中频感应炉保温功率计算
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0195
分别由下式计算而得: P 2 = 4×1×33= 132 ( kW )
t= 132×60 1250= 6. 336 (m in )
%
国产元件及系统 93 96 92 80 89 ≥50
0192
4 熔化炉功率计算
单位重量铁熔炼升温所需电能 Q 的计算: - 5 Q = 22. 893×10 ( Η 2 - 1093133 ) + 012822 ( kW ・h kg ) 式中 Η 2 ——熔炼后铁液温度, ℃
1 无芯感应炉电磁搅拌与功率及频率的关系
感应炉中液态金属的驼峰高度与电磁搅拌能力 成线性关系。 由式 ( 1) 可见, 驼峰高度 h 与加在感应 圈上的功率 P 成正比, 与其频率 f 的平方根成反 比。 所以, 欲提高感应炉的电磁搅拌能力, 不能只靠 提高功率密度来达到; 而在一定功率下选择恰当的 频率, 亦可得到相同的电磁搅拌效果。 驼峰高度 h 与 金属熔液直径 d 之比称之为搅拌率, 故可用 h d 之 值判断感应炉的熔炼质量。 当熔化铁、 钢、 铜及铝时, 其数值依次是 01125 ～ 01250、 01070 ～ 01125、 01050 ～ 01150 及 01100 ～ 01500 时, 熔炼效果最佳。 图 2 为 2t 中频熔炼炉的搅拌率与功率在不同 频率下的线性关系曲线。 在熔炼铁时, 频率 200H z、 功率 1250kW 所产生的搅拌效果, 与频率 600H z、 功 率 2000kW 时搅拌效果相同; 但当同样采用功率 1250kW , 频率 600H z 时的搅拌效果要远比用 200H z 时小。 熔炼铁、 钢及不锈钢时, 所用最佳感应线圈频 率分别是 200H z、 600H z 及 1000H z。 目前, 国内 所 生 产的中频感应熔炼设 备, 其电源频率均为 1000H z, 对于熔炼铁
在无芯感应炉工作时, 感应线圈的磁场和流经 熔化金属的电流两者共同作 用下, 形成了作用于熔体顶 部表面的力。 因张力与重力 方向相反, 故在其顶部形成 如图 1 所示的 “驼峰” 。 驼峰 ( ) 高度 h 用式 1 计算。 h =
7050P
dH G
Θ f 式中 P ——电磁感应圈上
( 1)
图 1 电磁搅拌形成 的驼峰状态
52
断熔炼炉的工作即可满足另一台炉子的升温或保温 操作要求。 只要调整功率旋钮, 就能选择任意功率乃 至全功率值分配给任意一台炉子。 如, 一台炉子满功 率, 另一台炉子则无功率; 或者两台炉子都同时工作 在保温状态或升温状态。 例 4: 用双供电电源同时给两台感应炉供电, 使 保温炉在 1h 之内将 10t 铁液的温度从 1300℃升温
( 3)
熔化 1t 金属所需电能: 铁为 510kW ・h t; 钢为 5 70kW ・h t; 铜为350kW ・h t; 铝为750kW ・h t。
3 金属液保温炉功率计算
1093133 ——铁的熔点温度值, ℃ 012822 ——铁的熔解能, kW ・h kg 例 3: 将 1t 铁在 1h 之内从 20℃并熔炼升温至
ra t ing pow er, pow er and frequency, t ran sfo rm er cap acito r have been clacu la ted fo r a rea sonab le a rangem en t and reduct ion of invest, saving of electvic energy, increa se of effect ivity and p roduc2 t ivity.
主题词: 中频感应熔炼设备 电磁搅拌 搅拌率 电效应 熔解热 双供电电源 随着电力工业及电子技术的发展, 感应加热用 晶闸管中频电源装置的制造技术日趋成熟。 其效率 和可靠性日益提高, 价格和维修费用降低, 促使中频 炉得到很快发展, 在冶金和铸造行业得到广泛应用。 目前国外中频感应炉已基本取代了工频感应炉。 近年来, 我国选用国产或进口中频感应炉用于 金属熔炼或保温的用户与日俱增。 但大多数用户在 选用时, 仅以铸件产量和生产率来确定炉容量, 而忽 略对中频电源功率、 效率、 频率及炉功率等重要参数 的选择, 造成配置不合理、 投资高、 效率低。 现以国产 及国外有代表性几家公司生产的中频感应炉有关参 数为依据, 对其频率选择及参数的计算介绍如下。
23kW 为计算基数, 则所需中频电源的功率为: 进口
双供电电源又称之为双功率电源, 是一种具有 双输出的单一电源, 其电路示意图如图 3 所示。 双供电电源可 以同期、 连续并且其 功率可 以 完 全 控 制 地给两 台 感 应 炉 供 电。操作者可以在一 台炉子 上 进 行 熔 炼 供电的同时, 给另一 台正在 浇 注 的 炉 子 以维持 金 属 液 温 度 的保温 功 率 或 正 在 升温的 炉 子 以 升 温 功率。 这样, 无需中
1300℃, 求选用进口中频熔炼炉的炉功率 P 1、 中频
电源的功率 P 2 及变压器容量 S 。 单位重量铁液升温所需电能 Q 按下式计算: - 5 ( 2) 2- Η 1 ) ( kW ・h kg ) Q = 22. 893×10 ( Η 式中 Η 2 ——升温后铁液温度, ℃ Η 1 ——升温前铁液温度, ℃ 221893 ×10- 5 —— 每 1kg 铁液升温 1℃所需 电能, kW ・h ( ℃・kg ) 例 1: 欲将 10t 铁液在 1h 内从 1300℃升温至
基础理论—— 压铸型铸件顶出机构的可靠性分析 5 1996 中国铸造装备与技术
至 1500℃, 熔炼炉在 1h 内将 1t 废钢从 20℃熔炼升 温至 1300℃。 求所需炉功率 P 1、 中频电源功率 P 2 及 变压器容量 S ; 若选用 2500kW 中频电源时, 其升温 熔炼时间 t 是多少? 解: 依据例 1 及例 3 的计算结果得: P 1 = 458+ 330= 788 ( kW )
P 2 = P 1 Γ= 788 0. 7= 1125 ( kW )
) = 1125 ( 0. 97×0195) S = P 2 ( Γ1 co sΥ = 1221 ( kVA )
t = 1125×60 2500= 27 (m in )
6 炉容量及电源功率的选用
中频保温炉及中频熔炼炉的容量与配用电源的 功率技术规格推荐值如表 2 所列。
图 3 双供电中频电源 电路示意图
单元 P 2 = 23 0. 7= 33 ( kW ) ; 国产单元 P 2 = 23 0. 5 = 46 ( kW ) 。 例 2: 将 4t 铁液在 1h 内升温 100℃, 所需电源 的功率是多少? 若当选用 1250kW 电源时, 其升温的 时间是多少? 解: 采用进口电源单元的功率 P 2 及升温时间 t,
7结束语铸造车间选用中频感应炉实现对金属熔炼或金属液保温时在满足生产需要的前提下先按铸件日产量和单位时间金属液需要量选择好炉容量再按本文介绍的方法选择或确定中频电源的功率额定工作频率及应配备变压器的最小容量等参数
基础理论—— 中频感应熔炼炉与保温炉的电源频率选择及功率计算 5 1996 中国铸造装备与技术
P 2 = P 1 Γ= 330 017= 471 ( kW )
) = 471 ( 0. 97×0195) S = P 2 ( Γ1 co sΥ = 512 (kVA ) 5 用双供电源实现保温与熔炼同时工作功率计算
压器容量 S 。 解: 根据式 ( 2) 计算出 Q 值: - 5 Q = 221893×10 ( 1500- 1300)
2 感应加热熔化炉单元参数
感应加热熔化炉各单元的电效率及系统总效率 值如表 1 所列。
表 1 系统及单元电效率表
单元名称 电源 Γ1 电容器组 Γ2 铜排等 Γ3 感应圈 Γ4 炉体辐射热损失 Γ5 系统总效率 Γ 系统功率因数 co sΥ 进口元件及系统 ≥97 ≥99 ≥95 ≥85 94 ≥70
表 2 炉容量及电源功率值推荐表
炉 容 量
t 1 2 3 4 5 8 10 12 15
中频电源功率 kW 保 温 炉 — —
300 ～ 600 400 ～ 600 600 ～ 1000
熔 炼 炉
500 ～ 750 1000 ～ 1250 1500 ～ 1750 2000 ～ 2500 2500 ～ 3000 4000 5000 6000
热; 如采用提高功率的方法加大搅拌能力时, 过热现 象会更为严重。 在订购国外设备时, 切勿忽视频率参 数的选择, 以防商家通过减少电容器容量和感应圈 圈数的方法提高频率, 以降低设备制造成本。
51
基础理论—— 中频感应熔炼炉与保温炉的电源频率选择及功率计算 5 1996 中国铸造装备与技术
1500℃, 计算需要的炉功率 P 1、 中频电源功率 P 2、 变
解: 已知 Η 2 = 1300℃, 则熔化升温所需电能 Q ( ) 按式 3 计算而得:
Q = 221893×10
- 5
( 1300- 1093133) + 012822
= 0. 3295 (kW ・h kg )
≈ 330 ( kW ) P 1 = 1000×013295 1= 329. 5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中频感应熔炼炉与保温炉的电源频率选择及功率计算
张健林 ( 山东济南市: 250031 山东省机械设计研究院)
摘 要: 选用中频感应熔炼设备, 对不同的金属进行熔炼和金属熔液保温。 通过计算来确定中 频炉用于金属熔炼或熔液保温的功率、 电源功率及频率、 变压器容量等参数, 以求得到合理的配置, 从而达到减少投资、 节约电能、 提高效率和设备生产率的目的。 Zhang J ian l in. Frequency Selection of M ed ium Frequency M elting and Hold ing Furnace and Power Ca lcula tion. In select ion of m ed ium frequency m elt ing and ho ld ing fu rnace p a ram eters a s
压 铸 型 铸 件 顶 出 机 构 的 可 靠 性 分 析
罗 蓬
贵 州 贵 阳 市
5 5 0 0 0 3
摘 要: 根据机械可靠性设计 中的应力2强度干涉理论, 由能量观 点分析了压铸机压铸型铸件顶出机 构工作时的稳定可靠性问题。 主题词: 压铸机 压铸型设计 铸件顶出机构 力学性能分析
1 问题的提出与理论模型的建立
压铸机压铸型铸件顶出机构结 构及其力学模型如图 1 所示。 图中 所示顶杆是一不等直径的细长压 杆, 失稳是其失效的主要形式。 考虑到顶杆的实际约束状况, 由能量守恒的观点导出了临界压力 P C 的表达式: ( 1) P C = P ECR
P EC 为将顶杆简化成为一等直
贵 州 工 学 院
径压杆后, 用 Eu ler 公式计算出的 临界力。该简化压杆直径为 d、 约束 间跨距为 l、 长度系数为 1, 其表达 式为: 2 2 ( 2) P EC = 4Π EJ l
= 01045786 ( kW ・h kg )
已知铁液重 G = 1000kg, 加热时间 t = 1h, 则炉 功率 P 1 = GQ t= 10000×01045786 1 ≈ 458 ( kW ) ①进口中频感应熔炼装置: 电源功率 P 2 = P 1 Γ = 458 0. 7= 654 ( kW ) ; 变压器之容量 S = P 2 ( Γ1 ・ ) = 654 ( 0. 97×0195) = 710 ( kVA ) 。 co sΥ ②国产中频感应熔炼装置: 电源功率 P 2 = 458 015= 916 ( kW ) ; 变压器容量 S = 916 ( 0. 93 ×0192 ) = 1070 ( kVA ) 。 保温炉中频电源功率 P 2 的速算方法: 以 每 吨 铁 液 在 1h 内 升 温 100℃所 需 功 率 为
的功率 d ——金属熔液的直径 H ——感应炉内金属熔液的高度 G ——炉内金属的总重量 Θ ——炉内金属电阻率 f ——感应线圈频率
收稿日期: 1996—04—10
图 2 不同频率下搅拌 率与功率关系
和钢来说, 搅拌能力 较差。 当炉料为冷料 时, 下部炉料先熔化 成铁液, 造成局部电 阻减小, 而功率往这 部分集中致使铁液过
分别由下式计算而得: P 2 = 4×1×33= 132 ( kW )
t= 132×60 1250= 6. 336 (m in )
%
国产元件及系统 93 96 92 80 89 ≥50
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4 熔化炉功率计算
单位重量铁熔炼升温所需电能 Q 的计算: - 5 Q = 22. 893×10 ( Η 2 - 1093133 ) + 012822 ( kW ・h kg ) 式中 Η 2 ——熔炼后铁液温度, ℃
1 无芯感应炉电磁搅拌与功率及频率的关系
感应炉中液态金属的驼峰高度与电磁搅拌能力 成线性关系。 由式 ( 1) 可见, 驼峰高度 h 与加在感应 圈上的功率 P 成正比, 与其频率 f 的平方根成反 比。 所以, 欲提高感应炉的电磁搅拌能力, 不能只靠 提高功率密度来达到; 而在一定功率下选择恰当的 频率, 亦可得到相同的电磁搅拌效果。 驼峰高度 h 与 金属熔液直径 d 之比称之为搅拌率, 故可用 h d 之 值判断感应炉的熔炼质量。 当熔化铁、 钢、 铜及铝时, 其数值依次是 01125 ～ 01250、 01070 ～ 01125、 01050 ～ 01150 及 01100 ～ 01500 时, 熔炼效果最佳。 图 2 为 2t 中频熔炼炉的搅拌率与功率在不同 频率下的线性关系曲线。 在熔炼铁时, 频率 200H z、 功率 1250kW 所产生的搅拌效果, 与频率 600H z、 功 率 2000kW 时搅拌效果相同; 但当同样采用功率 1250kW , 频率 600H z 时的搅拌效果要远比用 200H z 时小。 熔炼铁、 钢及不锈钢时, 所用最佳感应线圈频 率分别是 200H z、 600H z 及 1000H z。 目前, 国内 所 生 产的中频感应熔炼设 备, 其电源频率均为 1000H z, 对于熔炼铁
在无芯感应炉工作时, 感应线圈的磁场和流经 熔化金属的电流两者共同作 用下, 形成了作用于熔体顶 部表面的力。 因张力与重力 方向相反, 故在其顶部形成 如图 1 所示的 “驼峰” 。 驼峰 ( ) 高度 h 用式 1 计算。 h =
7050P
dH G
Θ f 式中 P ——电磁感应圈上
( 1)
图 1 电磁搅拌形成 的驼峰状态
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断熔炼炉的工作即可满足另一台炉子的升温或保温 操作要求。 只要调整功率旋钮, 就能选择任意功率乃 至全功率值分配给任意一台炉子。 如, 一台炉子满功 率, 另一台炉子则无功率; 或者两台炉子都同时工作 在保温状态或升温状态。 例 4: 用双供电电源同时给两台感应炉供电, 使 保温炉在 1h 之内将 10t 铁液的温度从 1300℃升温
( 3)
熔化 1t 金属所需电能: 铁为 510kW ・h t; 钢为 5 70kW ・h t; 铜为350kW ・h t; 铝为750kW ・h t。
3 金属液保温炉功率计算
1093133 ——铁的熔点温度值, ℃ 012822 ——铁的熔解能, kW ・h kg 例 3: 将 1t 铁在 1h 之内从 20℃并熔炼升温至
ra t ing pow er, pow er and frequency, t ran sfo rm er cap acito r have been clacu la ted fo r a rea sonab le a rangem en t and reduct ion of invest, saving of electvic energy, increa se of effect ivity and p roduc2 t ivity.
主题词: 中频感应熔炼设备 电磁搅拌 搅拌率 电效应 熔解热 双供电电源 随着电力工业及电子技术的发展, 感应加热用 晶闸管中频电源装置的制造技术日趋成熟。 其效率 和可靠性日益提高, 价格和维修费用降低, 促使中频 炉得到很快发展, 在冶金和铸造行业得到广泛应用。 目前国外中频感应炉已基本取代了工频感应炉。 近年来, 我国选用国产或进口中频感应炉用于 金属熔炼或保温的用户与日俱增。 但大多数用户在 选用时, 仅以铸件产量和生产率来确定炉容量, 而忽 略对中频电源功率、 效率、 频率及炉功率等重要参数 的选择, 造成配置不合理、 投资高、 效率低。 现以国产 及国外有代表性几家公司生产的中频感应炉有关参 数为依据, 对其频率选择及参数的计算介绍如下。
23kW 为计算基数, 则所需中频电源的功率为: 进口
双供电电源又称之为双功率电源, 是一种具有 双输出的单一电源, 其电路示意图如图 3 所示。 双供电电源可 以同期、 连续并且其 功率可 以 完 全 控 制 地给两 台 感 应 炉 供 电。操作者可以在一 台炉子 上 进 行 熔 炼 供电的同时, 给另一 台正在 浇 注 的 炉 子 以维持 金 属 液 温 度 的保温 功 率 或 正 在 升温的 炉 子 以 升 温 功率。 这样, 无需中
1300℃, 求选用进口中频熔炼炉的炉功率 P 1、 中频
电源的功率 P 2 及变压器容量 S 。 单位重量铁液升温所需电能 Q 按下式计算: - 5 ( 2) 2- Η 1 ) ( kW ・h kg ) Q = 22. 893×10 ( Η 式中 Η 2 ——升温后铁液温度, ℃ Η 1 ——升温前铁液温度, ℃ 221893 ×10- 5 —— 每 1kg 铁液升温 1℃所需 电能, kW ・h ( ℃・kg ) 例 1: 欲将 10t 铁液在 1h 内从 1300℃升温至
基础理论—— 压铸型铸件顶出机构的可靠性分析 5 1996 中国铸造装备与技术
至 1500℃, 熔炼炉在 1h 内将 1t 废钢从 20℃熔炼升 温至 1300℃。 求所需炉功率 P 1、 中频电源功率 P 2 及 变压器容量 S ; 若选用 2500kW 中频电源时, 其升温 熔炼时间 t 是多少? 解: 依据例 1 及例 3 的计算结果得: P 1 = 458+ 330= 788 ( kW )
P 2 = P 1 Γ= 788 0. 7= 1125 ( kW )
) = 1125 ( 0. 97×0195) S = P 2 ( Γ1 co sΥ = 1221 ( kVA )
t = 1125×60 2500= 27 (m in )
6 炉容量及电源功率的选用
中频保温炉及中频熔炼炉的容量与配用电源的 功率技术规格推荐值如表 2 所列。
图 3 双供电中频电源 电路示意图
单元 P 2 = 23 0. 7= 33 ( kW ) ; 国产单元 P 2 = 23 0. 5 = 46 ( kW ) 。 例 2: 将 4t 铁液在 1h 内升温 100℃, 所需电源 的功率是多少? 若当选用 1250kW 电源时, 其升温的 时间是多少? 解: 采用进口电源单元的功率 P 2 及升温时间 t,
7结束语铸造车间选用中频感应炉实现对金属熔炼或金属液保温时在满足生产需要的前提下先按铸件日产量和单位时间金属液需要量选择好炉容量再按本文介绍的方法选择或确定中频电源的功率额定工作频率及应配备变压器的最小容量等参数
基础理论—— 中频感应熔炼炉与保温炉的电源频率选择及功率计算 5 1996 中国铸造装备与技术
P 2 = P 1 Γ= 330 017= 471 ( kW )
) = 471 ( 0. 97×0195) S = P 2 ( Γ1 co sΥ = 512 (kVA ) 5 用双供电源实现保温与熔炼同时工作功率计算
压器容量 S 。 解: 根据式 ( 2) 计算出 Q 值: - 5 Q = 221893×10 ( 1500- 1300)
2 感应加热熔化炉单元参数
感应加热熔化炉各单元的电效率及系统总效率 值如表 1 所列。
表 1 系统及单元电效率表
单元名称 电源 Γ1 电容器组 Γ2 铜排等 Γ3 感应圈 Γ4 炉体辐射热损失 Γ5 系统总效率 Γ 系统功率因数 co sΥ 进口元件及系统 ≥97 ≥99 ≥95 ≥85 94 ≥70
表 2 炉容量及电源功率值推荐表
炉 容 量
t 1 2 3 4 5 8 10 12 15
中频电源功率 kW 保 温 炉 — —
300 ～ 600 400 ～ 600 600 ～ 1000
熔 炼 炉
500 ～ 750 1000 ～ 1250 1500 ～ 1750 2000 ～ 2500 2500 ～ 3000 4000 5000 6000
热; 如采用提高功率的方法加大搅拌能力时, 过热现 象会更为严重。 在订购国外设备时, 切勿忽视频率参 数的选择, 以防商家通过减少电容器容量和感应圈 圈数的方法提高频率, 以降低设备制造成本。
51
基础理论—— 中频感应熔炼炉与保温炉的电源频率选择及功率计算 5 1996 中国铸造装备与技术
1500℃, 计算需要的炉功率 P 1、 中频电源功率 P 2、 变
解: 已知 Η 2 = 1300℃, 则熔化升温所需电能 Q ( ) 按式 3 计算而得:
Q = 221893×10
- 5
( 1300- 1093133) + 012822
= 0. 3295 (kW ・h kg )
≈ 330 ( kW ) P 1 = 1000×013295 1= 329. 5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中频感应熔炼炉与保温炉的电源频率选择及功率计算
张健林 ( 山东济南市: 250031 山东省机械设计研究院)
摘 要: 选用中频感应熔炼设备, 对不同的金属进行熔炼和金属熔液保温。 通过计算来确定中 频炉用于金属熔炼或熔液保温的功率、 电源功率及频率、 变压器容量等参数, 以求得到合理的配置, 从而达到减少投资、 节约电能、 提高效率和设备生产率的目的。 Zhang J ian l in. Frequency Selection of M ed ium Frequency M elting and Hold ing Furnace and Power Ca lcula tion. In select ion of m ed ium frequency m elt ing and ho ld ing fu rnace p a ram eters a s
压 铸 型 铸 件 顶 出 机 构 的 可 靠 性 分 析
罗 蓬
贵 州 贵 阳 市
5 5 0 0 0 3
摘 要: 根据机械可靠性设计 中的应力2强度干涉理论, 由能量观 点分析了压铸机压铸型铸件顶出机 构工作时的稳定可靠性问题。 主题词: 压铸机 压铸型设计 铸件顶出机构 力学性能分析
1 问题的提出与理论模型的建立
压铸机压铸型铸件顶出机构结 构及其力学模型如图 1 所示。 图中 所示顶杆是一不等直径的细长压 杆, 失稳是其失效的主要形式。 考虑到顶杆的实际约束状况, 由能量守恒的观点导出了临界压力 P C 的表达式: ( 1) P C = P ECR
P EC 为将顶杆简化成为一等直
贵 州 工 学 院
径压杆后, 用 Eu ler 公式计算出的 临界力。该简化压杆直径为 d、 约束 间跨距为 l、 长度系数为 1, 其表达 式为: 2 2 ( 2) P EC = 4Π EJ l
= 01045786 ( kW ・h kg )
已知铁液重 G = 1000kg, 加热时间 t = 1h, 则炉 功率 P 1 = GQ t= 10000×01045786 1 ≈ 458 ( kW ) ①进口中频感应熔炼装置: 电源功率 P 2 = P 1 Γ = 458 0. 7= 654 ( kW ) ; 变压器之容量 S = P 2 ( Γ1 ・ ) = 654 ( 0. 97×0195) = 710 ( kVA ) 。 co sΥ ②国产中频感应熔炼装置: 电源功率 P 2 = 458 015= 916 ( kW ) ; 变压器容量 S = 916 ( 0. 93 ×0192 ) = 1070 ( kVA ) 。 保温炉中频电源功率 P 2 的速算方法: 以 每 吨 铁 液 在 1h 内 升 温 100℃所 需 功 率 为
的功率 d ——金属熔液的直径 H ——感应炉内金属熔液的高度 G ——炉内金属的总重量 Θ ——炉内金属电阻率 f ——感应线圈频率
收稿日期: 1996—04—10
图 2 不同频率下搅拌 率与功率关系
和钢来说, 搅拌能力 较差。 当炉料为冷料 时, 下部炉料先熔化 成铁液, 造成局部电 阻减小, 而功率往这 部分集中致使铁液过