1955年，美國(guó)首先將感應(yīng)加熱技術(shù)引入鋼擠壓坯料的加熱工藝中并獲得成功，接著浙江不銹鋼管廠家也于1957年開始采用感應(yīng)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼擠壓坯料的無(wú)氧化加熱工藝。此后，鋼擠壓坯料的感應(yīng)加熱工藝得到快速推廣和迅速發(fā)展。至1964年，應(yīng)用于鋼擠壓坯料加熱的感應(yīng)加熱爐已經(jīng)達(dá)到128臺(tái)。感應(yīng)加熱爐的最大小時(shí)產(chǎn)量達(dá)到了28t/h,坯料的加熱時(shí)間為150s,均熱時(shí)間為30s,可加熱坯料直徑為220~345mm、長(zhǎng)度為200~700mm,感應(yīng)爐的功率為605kW,頻率為50Hz.近年來(lái)在應(yīng)用低頻感應(yīng)電爐來(lái)加熱擠壓坯料方面又取得了巨大進(jìn)展。由于感應(yīng)加熱時(shí)，熱量是在鋼坯內(nèi)部一定的深度產(chǎn)生的，可以很快地改變加熱的條件，適應(yīng)各種產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，因此，對(duì)于經(jīng)常變換產(chǎn)品規(guī)格的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，感應(yīng)加熱似乎是一種最好的方法。
各種金屬材料具有的比較高的電阻系數(shù)，決定了能夠應(yīng)用低頻率感應(yīng)加熱裝置時(shí)，經(jīng)濟(jì)合理地加熱到擠壓溫度的坯料直徑的下限。然而實(shí)際生產(chǎn)表明，這種限制并不重要，因?yàn)楫?dāng)采用更大的擠壓機(jī)時(shí)，將會(huì)使用直徑更大的坯料。在用50r/s的電流加熱不銹鋼坯料時(shí)，線圈效率和電能消耗同鋼坯直徑的關(guān)系如圖8-3所示，可以看出，直徑大于150mm的坯料，采用低頻感應(yīng)加熱是經(jīng)濟(jì)的。
不過(guò)，根據(jù)生產(chǎn)的需要還可以把低頻感應(yīng)加熱進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用到100mm直徑的坯料上。因?yàn)樵谠S多情況下，所擁有的效益要比所增加的加熱費(fèi)用大得多。實(shí)際生產(chǎn)中有一系列的低頻感應(yīng)加熱爐就是在這種條件下進(jìn)行生產(chǎn)的。
近年來(lái)，確實(shí)有一些重要的因素促進(jìn)了感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展，這些因素是：
1. 感應(yīng)加熱的每一支坯料都能準(zhǔn)確地控制加熱溫度，所有的坯料都能被加熱到相同的工藝溫度，從而控制了擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量。
2. 低頻感應(yīng)加熱爐具有最好的條件來(lái)實(shí)現(xiàn)坯料的自動(dòng)運(yùn)送和擠壓機(jī)的半自動(dòng)化或全盤自動(dòng)化操作。
3. 使用感應(yīng)加熱爐時(shí)，鋼坯可以在幾分鐘內(nèi)加熱完畢，并且當(dāng)車間停工或者檢查、更換工具時(shí)，不需開爐或保溫，大大降低了能量和勞動(dòng)力的消耗，電能消耗的多少僅取決于加熱坯料的數(shù)量。
4. 比一般形式加熱爐的維護(hù)費(fèi)用少，更換線圈、耐火襯套和耐熱鋼襯套的時(shí)間少。
5. 操作人員少，占地面積小。
6. 工作強(qiáng)度低，勞動(dòng)條件好。
7. 安排生產(chǎn)時(shí)具有最大的靈活性，既適合于大批量生產(chǎn)，也適合于小批量生產(chǎn)，更換品種僅需幾秒鐘時(shí)間，一個(gè)班更換10多個(gè)品種沒有困難。
8. 特殊材料加熱時(shí)，可以通保護(hù)氣體，進(jìn)行無(wú)氧化加熱。
低頻率感應(yīng)加熱爐也可以帶保護(hù)氣體工作，不過(guò)由于爐內(nèi)空間間隙很小，并且按照在感應(yīng)線圈內(nèi)的加熱條件可以肯定在如此短的加熱時(shí)間內(nèi)，實(shí)際上不銹鋼等坯料并不會(huì)產(chǎn)生氧化鐵皮；準(zhǔn)確的溫度測(cè)量可以減少?gòu)U次品；可以說(shuō)復(fù)雜斷面型材的生產(chǎn)，也首先是采用了感應(yīng)加熱之后才能夠進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的。
一、 坯料感應(yīng)加熱的基礎(chǔ)
坯料進(jìn)入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行加熱時(shí)，首先向感應(yīng)線圈通入交變電流，線圈即產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，處于交變磁場(chǎng)中的坯料則產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流），根據(jù)感應(yīng)加熱時(shí)的電熱轉(zhuǎn)換定律（焦耳一楞茨定律），坯料中的電能按下列公式轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩訜崤髁稀?/span>
Q=12R(J) （8-1)
采用感應(yīng)加熱爐加熱坯料時(shí)的電熱轉(zhuǎn)換效率一般有以下情況：
1. 隨著坯料直徑的增大，電熱轉(zhuǎn)換效率提高，每一度電加熱的坯料產(chǎn)量增加。相反，隨著坯料直徑的減小，電熱轉(zhuǎn)換效率降低，每一度電加熱的坯料產(chǎn)量降低。
2. 當(dāng)坯料的直徑不變時(shí)，頻率增加，熱效率提高。
3. 從坯料感應(yīng)加熱的熱效率考量，有資料推薦不同直徑的坯料的最佳頻率可按表8-12選擇。
在權(quán)衡了熱效率和變頻設(shè)備兩個(gè)因素之后認(rèn)為，坯料直徑中＞150mm時(shí)，采用工頻較為有利。但有的不銹鋼管廠家，如英國(guó)的勞·莫爾公司，甚至對(duì)于直徑為100mm的坯料也采用工頻加熱。根據(jù)尼科波爾南方不銹鋼管廠的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，如果產(chǎn)品大綱中有70%~100%的坯料直徑Φ>125mm,則必須采用工頻感應(yīng)加熱爐。
二、坯料感應(yīng)加熱爐的結(jié)構(gòu)
坯料感應(yīng)加熱爐的結(jié)構(gòu)包括：
1. 線圈組由特殊斷面的紫銅管線（矩形、橢圓形、偏心）繞成，并固定在磁性硅鋼片共軛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，線圈通電后形成閉路磁場(chǎng)，可避免在鋼基礎(chǔ)上形成大的渦流。
2. 為了使沿坯料長(zhǎng)度方向上磁場(chǎng)具有均一性，在線圈的端部設(shè)有附加繞組，作為線圈兩端部的補(bǔ)償線圈。
3. 感應(yīng)線圈是帶有高溫絕緣的單層多匝線圈，在線圈內(nèi)層有一個(gè)用耐熱合金制成的帶有防止冷熱變形的耐熱鋼制襯套；而在耐熱鋼襯套和感應(yīng)線圈之間還有一個(gè)耐火高溫陶瓷襯套，以防止熱量散失、線圈吸熱以及感應(yīng)線圈的絕緣被損壞。
4. 感應(yīng)線圈的頂部是密封的，以減少氧氣的進(jìn)入，或便于輸送惰性氣體，進(jìn)行特殊材料的無(wú)氧化加熱。
5. 感應(yīng)線圈通電工作時(shí)，必須通水冷卻，水壓為304~507kPa(約3~5個(gè)大氣壓）。進(jìn)口水溫度不應(yīng)高于25℃,出口水溫度應(yīng)在60℃以下，應(yīng)是清潔無(wú)雜質(zhì)的水或軟化水，以防線圈冷卻孔堵塞。
6. 在感應(yīng)線圈的線匝間留有坯料的測(cè)量孔和觀察孔，并設(shè)有輻射高溫計(jì)（或光電高溫計(jì)、紅外線測(cè)溫儀）和時(shí)間調(diào)整器，以便測(cè)量坯料溫度和調(diào)整坯料的加熱制度。為了測(cè)量溫度的準(zhǔn)確性，坯料上的測(cè)溫點(diǎn)處通氮?dú)獗Ｗo(hù)，且在坯料進(jìn)爐前，測(cè)溫點(diǎn)不應(yīng)有氧化鐵皮及黏附物。
7. 感應(yīng)線圈沿長(zhǎng)度方向上設(shè)有抽頭，以便按照坯料的長(zhǎng)短調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈的有效長(zhǎng)度。
8. 感應(yīng)加熱爐內(nèi)還設(shè)有滑塊裝置，用于爐內(nèi)坯料放置中心線的調(diào)整。
9. 每一個(gè)感應(yīng)加熱線圈由降壓變壓器和按鈕選擇開關(guān)提供所需的功率。
10. 為了提高功率因數(shù)和調(diào)節(jié)頻率，還設(shè)有電容器組。
11. 也可以用感應(yīng)線圈端部的補(bǔ)償電容，或線圈組電壓的分段控制來(lái)進(jìn)行端部補(bǔ)償，減小坯料的軸向溫差。
圖8-4所示為帶有端部補(bǔ)償電容的立式工頻感應(yīng)加熱爐的電氣原理圖。
近年來(lái)，由于電氣技術(shù)裝備的進(jìn)步和電子控制技術(shù)的發(fā)展，感應(yīng)加熱技術(shù)也有了很大的提高。工頻感應(yīng)加熱爐上也引進(jìn)了許多新的技術(shù)和裝備，使擠壓不銹鋼坯料的感應(yīng)加熱爐和再加熱爐具有更高的現(xiàn)代化技術(shù)水平和裝備水平。
