一 锻造加热概述
人类的一个重要特征,就是有利用自然、改造自然的能力。自石器时代后期,人类已经发明了冶炼技术,学会了用金属制造工具、武器,甚至装饰品的能力。铸造、锻造技术方法也就开始了漫长的发展过程,历史超过了两千年。至今,该技术已深入人类生存的各个领域。
今日所称的锻造概念,包含自由锻、模锻、挤压、轧制、冷镦、冷冲和辗扩等诸多工艺方法,除冷镦、冷冲在常温下进行外,不论采用何种锻造方法,都要将欲进行锻造的金属坯料进行预先加热,以使金属具有良好的塑性,较低的变形抗力。经过锻造的金属,组织更为致密,具有更高的力学性能。
一般金属锻造坯料的加热温度,取决于金属的再结晶温度。锻造的温度与金属的性质密切相关。钢的再结晶温度约在460~C左右。300~800~C一般称为温锻;钢的热锻依据合金的差异一般界于800~1200~C。而对于铝及铝合金,一般的锻造温度在400~C左右;铜与铜合金的锻造温度在750~900℃ ;钛及钛合金的锻造温度,通常都要高于IO00~C。
不言而喻,金属坯料锻造前的加热必须配备加热设备。而加热设备的配置主要取决于金属本身对加热温度的工艺要求,满足这些工艺要求的热源有多种。原则上,凡是能使金属温度升高至锻造工艺要求的热源都可以利用,但选择加热设备仍然要考虑能源的经济性,加
热设备建造的投入成本,加热温度控制的可能性、稳定性,以及满足环保所提出的要求。
锻造加热设备以其热能源不同,分类如附图所示。所要采用的加热能源,要因地制宜,同时综合考虑加热金属坯料自身的固有特性,以及加热坯锭的尺寸、重量和批量等各种因素。
=、感应加热的基本原理
1 820年,H.C.奥斯特发现了电流的磁效应;相反,磁场也会使切割磁力线的导体产生感应电动势及感生电流,法拉第首先定量地确定了感生电动势与磁场的关系,建立了电磁感应定律,也即法拉第定律;另一个重要的定律是电流使导体产生的热量的关系,就是所谓的焦耳定律(定量的公式关系,限于篇幅不赘述)。电流通过线圈而产生交变磁场,使处于线圈中的金属坯料产生感应电动势,故而金属内部产生电流,该电流的流动过程要克服金属坯料的自身电阻,产生焦耳热。这个热直接产生在加热金属坯料的内部,因而这种加热方法具有比其他方法加热有更高的热效率。值得注意的是,这种感应加热的方法,在金属坯料的内部电流分布是不均匀的,最大的电流密度出现在坯料的表层,即所谓的集肤效应。不难看出这种加热方法更适合加热热传导良好的金属,如铝及铝合金、铜及铜合金。使用感应加热的方法铝及铝合金的坯料直径可以达到600ram以上。如我国山东丛林集团的100MN挤压机感应加热炉可加热的铝锭尺寸为4,560 mm x 1750mm;铜及铜合金坯料的直径可达400mm,甚至更大些。钢的热传导较差,所以大直径的钢坯料,不采用感应加热的方法。
三、感应加热的基本特点
感应加热炉的感应线圈的内径大约为被加热坯料直径的1.2~1.3倍,矩形感应加热器的内空间也是比坯料只大少许,以便于坯料通过为宜。因此,加热的空间甚小,不需要火焰炉所必须的厚厚的绝热层。因加热快,也不需要一炉装很多坯料,因此,感应加热炉具有如下的明显特点:
(1)热效率高,加热快。不需要一般火焰炉开炉前缓慢的逐级升温的预热过程。一般只要短时间加热3~5个坯料后(