由于工藝要求的不同，鍛造用感應爐（透熱爐）也有多種多樣的形式，且多為非標產(chǎn)品。其中實心圓柱形爐料，特別是鋼材的加熱所占比重最大，故舉例作為討論的重點。

　　鍛造用感應加熱爐大致分類

　?。?）從加熱方式上分 分為周期式，順序式和連續(xù)式三類：

　?、僦芷谑?。爐中每次放置一根爐料，加熱完成出爐后再放下一個冷料。

　?、陧樞蚴?。爐中同時存在多根爐料，進口端送進一根新料時，出口端給出一個達到溫度要求的熱料，按一定節(jié)拍順序進行加熱。

　?、圻B續(xù)式。爐料按一定速度恒速通過爐子，達到加熱要求。

　?。?）從爐料材質(zhì)上分 分為非磁性材料加熱和磁性材料加熱：

　?、俜谴判圆牧霞訜?，如鋁的擠壓前加熱，銅的鍛前加熱及鋼材經(jīng)燃料爐加熱至居里點以上后的感應加熱等。

　?、诖判圆牧霞訜?，主要為鐵、鎳、鈷為主的合金材料，以鋼的溫度在居里點以下的加熱為常見，如鋼的蘭脆下料，表面防氧化處理，材料及機器零件的感應退火（低溫）和回火等。

　　由磁性到非磁性的整個加熱過程，主要指鋼材從常溫到鍛造溫度或淬火溫度的加熱時，大功率爐分段加熱的低溫段及鋼在采用雙頻加熱時的低溫加熱段（在居里點以下的相對低頻段）等。

　?。?）從爐料形狀上分 分為圓柱形、矩形截面、空心、板、帶材、型材等各種結構和形狀。

　?。?）從爐體結構上分 分為立式爐和臥式爐，立式爐多用于大重型爐料的加熱，一般多為周期式。

　?。?）從電源上分 分為高頻、中頻和工頻加熱，目前以中頻居多。由于電源開發(fā)，頻段增多，為提高加熱的合理性，現(xiàn)在采用雙頻和三頻電源加熱開始得到推廣。

　?。?）從加熱方式可分為常規(guī)加熱（等匝距線圈）和快速加熱（變匝距線圈）。

　　感應透熱爐與火焰爐相比的主要優(yōu)勢

　?。?）節(jié)省能源。一般感應加熱爐的總效率（鋼）多在60%以上，局部加熱時，與其他各爐種加熱相比效果會更加明顯。如20個世紀80年代，某廠較大型曲軸鍛造成形，原用油爐，反復送入爐中整體加熱，后改用感應透熱爐進行各鍛部局部加熱，能耗下降20～30倍。

　?。?）生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好，且均勻一致。感應加熱由于升溫速度快，晶粒細化，氧化脫碳輕，故質(zhì)量好。又因易于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，故產(chǎn)品性能保持一致，重復性好。有一個明顯的例子，在20世紀我國某兵工廠從歐洲某先進國家進口一臺高速精鍛設備，對方建議同時配一臺感應透熱爐，可以一次鍛出成品。我方人員由于技術生疏，認為加熱到千多度的爐子很簡單，為節(jié)省有限的外匯就拒絕了，回國后自已配了一臺火焰爐。結果由于加熱時間太長，氧化燒損嚴重，鍛后不但要經(jīng)過磨削等機加工，還須進行酸洗。增加了材料的預留量、加工工時和生產(chǎn)成本。先進鍛機的能力發(fā)揮不到20%。直到后來認識到問題的關鍵，研發(fā)了相應的感應加熱爐才得以很好的解決。

　?。?）材料予留加工量小，節(jié)省原材料；加熱性能好，可提高模具使用壽命。

　　（4）設備的機械化、自動化水平高，體積小，占地少，故易于上流水線和自動線。

　?。?）為清潔能源，勞動條件好，基本無高溫和少環(huán)境污染。

　?。?）起動，停止快，使用和維護方便。

　　據(jù)一些企業(yè)初步統(tǒng)計，采用感應加熱可以在生產(chǎn)總時間上節(jié)省約70%，氧化皮為火焰爐1/2～1/4，模鍛時模具壽命提高20%，節(jié)省金屬為10％～15%。

　　正確選用和設計、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的感應鍛造爐

　　這當然首先要滿足用戶的生產(chǎn)和工藝要求。主要是生產(chǎn)率，其主要決定于變頻電源的功率，然后是節(jié)能，這取決于電源的頻率和感應器設計的合理性，工藝要求上主要是加熱溫度、溫度分布等，要靠感應器設計阻抗與電源的匹配及機械化、自動化水平等，則要根據(jù)用戶要求進行協(xié)商；其次是產(chǎn)品質(zhì)量要好；設備的技術經(jīng)濟指標先進，如能耗低、材料省、運行費用低、勞動條件好等；設備可靠性要高；使用、維護方便，操作安全可靠。

　　感應透熱爐的主要缺點是通用性差，如果爐料的規(guī)格、尺寸相差懸殊，則需分組設計多臺感應器。為此，對多規(guī)格加熱的爐子往往需要提出代表品種，作為設計和產(chǎn)品驗收的主要依據(jù)。

　?。?）選擇電源的頻率 加熱用頻率合理與否，直接關系到加熱器的電效率和加工工藝質(zhì)量，電源頻率的選用，主要考慮兩個因素。

　　第一、從保證電效率考慮，第二、從提高截面溫度均勻性考慮。

　　由此可看出，進一步降低頻率已不能加深加熱層，反而會影響電效率。進一步均溫只有靠爐料自身的熱傳導。所以0.4R2是在該頻率下的最大加熱深度。

　　在此范圍內(nèi)應向高端選取頻率。當然也應根據(jù)具體情況靈活處理，如在加熱速度較慢（單位功率?。r，可選高一些的頻率，靠傳熱來彌補加熱層淺的不足，對導熱系數(shù)高的材料，也可選用偏高些的頻率等。在用戶經(jīng)濟投資允許時，對較大型透熱爐，可建議采用在技術上更為合理的雙頻或三頻率加熱，即分成低溫段（磁性，低頻），高溫段（非磁性，高頻率）均溫段（也可不用）。

　　（2）確定電源容量 感應器平均加熱功率的估算。一般情況下，取電源功率Py＞Pg，盡量采用標準系列中給定的值，對磁性材料周期式加熱時，如果沒有自動控制功能，為防止加熱初期的峰值，需加大電源容量，使Py≈（1.5~1.7）Pg，非磁性材料周期式加熱時，Py≈（1.05~1.10）Pg即可。這樣，我們知道了電源功率和頻率，就可結合用戶和制造廠的具體條件和需求來合理地選定電源。

　?。?）加熱爐核心部件感應器規(guī)模的確定 求出感應器幾何尺寸，即可大致估計爐體的大小。第一、求感應線圈長度a1。鍛造加熱爐（包括全部透熱爐），當然希望心表溫差△T越小越好。為保證△T所需最短加熱時間tk以便通過該值確定線圈總長度a1（連續(xù)式）或爐內(nèi)裝料數(shù)n（順序式）或爐子臺數(shù)n（周期式）。

　　透熱爐當然希望心表溫差越小越好，但從上面論述已知，感應加熱雖然是自身加熱，但其有效加熱層僅為ξ≤0.4R2，其余部分仍需靠傳熱來均溫，電效率ηd。線圈內(nèi)徑取值的合適，確保了爐子的效率和其工作可靠性。直徑太大，增加了漏磁，會降低電效率；而取得過小，將使爐襯太薄，不但降低其熱效率，也會影響爐襯強度，如間隙太小還會妨礙爐料的運行。原則上存在一個最佳的D1/D2值。

　　從上面討論可知，電效率與兩個因素有關：相對頻率m2和線圈與爐料之間的氣隙，即他們直徑比D1/D2。這從圖1和圖4上可清楚看出，電效率隨頻率急劇上升而提高，經(jīng)過拐點后升速變緩，慢慢趨于極限值。就氣隙而言，當然是氣隙越小，電磁耦合越好，漏磁少而電效率越高。從圖4可看出，當D1/D2由1增大至2時，電效率大約從95%下降至76%。

　?。?）綜合上述兩點，其總效率可定性做出曲線。

　　兩曲線交點即為選定的耐火和保溫材料時取值的最佳點。對主要加熱對象的鋼材鍛造加熱而言，從電熱效率綜合考慮，建議取D1/D2=1.4～1.8，但取D1/D2≈1.2～2.0也可以接受。直徑大時取偏小值，直徑小時取偏大值。如果D2過粗或太細時，有可能超出此范圍。D1的最終確定應以實用為主，應考慮以下諸多因素

　　D1=D2+△D1.1+△D1.2+△D1.3+△D1.4+△D1.5

　　式中△D1.1—爐料在爐中運行時必須的間隙（mm）；

　　△D1.2—爐襯耐火層的厚度（mm）；

　　△D1.3—爐襯保溫層的厚度（mm）；

　　△D1.4—爐料熱膨脹尺寸（mm）；

　　△D1.5—加工公差（mm）。

　　從以上估算中，我們知道了設備所需電源的功率和頻率，也就選定了電源，我們又知道了感應線圈的規(guī)模，考慮其工作高度給出安裝方式和外殼及框架對爐體的用材也基本心中有數(shù)，水冷用水量則可從表1的總效率得知爐子能耗，即需要用水帶走的熱量，從而也可進行初步的估算。

　?。?）爐子的機電成套 我國現(xiàn)有的一些感應電熱設備主要生產(chǎn)廠家，均有根據(jù)用戶工藝需求提供不同技術層次機電配套要求的能力。根據(jù)和用戶商定的機械化、自動化要求，進行與主機連接，本身的上下料機械化和操作系統(tǒng)的自動化，可提出一個技術經(jīng)濟合理的方案，并據(jù)此精心設計和生產(chǎn)出物美價廉，經(jīng)久耐用的產(chǎn)品。

　　幾點補充意見

　?。?）矩形截面爐料的主要公式 第一、選頻公式，第二、功率估算，第三、保證△T的最短加熱時間。碳鋼由常溫加熱至1200～1300℃時，第四、線圈尺寸的確定。線卷內(nèi)腔高度D1。矩形坯料（b2/D2＞1）加熱時，料口高度對電效率影響較小，故可取D1/D2=1.25～3.0。爐料大和加熱溫度低時取偏小值；反之，則取偏大值。當然，也要經(jīng)實用安排和復合方可。其余各點均同于圓柱形爐料。線卷內(nèi)腔寬度b1

　　當b2/D2≤5時，b1=b2+(D1-D2)

　　當b2/D2＞5時，b1=b2+(1.05～1.15)(D1-D2)

　?。?）管材加熱的主要公式 所謂管材，一般指外徑與壁厚之比即D2/d2＞5和d2/△2。第一、選頻公式K2≈f(D2p/a2)，可查相應的曲線，估算時可暫取其值K2≈0.8～0.9，管材加熱存在最佳頻率值：第二、功率估算，其他各項可參考圓柱形爐料加熱。

　?。?）雙頻加熱 隨著半導體變頻電源的發(fā)展和完善及電能的普及，根據(jù)感應加熱對磁性和非磁性材料之不同，采用雙頻電源對鋼件從室溫到鍛造溫度進行分段加熱，得到了推廣。磁性點前采用較低頻率電源，過居里點后改用相對高的頻率進行加熱。其主要優(yōu)點是：①節(jié)電。由于電源頻率配置合理，電源得以充分利用，一般可節(jié)電15%~20%。②省時。單頻加熱時選頻是以熱態(tài)為準選用的，對冷態(tài)來說頻率太高，加熱層淺，給出單位功率相對要小，降低了加熱速度，延長了加熱時間；既增大能耗，又降低了生產(chǎn)率。③產(chǎn)品質(zhì)量好。由于加熱時間縮短，減少了能耗，也減輕了氧化，同時由于頻率合理也保證了低溫差，故能得到好的加熱質(zhì)量。

　?。?）快速加熱（變匝距加熱） 這是利用大溫差時向心部傳熱快的道理，在保證相同溫差下縮短了加熱時間。

　　對周期式加熱，橫坐標可視為加熱時間，對連續(xù)式和順序式則可作為感應線圈的長度。實際上，坯料表面升至終溫，占其總加熱時間10%~30%（或在感應器進口端占其總長度10%~30%），這可使加熱速度提高和均溫時間縮短。這種加熱規(guī)范被稱為（沖擊式）快速加熱。

　?。?）綜合能源加熱 由于各地區(qū)能源條件的不同，必要時應考慮雙能源綜合加熱。如某地區(qū)天然氣豐富，且價格低廉。就可以考慮在700~800℃以下用燃氣爐加熱，后進入快速感應加熱爐。這樣既可在低溫加熱段氧化輕時利用廉價氣源，又可在高溫區(qū)時采用優(yōu)質(zhì)快速感應加熱。在經(jīng)濟和技術雙方面都是合理的。總之，要因地制宜，充分考慮工藝需要，設計和生產(chǎn)物美價廉且經(jīng)濟耐用的感應加熱設備。

　　最后強調(diào)一點，雖然問題很小，卻往往被一些人忽略，造成很大的錯誤。即在運用已有公式計算時，一定注意公式中的物理量必須用加熱溫度段的積分平均值，公式中的單位要弄清楚，代入正確的單位。此資料除鍛造加熱爐外，也適用于其他各種工藝需要的感應透熱爐。

　　用于鍛造液壓機的鍛造加熱爐，其爐型雖然種類很多，但大部分采用的還是臺車式爐。工具操作機大多在國外大，中型鍛造液壓機上配備，也有一些國家在鍛造液壓機上配備了中，小型有軌操作機。