三相工频感应器用于铜材透热.pdf

第41卷第6期
有色金属加工
Vol 41 No 6
2012年12月
NONFERROUS METALS PROCESSING
December 2012
三相工频感应器用于铜材透热
闻国民,刘玉卿
(河南江河机械有限责任公司,河南鲁山46737)
摘要:在热挤压成型的铜材生产工艺中,需要对不同规格的铜铸锭进行加热,而采用感应加热是大家都熟
悉的一种加热方法。结合目前挤压设备的挤压力和铸锭直径都在逐渐加大的情况,对直径大于250mm的铜
铸锭加热,选择工频感应加热,感应器设计为三相工作,采用三台单相磁饱和调压器组成供电电源;保证了铜
铸链温度的均匀性,尤其对于铜合金(黄铜)铸锭,不易出现铸锭表面温度过高造成的铅、锌或锡的析出现象。
更换不同直径的铸链所对应的感应器时,由于没有电抗器,所以三相平衡调整方便。整套系统工作稳定,操
作维修简单。
关词:大直径铜合金铸锭;单相磁饱和调压器;三相工频感应加热
中图分类号:TG307
文献标识码;A
文章编号:1671-6795(2012)06-0048-02
目前铜加工行业发展迅速,而热挤压与连续挤压确定了,同样的温度层,对于小直径铸锭来说,短时间
都是铜材生产所采用的工艺,但热挤压成型的产品在内中心温度就能靠传导达到工艺温度,生产效率高。
某些性能上优于连续挤压成型的产品。热挤压工艺但直径大的铸链,靠表面温度的传导使中心温度达到
是根据产品要求,先将一定长度的铜铸锭加热到工艺工艺温度的时间较长,就需要延长加热时间。而加热
温度进行挤制成型,因此铜铸锭加热就成了挤制工序时间的延长一方面会使表面的氧化现象加重,产生的
的主要环节。若铜铸锭的加热温度高,料在模具内的氧化皮容易在挤压过程中夹人产品中造成废品,另
流动速度快,对挤压设备运行比较轻松,对设备有利,方面相对铜合金(黄铜)产品,由于含有不同的成分,
但是挤压的产品收缩比大,产品容易出现裂纹,尺寸其熔点差异较大,特别是对于含有铅、锌、锡的铜合金
不易保证;若铜铸锭加热温度低,挤压设备工作费力,材质,表面长时间的高温,超过一定时间就会出现铅、
影响设备的使用寿命,同时模具的磨损较快;铜铸锭锌或锡的析出,出现局部过烧的现象,如果进出料不
内外温差太大,产品的性能不均匀,影响产品质量。及时,将产生表面熔化造成设备无法正常工作。
所以,选择适当的加热方法保证铜铸锭温度的均匀
频率高,感应电流透入深度产生的温度层浅,表
性,有利于产品性能的保证和设备的正常运行。
面升温速度快,如果热量来不及向中心传导,就会造
成表面熔化
1感应加热分析
设计的同一套感应器,加热的材质不同,其加热
效果也不同,以加热棒料为钢材与铜材相比,钢材是
感应加热的原理是利用感应电流在工件表面一导磁材料,加热设备的设计与调试成功率较高,但对
定深度内先产生温度,再通过传导的方法向中心传加热铜材来说,往往需要通过多次的调试才能满足加
热,最后使铸锭内外温度达到加工的工艺温度。感应热工艺参数的要求。特别是对直径较大的铜铸加
电流在工件内形成的深度通常就叫“感应电流透入深热,计算参数更是难以确定。
度”,感应电流透人深度△与频率f的关系为:
当前,随着市场的需求,生产能力都在不断扩大,
△=5030{p/(pf)
挤压设备的挤压力也在不断增加,所加热的铸锭直径
式中:p一导体的电阻率,欧?厘米。
和长度同样也在逐渐加大。同一台挤压设备,为了满
导体的相对导磁率,对于非导磁材料μ=1
足市场需要,一般都是多品种生产,铸锭的直径与长
f一电源频率
度规格也较多,为了提高加热效率,感应线圈内径与
频率选定后感应电流透人深度产生的温度层就铸锭直径的间隙就应尽可能减小,所以,对不同规格
直径的铸定,最好设计制造相对应的感应装置,变换
收稿日期:2012-04-16
产品时,只要更换对应规格铸锭的感应装置就行。
第6期
有色金属加工
以我公司的生产情况来说,加热的铸锭直径已由再刷绝缘漆烘干。考虑到泠却的效果,每组线圈的展
原来的120mm、d150mm、l70m,依次增大到现在开长度在25米以内较好。
的260mm、b300mm、350mm、400mm,铸锭长度也
当感应器设计为单相工作时,为了使电网平衡,
由原来的200mm增加到现在的700m,不同的直径就要采用有平衡电抗器和平衡电容器三相平衡的方
与长度又有许多规格,材质有紫铜和各种铜合金。生式供电。这种方式适用于只对应一种产品规格的感
产过程中,可随时根据市场产品的需要,更换对应的应器加热,如果加热不同的铸锭需要更换感应器时,
感应器。
付应的电抗器和电容器都要调整,由于电抗器固定较
牢固,调整拆卸难度较大,导磁块之间的间隙很难调
大直径铜铸锭感应加热方案
整到最佳效果,即便是有抽头,也不能达到理想的匹
参数。
我公司铜产品生产中,多个工序都需要使用感应
如果将感应器设计为三相工作,更换不同直径规
加热,从工频、中频、髙频都有对应的不同设备,由于格的感应器时,由于没有平衡电抗器和平衡电容器,
产品种类多、形状各异,所以感应装置就需要根据情只有功率因数补偿的电容,所以,匹配调整方便可靠,
况设计制造。根据多年的使用情况,热挤压前对直径系统简单接线方便。这也是感应器线圈设计为三相
大于250mm铜铸锭的感应器设计,尤其是涉及到铜合工作的原因。
金铸锭的感应加热,提供以下方案供参考。
感应器整体设计为三相工作时,为了加大感应器
2.1频率的选择
输入电压的调整范個,结合多年的设计应用情况,每
在保证铸锭径向一定温差范固条件下,频率的选相线圈均设计为双层布局,第一可以使感应器运行平
择应能使加热时间越短越好,既可提高生产效率,又稳,第二可以提高锛锭温度的均匀性。
能减少氧化层的产生。
2.3供电电源的选用
降低频率能加深感应电流产生的温度层,利于在
感应加热使用的电源电压必须可调,通常有两种
短时间内铸锭中心达到工艺温度。但随着频率的降调压方法,第一是加到感应器的电压是可调的,采用
低,感应电流的有效深度不是成比例増加,同时,过低调压器供电;第二是感应器线圈带抽头,调节匝数的
的频率会造成加热效率下降。因此,为了增加感应电多少。考虑到工作的连续性,电压的调整通常是带负
流透人深度而过低的降低频率,并不能显现出明显的载调整,这就要求调整结构方便可靠、运行稳定。
优势,使用较低的频率需要颍率变换的设备,增加了
我公司不同感应加热设备使用的调压器有:动圈
设备的复杂程度。
式调压器、专用的自耦调压器、磁饱和调压器。在使
提高频率感应电流透入层浅,表面温度上升的较用过程中,虽然都能保证生产的进行,但相比之下,动
快,电效率在一定程度上有所提高,但相同时间内径圏式调压器与专用的自耦调压器,存在有驱动装置对
向温差较大。
应的运动部件,结构复杂维修工作量大,调压时有
经过多年的使用,直径大于200mm的铸锭都可以定的波动。所以,对铸锭直径大于200mm的感应器
采用工频50HZ的频率,工频产生的感应电流透入深均采用了磁饱和调压器进行调压。
度产生的温度层已完全能满足工艺要求。
磁饱和调压器分为单项与三相结构,工作原理是
2.2感应器线圈的设计
收变控制绕组中的直流电流值,