感应加热：你想知道却不敢问的一切（2016年10月）

本月问题：我们工厂加工铜合金棒材和坯料。目前一直使用燃气炉对C14500、C44300、C46400、C48500、C64200等材质的坯料进行加热。 坯料/棒材的直径在200-240毫米范围内。我们炉子的最高温度为^860oC，对于这些工序来说已经足够。 然而，随着业务扩展，我们正在加工C71500、C63000等需要^{950°C至1050°C}温度的铜合金。请问能否先使用燃气炉对坯料进行预热，然后通过龙门式输送系统将坯料转移至感应加热炉进行最终加热？

回答：是的，这种方法将有助于降低资本成本，因为您的新感应加热系统只需将坯料平均温度提高不到^200oC。根据所需的生产速度和温度均匀性要求（从表面到核心以及从一端到另一端），您可以使用多台静态感应加热器来达到目标温度。 请注意，如果坯料/棒材的长度存在明显差异，您需要通过采用可调匝数、磁通延伸器及/或磁通集中器来妥善控制电磁端部效应。考虑到坯料的直径，使用低频（50-120 Hz）通常最为合适。 在燃气炉预热和感应系统最终加热后，坯料的运输时间应尽可能缩短。过长的运输时间会破坏在燃气炉中获得的受热均匀性，需要感应加热器进行补偿，并使系统设计变得复杂。

以C71500等铜合金为例，其感应加热面临的挑战与其极低的导热系数有关。 以C71500为例，该合金的导热系数比纯铜低14倍以上，比您目前正在加工的C14500合金低12倍以上。由于热传导不足，表面至核心的热传递将大幅降低，从而导致热均衡效果减弱，热梯度增大。因此，需要足够的时间。

此外，C71500的电导率仅为纯铜的4.6%。这虽然增加了电流穿透深度和电效率，但降低了所需功率：这意味着对于尺寸和生产率相似的坯料，若采用C14500等其他铜合金，其最大所需功率可能会产生误导。 铜合金C71500的电电阻率仅为奥氏体不锈钢的54%左右，其导热系数约为非铁磁性不锈钢的1.6倍。换言之，无论从电磁还是热学角度来看，铜合金C71500对感应加热的响应特性更接近不锈钢，而非铜。

在设计安装于燃气炉后方的感应加热器时，必须考虑新型铜合金的细微特性。应采用计算机数值建模方法，以确定由不同合金制成的工件在感应加热过程中的细微特性。

瓦列里·鲁德涅夫博士，FASM
科技总监
Inductoheat Inc
www.inductoheat.com