文/張永紅·山東榮泰感應科技有限公司

雷蕾·中國鍛壓協會

高端中頻爐在鍛造智能化生產中的科學選型和應用

文/張永紅·山東榮泰感應科技有限公司

雷蕾·中國鍛壓協會

隨著國家以及社會對環(huán)保的關注度日益提升，輕污染、輕排放、輕浪費的“綠色鍛造”已經成為鍛造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。與此同時，“智能工廠”逐漸成為熱詞，在政府的倡導下，在市場的反作用推動中，自動化、智能化的應用必然掀起鍛造行業(yè)新的革新模式。

在此背景下，中頻感應加熱設備（以下簡稱中頻爐）因為其綠色環(huán)保、易于實現自動化的特點成為溫、熱鍛領域所必需的鍛前加熱設備。與煤爐和天然氣爐相比，中頻爐具有加熱速度快、生產效率高、氧化脫碳少、節(jié)省材料與鍛模成本等優(yōu)點，但目前多數鍛造企業(yè)中頻爐使用還處于摸索階段，設備的性能表現也良莠不齊。鑒于此，本文將就如何正確選購高性價比的高端中頻感應加熱系統(tǒng)展開討論。

性能穩(wěn)定高效

中頻爐在鍛造生產線中處于排頭兵的位置，關系整條線的配合運營，性能穩(wěn)定至關重要，高端中頻爐的首要要素即為“穩(wěn)定高效”。那么在選擇中頻爐時如何能夠確定設備具有穩(wěn)定的性能表現呢？

筆者認為，主要取決于5點：⑴供貨商的技術能力和市場經驗；⑵設備本身線路特點；⑶設備的制造工藝；⑷所配置元器件性能；⑸供貨商質量管控體系。

鍛造企業(yè)在選擇中頻爐時，應當首先選擇知名度較高、已經有較好市場業(yè)績的供貨商。這些供貨商已經擁有成熟的技術和豐富的市場經驗，設備設計和制造能力趨于成熟，設備穩(wěn)定性有著更為有力的保障。

從線路原理來講，串聯諧振線路比并聯諧振線路更加穩(wěn)定。串聯諧振線路因其電容采用諧振形式，諧波含量降低，功率因數也是遠超國家電力0.9的標準，具有主回路控制簡單，綠色節(jié)能、穩(wěn)定高效等優(yōu)點。

在制造工藝上的差距會造成中頻爐在運行中的表現差異和使用壽命差異，如高端中頻爐感應線圈的絕緣處理會采取價格相對高昂的烤瓷工藝，以保證感應器使用壽命內線圈絕緣不出問題；普通中頻爐往往會采用絕緣漆處理，在使用中容易在高溫下脫落。另外，高端中頻爐的感應器打結方式一般采用整體打結方式，所使用打結料是普通打結方式的2倍，首尾銜接處和擋板為一體，爐襯使用壽命延長數倍。

中頻爐的電氣以及負載部分涉及較多的電子電氣元件，而這些配套元件的性能也會直接影響到設備的整體運行性能。在選擇中頻爐時，不妨關注一下設備整體配置中的元器件配套品牌。目前，國內市場上高端中頻爐的關鍵元器件一般選用的是進口品牌，穩(wěn)定性更有保障。但是在部分元器件選擇上，如可控硅，現在國產的性能不輸于歐美日，所以不是僅僅局限于看是否是配套進口品牌，主要看配套元件的性能是否優(yōu)異。

供貨商的質量管控能力也是設備是否能夠穩(wěn)定運行的關鍵保障。高端中頻爐的供貨商往往建立有成熟的質量管控體系，在設備的原材料采購、產品設計、制造工藝、過程質檢、出廠負載試驗階段建立有明確的管控點和處理方案，所出廠的設備都是經過層層質量把控的，設備往往能夠長期穩(wěn)定運行。

低能耗優(yōu)勢

高端中頻爐的核心特點為低能耗。按照工件溫度加熱至1150℃計算，普通中頻設備的平均能耗約為500kW·h/t，而高端中頻爐的能耗可以控制在400kW·h/t以內；根據工件長度、直徑等不同參數，中頻感應加熱設備能耗性能表現不一。因為感應加熱集膚效應特點，中頻感應加熱的最佳加熱直徑為45～110mm。其中，以直徑55～80mm的工件加熱效果最佳，在此區(qū)間內，普通中頻爐的能耗約為450kW·h/t，而高端中頻爐的能耗可以控制在350kW·h/t以內。圖1為普通品牌和高端品牌的中頻爐的能耗曲線對比。

圖1 中頻感應加熱爐的能耗曲線

當加熱工件的長度為直徑的1～3倍時，所匹配的感應器功率密度更大，能耗相對會更低；工件直徑低于40mm或者大于120mm時，能耗值會相應上升，需要科學合理的中頻爐設計才能夠保證能耗值不會差距太大；當工件直徑低于15mm時，中頻感應加熱的優(yōu)勢基本消失，能耗顯著上升，需要匹配頻率更高的超音頻設備；當工件直徑大于180mm時，芯表溫差問題將會比較突出，為了降低芯表溫差，勢必要增加加熱時間，能耗相對上升，因此，超小直徑或者超大直徑的工件在中頻感應加熱領域屬于相對高能耗的產品。

加熱均勻性

高端中頻爐的顯著特性是加熱性能的穩(wěn)定性，主要包含表面溫差、軸向溫差、芯表溫差。加熱均勻性是否能夠保證與中頻爐的功率和頻率設計、感應器負載設計、工件加熱過程的傳動方式密切相關。

一般來講，中頻爐的供貨商會根據用戶提供的工件尺寸（包含直徑和長度）、加熱節(jié)拍、加熱溫度來確定成套設備的功率和頻率，設計合理的感應器負載，并匹配合適的機械傳動方式。工件直徑決定了頻率設計，加熱節(jié)拍決定了設備功率，而上述兩項共同影響感應器負載設計和機械傳動方式。

對圓棒料加熱均勻性的控制較為容易，一般表面溫差可以控制在35℃以內，軸向溫差控制在10℃以內，心表溫差與加熱工件直徑密切相關，加熱直徑越大，心表溫差越大；薄板材、不規(guī)則件和帶孔工件的加熱均勻性控制較難，因為中頻感應加熱的特點，這些工件在加熱過程中會有較高的溫度偏差，因此需要設備供貨商擁有更強的設計和制造水平，高端中頻爐制造企業(yè)會根據用戶需求結合市場經驗和良好的技術能力妥善解決這些問題。

智能生產

目前，國內高端中頻爐已配置智能工控系統(tǒng)，根據用戶需求實現ERP軟件對接管理、配方菜單工藝模板化管理、手機APP遠程監(jiān)管和電腦上遠程控制等簡單友好的操作。中頻爐的操作管理對于用戶端來講已經越來越簡單易學，鍛造工人不需要繁瑣的培訓即可掌握中頻爐操作技巧。在實際操作中，鍛造企業(yè)可以根據自己對中頻爐的智能化操作界面和智能工控系統(tǒng)提出需求，由中頻爐制造方對智能化功能進行改進。

隨著人工成本的急劇上升和技能型工人的短缺，已經有越來越多的鍛造企業(yè)在逐步實現鍛造自動化。對鍛造環(huán)節(jié)來講，中頻爐的自動化主要包括自動上料、自動送料、自動傳輸和自動出料，作為鍛造自動化的配套機械，穩(wěn)定性要求很高，國內部分供貨商已經具備了供應高度自動化的中頻爐的能力。

結束語

綜上所述，中頻爐作為關鍵的鍛造裝備，已經為越來越多的鍛造企業(yè)所熟知、所認可，并已經成為很多鍛造企業(yè)的鍛前加熱設備首選。中頻爐的性能直接影響到鍛造企業(yè)的生產成本，穩(wěn)定高效的高端中頻爐會幫助鍛造企業(yè)提升成本競爭力和產品競爭力。目前，國內少數供貨商已經掌握了高端中頻爐設計和制造能力，其供應的中頻爐的使用性能真正的達到了國際水平。