열간 압연을 위한 인덕션 가열: 공정 설계 및 장비 선택

열진 압연 공장이 생산하며 500,000 연간 톤이 대략 손실됩니다. 7,500 부터 15,000 강철 톤 스케일 첫 번째 환원 통과 전 — 구매한 금속, 가열하고, 그리고 결코 제품으로 바뀌지 않았습니다. 유도열간압연 그 숫자를 아래에 떨어뜨려요 0.5%. 시동은 반 교대 대신 1분 이내에 소요된다. 에너지는 작업물에 들어가고, 버스 크기의 용광로 공동을 가열하는 데 쓰이지 않는다.

롤링 라인에 유도를 장착하면 재료 등급이 일치한다, 단면, 라인 속도, 그리고 히터 출구뿐만 아니라 밀 입구에서 일정한 온도를 유지하는 가열 시스템에 대한 온도 측정. 이 가이드는 가열 압연 공정에서 유도가 어디에 위치하는지, 가열 품질을 제어하는 요소, 공급자가 시스템을 올바르게 크기 조정하기 위해 필요한 것.

1. 열간 압연에 유도가 적합한 곳	2. 가열 품질을 제어하는 ​​4가지 변수
3. 인덕션이 성공할 때와 실패할 때	4. 시스템을 지정하는 방법

1. 열간 압연에 유도가 적합한 곳

• 유도열간압연 용도 전자기 유도 빌렛을 가열하기 위해, 바, 막대, 또는 롤링 스탠드에 들어가기 전에 스트립. 열은 금속 내부에서 발생하며 불꽃이나 용광로 분위기에서 전달되지 않습니다.. 이러한 차이는 시작 시간의 모든 실질적인 차이를 가져옵니다., 온도 제어, 스케일 형성, 에너지 소비.

인덕션은 열간 압연 라인에서 세 가지 별개의 역할을 수행할 수 있습니다.. 어떤 것이 적합한지는 기존 장비에 따라 다릅니다., 제품군, 공장에 실제로 필요한 온도 제어.

• 1차 가열 - 용광로 전체 교체. 짧은 빌렛, 바엔드, 링 블랭크, 패스너 재고, 작은 프로필이 자연스러운 후보자입니다.. 시스템은 롤링이 필요한 길이만 가열합니다.. A 300 3미터 바의 mm 영역에는 1100°C에서 전체 스톡이 필요하지 않습니다..

속도가 이것이 작동하는 또 다른 이유입니다.. 저온 유도 시스템은 최대 생산 능력에 도달합니다. 60 몇 초. A 가스 연소로 필요 10 부터 16 냉가에서 충전 준비 온도까지의 시간. 많은 제분소가 월요일 재가동을 피하기 위해 주말 내내 700°C로 가동 상태를 유지한다. 유도는 유휴 연료 비용과 그에 따른 가스 요금을 없애준다.

• 부스터 가열은 난로 후 온도 제어를 강화한다. 이미 난로를 가동했지만 출구 온도를 유지하지 못하거나 이송 중 열을 너무 많이 잃는 공장은 온도 조절 스테이션으로서 인덕션을 가장 많이 활용하는 경우가 많습니다. 용광로는 대량 가열을 담당한다. 유도, 용광로 배출구와 첫 번째 압연 스탠드 사이에 배치됨, 재료가 배출되는 불균형과 이송 시간으로 손실된 마지막 50°C~100°C를 올려줌. 용광로 교체 없음. 라인 재설계 없음. 압연 제품에 영향을 미치는 유일한 지점인 밀 입구에서만 더 엄격한 온도 제어.
• 국부 가열 — 가공되는 구역만 가열. 업셋 단조용 샤프트 끝. 감소용 튜브 끝. 헤딩용 봉 끝. 이 공정들은 한 구간에서만 열이 필요하며, 인접한 구역들은 이미 열처리되었거나 마감 가공된 상태일 수 있으므로, 냉각 상태를 유지해야 한다. 유도는 코일 형상을 통해 특정 영역에 에너지를 집중시킨다. 용광로가 부품 전체를 가열한다. 이러한 용도에서는, 유도가 유일한 실용적 선택.

2. 가열 품질을 제어하는 ​​4가지 변수

재료 등급. 탄소 및 저합금강은 큐리점 이하에서 효율적으로 가열한다 퀴리점 철은 대략 770°C. 큐리 이상에서는 강철이 비자성이 된다, 결합 거동이 변한다. 동일 전력 700°C에서 균일한 가열을 제공하는 설정은 900°C에서 표면을 과열시킬 수 있다.

탄소 및 저합금강의 열간 압연은 1050°C에서 1180°C까지 목표 — 완전히 비자성 영역. 가열 시스템은 작동하는 환경에 맞게 설계되어야 한다, 시작 지점이 아니다. 탄소 등급이 높은 등급 (~ 위에 1.0% 기음) 낮은 상한층, 보통 약 1050°C. 탄소 함량이 증가할수록 과열 위험이 급격히 증가.

비철금속 — 구리, 황동, 알루미늄 — 다양한 메커니즘에 의한 가열. 낮은 전기 저항은 동일한 주파수에서 강철에 비해 전류 침투가 더 얕게 발생한다. 실용적인 가열 속도에 도달하기 위해 종종 더 높은 주파수나 다른 코일 형상이 요구된다. 이러한 재료에 대한 장비 선택 전에 응용 테스트를 수행하는 것이 표준 관행이다.

단면과 주파수. 주파수는 유도 전류가 전도에 의해 지배되기 전에 표면 아래로 얼마나 깊이 침투하는지를 제어한다. 압연 전에 전체 가열을 위해, 기준 깊이를 바 직경 또는 빌릿 두께의 약 4분의 1에 위치시키기.

바 / 빌렛 직경	권장 주파수
16–40 mm	10–50 kHz
40–60 mm	3–10 kHz
60–80 mm	2–4 kHz
80–100 mm	1–2 kHz
100–120 mm	~1 kHz
오버 200 mm	아래 500 Hz

단면적에 비해 주파수가 너무 높아져 표면이 압연 온도에 도달하고 코어가 80°C에서 120°C 뒤에 위치할 때. 밀 안에서, 증상은 1차 통과 하중 증가, 불규칙한 퍼짐, 때로는 차가운 내부에서 가장자리 균열. 작은 출력은 상황을 악화시킨다 — 작업자는 이를 보완하기 위해 라인 속도를 늦춘다, 그에 따라 처리량도 감소한다.

라인 속도와 체류 시간. 코일 내부 체류 시간 — 워크피스가 에너지를 흡수하는 시간(초) — 코일 길이를 라인 속도로 나눈 값과 같다. 2미터 코일이 3 m/s라면 한번 통과당 약 0.67 초간 가열된다. 이는 800°C의 온도 상승을 달성하기에는 많은 시간이 아니다.

밀이 가변 속도로 작동할 경우 — 다른 제품, 다양한 감축 — 주류 시간이 계속 변함. 가변 속도 밀의 오픈 루프 전원은 온도 드리프트를 보장합니다. 유도 시스템은 폐쇄 루프 제어가 필요: 코일 출구의 열량계가 전원 공급 원으로 피드백을 받아야 한다, 라인이 가속할 때 설정값 유지, 감속, 일시정지. 제어 루프는 반응 속도 이내 200 밀리초 이내. 그보다 느리게, 시스템이 온도를 유지하기보다는 추적.

온도 측정. 피로미터 열간 롤링에서 비접촉 온도 측정의 표준 도구. 또한 유도 라인에서 가장 큰 시스템 오차 원인.

스케일 형성은 방사율을 이동시키며 - 갓 스케일링된 빌렛은 산화된 빌릿과 다르게 측정된다 20 공기 중 몇 초. 증기 냉각수, 롤 윤활에서 나오는 연기, 각 주입 오류에 따른 뜨거운 주변 반사. 증기를 통해 조준하거나 잘못된 각도로 조준한 파이로미터는 실제 온도에서 30°C를 측정할 수 있다.

실용적인 해결책: 두 개의 측정 지점과 추세 추적, 절대값 판독이 아님. 코일 출구와 밀 입구에 하나씩 파이로미터 설치. 센서가 지속적으로 12°C 낮게 읽는 것은 관리 가능 — 제어 루프가 보정함. 렌즈에 스케일이 쌓이면서 오차가 이동하는 센서는 측정하지 않는 것보다 더 나쁨. 제어 시스템이 실제로 도달하지 않은 공작물의 온도를 보정함.

3. 인덕션이 성공할 때와 실패할 때

유도 가열은 몇 가지 특정 상황에서 열간 압연 라인에서 그 자리를 확보함. 그러한 상황 외, 보일러가 단독이거나 유도 부스트와 함께 사용하는 것이 실용적인 선택.

1. 빈번한 시작-중지 및 크기 변경. 즉시 켜기/끄기 기능으로 배치 간 및 교대 변경 시 유휴 연료 소모가 제거됩니다.. 레시피 변경에는 몇 초 밖에 걸리지 않습니다(전력 및 주파수 설정점 조정). 20 부터 30 용광로 구역이 새로운 온도에서 안정화되는 데 걸리는 시간(분). 짧은 캠페인을 운영하거나 교대당 다양한 규모를 운영하는 공장은 여기서 가장 큰 이익을 얻습니다..
2. 규모가 수율에 직접적으로 영향을 미치는 제품. 인덕션은 스케일 손실을 이하로 유지합니다. 0.5%. 연소로는 패한다 1.5% 부터 3% 모든 빌렛의 산화철. 연간 500,000톤 생산 라인, 차이는 대략적으로 5,000 부터 12,500 연간 판매 가능한 강철 톤수 — 구입해서 가열했지만 결코 압연되지 않았던 재료. 고부가가치 합금의 경우, 수치는 유도 방식으로 더 기울어진다. 같은 논리가 적용되는 공정으로는 핫 스탬핑 그리고 커넥팅 로드 단조, 가열 후 표면 상태가 이후 성형 품질에 직접적으로 영향을 미치는 경우.
3. 엄격한 온도 범위. 피로미터 피드백이 있는 폐쇄형 유도 방식은 공작물에서 ±15°C를 유지한다. 정상 상태의 가스 퍼니스는 ±30°C — 속도 변화 시 훨씬 더 나쁠 수 있다, 라인 정지 후, 충전 혼합비가 변할 때. 온도가 게이지 제어에 직접적인 영향을 미치는 롤링 작업, 스트립 프로파일, 기계적 특성, 차가 매 1미터 동안 복합화된다.
4. 부분 가열. 부품의 한 부분만 열이 필요할 때 — 샤프트 끝, 튜브 끝, 바 끝 — 유도만이 나머지 작업물을 과열시키지 않는 유일한 실용적인 방법. 이것은 이분법적 결정이다, 절충안이 아니다.

빌렛 섹션이 대략 초과될 때 퍼니스는 여전히 실용적인 선택입니다. 300 mm - 아래 500 Hz, 유도 전원 공급 장치는 불균형적으로 비싸지고 실제 주파수의 침투 깊이는 여전히 단면의 마지막 부분에 대한 전도에 의존합니다.. 폭넓은 범위에 걸쳐 매일 크기가 변경되는 폭넓은 제품 혼합으로 인해 코일 교체 비용과 복잡성이 추가됩니다.; 인덕션의 속도와 제어로 인한 보상은 툴링 투자와 비교하여 평가되어야 합니다.. 완전히 상각된 용광로를 거의 최대 용량으로 가동하는 공장은 일반적으로 인덕션을 보조 장치로 추가함으로써 기존의 작동 중인 용광로를 제거하는 것보다 더 많은 이익을 얻습니다..

4. 시스템을 지정하는 방법

공급업체가 크기를 결정해야 하는 사항 유도 전원 공급 장치, 코일 설계, 시스템을 기존 공장에 통합:

매개변수	공급업체가 필요로 하는 것
재료	등급과 전체 화학 성분 범위
워크피스	형상, 치수, 치수 공차
시작 온도	주변 온도, 상류에서 예열됨, 또는 용광로 배출에서
목표 온도	롤링 온도 및 단면 전체에 필요한 균일성
생산 속도	kg/시간 또는 개/시간 — 최대 및 평균, 단순 명판 수치가 아님
가열 길이	코일과 가이드가 기존 장비 사이에 맞는 물리적 공간
이송	가열기 출구에서 첫 번째 압연 설비까지 거리와 시간
압연기 제약	허용 최대 온도, 속도 범위, 빌렛 사이 최소 간격
코일 교체	몇 가지 규격, 얼마나 자주, 교체가 얼마나 빨리 이루어져야 하는지
전력 공급	전압, 사용 가능한 kVA, 고조파 왜곡 제한
냉각수	유량, 입구 온도, 수질 — 폐쇄 루프 냉각기가 필요?
자동화	독립형 패널 또는 전체 밀 PLC 통합, 빌렛 수준 데이터 로깅, 품질 추적성

특이한 합금의 경우, 대형 단면, 타이트한 야금 창, 또는 a 1% 스크랩 비율이 상당한 비용을 의미하는 대량 라인, 샘플 테스트 투자. 통제된 조건에서 소량 생산 자재를 가열하면 가열 시간 확인, 전력 수준, 온도 프로필, 규모 조건, 전체 설치 전에 코일 형상을 확인하기. 하루 테스트로 6개월 시운전 과정으로는 해결할 수 없는 문제들을 발견한다.

핵심 내용

유도열간압연 스케일 손실을 1분 이내에 줄이고 0.5%, 1분 이내에 시작하며, 공장 입구에서 ±15°C를 유지한다 — 가변 속도 라인에서 용광로만으로는 맞출 수 없는 수치. 결과를 결정하는 네 가지 변수는 재료 등급, 단면, 주파수, 그리고 열광계와 전원 공급 장치 간의 피드백 루프. 이 네 가지를 하나의 열 시스템으로 설계하라. 그 주변의 나머지 설치 규모를 조정하라.

유도가 재가열 용광로를 완전히 대체할 수 있는가?

부품 단면이 있을 때, 처리량, 온도 요구 사항은 유도 시스템의 전력 및 주파수 성능에 속합니다.. 빌릿과 바는 대략 최대 120 mm 직경은 유일한 열원인 중주파 시스템의 실용적인 천장입니다.. 그 이상, 인덕션은 일반적으로 교체보다는 용광로 예열 후 부스터로 가장 잘 작동합니다..

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열간 압연 강철 빌렛에 적합한 주파수는 무엇입니까??

직경 40–60 mm의 바는 일반적으로 3–10 kHz를 사용. 80–100 mm 바는 1–2 kHz를 사용. 상단 단면 200 mm 아래는 더 낮은 주파수가 필요하다 500 Hz. 목표는 전류 관통 깊이를 직경의 약 4분의 1에 위치시켜 전도가 표면을 과열하지 않고 통과 가열을 완료하도록 하는 것.

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유도 열기 롤링 라인에서 불균일한 가열의 원인?

세 가지 원인이 대부분의 불균일한 가열 문제를 설명한다. 단면적에 맞지 않는 주파수 — 표면이 과열되지만 코어는 차갑게 유지됨, 높은 1차 통과 부하와 일관되지 않은 확산으로 나타남. 폐쇄 루프 전력 보정 없이 라인 속도 변경 — 체류 시간 변동과 온도가 따라감. 열광계 오류 스케일에서, 증기, 또는 잘못된 시야 — 제어 시스템이 공작물이 실제로 도달하지 못한 온도를 추적함. 공정 매개변수를 조정하기 전에, 냉각수 문제를 배제: 유량 낮음, 높은 유입 온도, 또는 부분적으로 막힌 코일 통로가 반복성을 저하시켜 쉽게 놓칠 수 있음.