感应加热的最大特点是把工件直接加热,其最大优势是工件加热速度快且热场均匀,温度易于控制,加热过程中不会混入金属杂质,工件加热金属烧损小,工人劳动条件好等,因而在工业生产中应用比较广泛。当前,在机械制造装备工业,尤其是冶金工业方面感应加热主要用于铸造熔炼、透热、淬火、烧结和钎焊等方面。
根据感应熔炼炉使用的频率,铸造工业的感应熔炼炉还分为工频感应炉、中频感应炉和高频感应炉。中频感应炉因其效率高,熔化速度快,金属熔液温度容易控制,合金元素烧损少及化学成分均匀,因此产品质量高,特别有益于熔炼各种高级合金钢,技术已比较成熟,逐渐为许多铸造企业所采用,应用范围较为广泛。 感应加热用于透热主要在锻造、热冲压、热轧、挤压和弯管的加热和退火等。感应加热过程可以使整个工件表面和内部温度趋于相等,加热效率高、速度快,能够减少金属的烧损,便于控制温度,保证加热质量,容易组成自动生产线的优势,得到越来越广泛的应用。 热处理技术的淬火,就是将工件加热到一定温度再快速冷却,使工件的金相组织得到相应的变化,以此增加工件的硬度和耐磨性能。但是,过去由于加热方法的限制,淬火后的工件抗疲劳性能变差,工件的脆性增大。为了解决这个矛盾,采取只将工件表面加热(内部不加热),再快速冷却的方法,这样使金属表面淬了火,增加了工件的硬度和耐磨性能,而工件的内部因没有淬火,仍然保持着原有的一定强度。感应加热就成为表面淬火最理想的一种加热方式。 但是,感应加热技术应用最好、效益最为显着的仍是在铸造工业的熔炼方面。近十多年来,由于电力供应状况日趋改善,国内铸造企业越来越多地采用感应电炉进行金属熔炼、保温作业。这主要是由于感应电炉与其他的金属熔炼设备相比具有熔炼能耗低,金属烧损小,化学成分易于控制,操作使用灵活方便等优点,而且感应电炉的作业环境好,对环境污染少,便于生产组织和管理。 现在,感应电炉已经是新建铸造车间设计和技术改造时优先考虑选用的熔炼设备。尤其是计算机在感应电炉上的应用,炉况监控、故障诊断和漏炉报警装置,乃至熔炼和浇注作业的过程控制方面的应用日益完善和扩大,更加凸显感应加热技术的先进性。 为了适应高新技术对超级精密合金的需求,不断研究出新型感应电炉,如等离子感应电炉、真空感应电炉、无炉衬水冷铜坩埚感应电炉,以及磁浮感应电炉等新技术、新设备,将在尖端工业领域发挥更加重要的作用。
与冲天炉相比,采用中频感应电炉熔炼铁液,既可减少环境污染,有利于铁液质量的控制,投资较少,又能够方便地进行球墨铸铁、蠕墨铸铁和灰铸铁等各种铸铁多牌号的生产,生产方式十分灵活。与采用以生铁为主配料的熔化相比,采用废钢增碳工艺熔炼铁液,可以降低铁液成本1000元。中频电炉能够实现自我故障诊断和保护,减少维修时间和工作量,可与计算机熔炼过程自动控制管理系统连接,操作、管理简便。因此,20世纪90年代以后,国外及我国新上的铸铁铸造厂,多数用无芯中频感应电炉熔炼铁液。
中频感应电炉熔化铁液时,采用经过破碎、抛丸处理干净的回炉料,可显着提高铁液质量,降低吨铁液能耗。我公司铸造厂在10t中频炉上曾做过生产试验,采用干净回炉料,生产大功率的柴油机缸盖,铸件气孔废品率降低6个百分点,铁液熔炼耗电量降低90kW·h/t;同时可以有效降低工人扒渣的劳动强度,改善铸造熔炼作业环境,降低工频炉炉口的结渣现象,解决炉口结渣后难处理的难题,提高工频炉炉衬使用寿命20%,提高熔炼生产效率。因此,采用中频感应电炉熔炼铁液时,要十分重视炉料的净化问题,尤其是回炉料的破碎、抛丸净化处理,这是发挥中频炉熔炼铁液效率的一个十分重要的环节。
中频感应电炉熔炼铁液还能够生产出加工性能优异的灰铸铁缸体、缸盖。熔炼炉型对灰铸铁加工性的影响多年来一直有争论,即多数铸造人认为,感应电炉熔炼生产出来的灰铸铁件比冲天炉熔炼生产的灰铸铁件加工性差。对此,美国铸造协会1998年组织研究人员采用车削、钻削试验法研究了感应电炉熔炼与冲天炉熔炼对灰铸铁(相当于HT150、HT200、HT250)加工性的影响。研究表明,冲天炉熔炼时,材料加工性能并不比感应电炉熔炼好,而对一些加工性数据,感应电炉熔炼的灰铸铁加工性更好些。我公司也针对感应电炉熔炼生产的灰铸铁件的加工性进行了研究,并在大批量生产的HT250缸体上进行了验证:中频感应电炉生产出缸体加工性能,比热风冲天炉、电炉双联熔炼生产出的缸体加工性能提高了20%,同时铸件力学性能提高10%,金相组织改善,缸体铸件致密性提高,这说明中频感应电炉熔炼铁液能够生产出加工性能优异的灰铸铁缸体、缸盖,关键是要采用良好的熔炼工艺——废钢增碳工艺,并采用优质的增碳剂以及良好的孕育工艺。