐漸為許多鑄造企業(yè)所采用,應(yīng)用范圍較為廣泛。 感應(yīng)加熱用于透熱主要在鍛造、熱沖壓、熱軋、擠壓和彎管的加熱和退火等。感應(yīng)加熱過程可以使整個工件表面和內(nèi)部溫度趨于相等,加熱效率高、速度快,能夠減少金屬的燒損,便于控制溫度,保證加熱質(zhì)量,容易組成自動生產(chǎn)線的優(yōu)勢,得到越來越廣泛的應(yīng)用?! 崽幚砑夹g(shù)的淬火,就是將工件加熱到一定溫度再快速冷卻,使工件的金相組織得到相應(yīng)的變化,以此增加工件的硬度和耐磨性能。但是,過去由于加熱方法的限制,淬火后的工件抗疲勞性能變差,工件的脆性增大。為了解決這個矛盾,采取只將工件表面加熱(內(nèi)部不加熱),再快速冷卻的方法,這樣使金屬表面淬了火,增加了工件的硬度和耐磨性能,而工件的內(nèi)部因沒有淬火,仍然保持著原有的一定強度。感應(yīng)加熱就成為表面淬火最理想的一種加熱方式?! 〉?,感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用最好、效益最為顯著的仍是在鑄造工業(yè)的熔煉方面。近十多年來,由于電力供應(yīng)狀況日趨改善,國內(nèi)鑄造企業(yè)越來越多地采用感應(yīng)電爐進行金屬熔煉、保溫作業(yè)。這主要是由于感應(yīng)電爐與其他的金屬熔煉設(shè)備相比具有熔煉能耗低,金屬燒損小,化學(xué)成分易于控制,操作使用靈活方便等優(yōu)點,而且感應(yīng)電爐的作業(yè)環(huán)境好,對環(huán)境污染少,便于生產(chǎn)組織和管理。 現(xiàn)在,感應(yīng)電爐已經(jīng)是新建鑄造車間設(shè)計和技術(shù)改造時優(yōu)先考慮選用的熔煉設(shè)備。尤其是計算機在感應(yīng)電爐上的應(yīng)用,爐況監(jiān)控、故障診斷和漏爐報警裝置,乃至熔煉和澆注作業(yè)的過程控制方面的應(yīng)用日益完善和擴大,更加凸顯感應(yīng)加熱技術(shù)的先進性?! 榱诉m應(yīng)高新技術(shù)對超級精密合金的需求,不斷研究出新型感應(yīng)電爐,如等離子感應(yīng)電爐、真空感應(yīng)電爐、無爐襯水冷銅坩堝感應(yīng)電爐,以及磁浮感應(yīng)電爐等新技術(shù)、新設(shè)備,將在尖端工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
與沖天爐相比,采用中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液,既可減少環(huán)境污染,有利于鐵液質(zhì)量的控制,投資較少,又能夠方便地進行球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和灰鑄鐵等各種鑄鐵多牌號的生產(chǎn),生產(chǎn)方式十分靈活。與采用以生鐵為主配料的熔化相比,采用廢鋼增碳工藝熔煉鐵液,可以降低鐵液成本1000元。中頻電爐能夠?qū)崿F(xiàn)自我故障診斷和保護,減少維修時間和工作量,可與計算機熔煉過程自動控制管理系統(tǒng)連接,操作、管理簡便。因此,20世紀(jì)90年代以后,國外及我國新上的鑄鐵鑄造廠,多數(shù)用無芯中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液。
中頻感應(yīng)電爐熔化鐵液時,采用經(jīng)過破碎、拋丸處理干凈的回爐料,可顯著提高鐵液質(zhì)量,降低噸鐵液能耗。我公司鑄造廠在10t中頻爐上曾做過生產(chǎn)試驗,采用干凈回爐料,生產(chǎn)大功率的柴油機缸蓋,鑄件氣孔廢品率降低6個百分點,鐵液熔煉耗電量降低90kW·h/t;同時可以有效降低工人扒渣的勞動強度,改善鑄造熔煉作業(yè)環(huán)境,降低工頻爐爐口的結(jié)渣現(xiàn)象,解決爐口結(jié)渣后難處理的難題,提高工頻爐爐襯使用壽命20%,提高熔煉生產(chǎn)效率。因此,采用中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液時,要十分重視爐料的凈化問題,尤其是回爐料的破碎、拋丸凈化處理,這是發(fā)揮中頻爐熔煉鐵液效率的一個十分重要的環(huán)節(jié)。
中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液還能夠生產(chǎn)出加工性能優(yōu)異的灰鑄鐵缸體、缸蓋。熔煉爐型對灰鑄鐵加工性的影響多年來一直有爭論,即多數(shù)鑄造人認(rèn)為,感應(yīng)電爐熔煉生產(chǎn)出來的灰鑄鐵件比沖天爐熔煉生產(chǎn)的灰鑄鐵件加工性差。對此,美國鑄造協(xié)會1998年組織研究人員采用車削、鉆削試驗法研究了感應(yīng)電爐熔煉與沖天爐熔煉對灰鑄鐵(相當(dāng)于HT150、HT200、HT250)加工性的影響。研究表明,沖天爐熔煉時,材料加工性能并不比感應(yīng)電爐熔煉好,而對一些加工性數(shù)據(jù),感應(yīng)電爐熔煉的灰鑄鐵加工性更好些。我公司也針對感應(yīng)電爐熔煉生產(chǎn)的灰鑄鐵件的加工性進行了研究,并在大批量生產(chǎn)的HT250缸體上進行了驗證:中頻感應(yīng)電爐生產(chǎn)出缸體加工性能,比熱風(fēng)沖天爐、電爐雙聯(lián)熔煉生產(chǎn)出的缸體加工性能提高了20%,同時鑄件力學(xué)性能提高10%,金相組織改善,缸體鑄件致密性提高,這說明中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液能夠生產(chǎn)出加工性能優(yōu)異的灰鑄鐵缸體、缸蓋,關(guān)鍵是要采用良好的熔煉工藝——廢鋼增碳工藝,并采用優(yōu)質(zhì)的增碳劑以及良好的孕育工藝。