中频感应炉(设备篇)

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3 中频感应炉的工作原理
加热电源向感应圈通入交变电流而产生同频率的交流磁 通,在感应圈内的炉料产生感应电动势,使炉料发热, 按此原理进行的加热称为感应加热。 为了将炉料加热到一定温度使之熔化,要求炉料中的感 应电动势e尽可能地大。这有两条途径:增大通过线圈的 电流I或提高电源频率 f。在感应炉中,采用较高频率的 电源,则磁场就较强,在同一金属内所产生的功率密度 就较大,炉料受热速度较快。感应电流及炉料发热量的 大小,不仅与炉料的外形有关,还与材料有关,与金属炉 料的电阻率、磁导率有关。
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A 坩埚打制前的准备
(3)坩埚模wk.baidu.com作时应注意的有关事项 坩埚模决定了坩埚(炉膛)的尺寸,因而直接影响着坩埚的使用 状况。若坩埚模圆度在增祸打制时发生变形,不仅不易取出, 而且会造成炉衬各处厚度不均,从而影响坩埚使用寿命。如 坩埚模尺寸设计过小,则造成炉衬厚度过大,坩埚厚层内的 磁力线起不到感应加热的作用,降低设备的电效率及功率因 数值。若坩埚模尺寸设计过大,则炉衬厚度不足,会造成坩 埚散热严重,经受冲击的能力降低,缩短坩埚使用寿命。因 此,坩埚模在制作时,除了要具有准确的儿何尺寸,还应有 较好的几何形状及外壳强度。为方便起模,坩埚模应具有一 定的锥度,其外表面要无锈、光滑,焊接处要尽量磨光。为 便于烘炉时坩埚内气体的排出,允许在金属模上均匀地钻一 些φ3~φ5mm的出气孔,但不得影响其强度。
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2 中频感应炉的电源装置
可控硅中频电源 可控硅中频电源(晶闸管变频器电源)是近年来随着电 力电子技术的发展而发展起来的新型感应炉电源装置。 1966年瑞士制造出第一台可控硅中频电源设备。我国于 1971年制造出可控硅中频电源设备,此后逐渐形成系列, 并逐步取代了中频发电机组。 由可控硅中频电源供电的感应炉主电路如下图所示。由 于可控硅中频电源克服了中频发电机组的一系列缺点, 因此得到了广泛的应用。但使用中必须注意它的过载能 力较差的弱点。
2.0%(砂料重的百分比)。硼酸的化学成分及粒度要求
见表2。
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B 坩埚用材料
(2)碱性耐火材料坩埚
碱性耐火材料坩埚适合冶炼铸铁、碳钢和各种合金钢。
主要化学成分为镁砂。镁砂分冶金镁砂与电熔镁砂二种。 表3列出了几种常用碱性坩埚材料的组成。要注意的是, 在使用冶金镁砂时,应先经过磁选,消除其中的含铁杂 质,保证钳竭的绝缘性能。冶金镁砂的化学成分见表4,
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3 中频感应炉的工作原理
在冶炼过程中,可以看到熔化了的金属液在坩埚的中心部 分向上隆起(“驼峰”现象), 上下翻腾。这是因为在金 属液中被感应生成的涡流的方向与感应圈中通过的电流方 向正好相反,因此在它们之间产生了互相排斥的作用;另 一方面,可以设想把坩埚内的外围金属柱分成一系列平行 于感应圈的“圆环”,因为它们之间感应电流方向相同, 这些“圆环”之间将互相吸引,造成外围液体金属柱力图 压缩。这样,使熔化了的金属液被推向坩埚中心,引起搅 拌。电磁搅拌作用有利于夹杂、气体的排除及温度、合金 成分的均匀化,但使金属液中部突起,必须增加渣量才能 覆盖熔池,而渣量增加对炉衬寿命是不利的,因为当猛烈 搅拌时,一部分炉渣可能被带入金属熔池,使金属加渣, 此外还会增强金属液对坩埚壁的机械冲刷。
高频感应炉:所用电源的频率在10000Hz以上,最高达1MHz。 高频感应炉需要变频设备。高频感应炉的容量因受电源功率 的限制,一般在100kg以下。高频感应炉主要用于实验室进行 科学研究。高频电源设备可以配置淬火设备,用于热处理部 门进行机械零件的表面淬火。
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一、概述
中频感应炉的设备可分为机械设备和电气设备两大部分。
感应炉的炉体结构图
1. 感应器
2. 坩埚
3. 转动轴 4. 炉架
5. 电源线
6. 倾炉液压缸 采用单缸或双缸 液压系统倾炉是 应用最广泛的方 法。它具有操作 平稳,结构紧凑 等优点。
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2 中频感应炉的电源装置
中频感应炉的电源装置主要有中频发电机组、可控硅中频 电源和倍频器三种。 中频发电机组 中频发电机组是较早采用的中频感应炉电源装置,在60年 代以前居感应炉电源的统治地位。它是由电动机拖动中频 发电机发出中频电源的,其原动机就是普通的交流或直流 电动机。中频发电机又分为普通中频发电机和感应式中频 发电机两类。普通中频发电机的输出频率低于500Hz,而感 应式中频发电机的输出频率最高可达10kHz,故感应式发电 机应用较普遍。 中频发电机组供电的感应炉的主电路如下图所示。主电路 包括断路器、中频发电机组、电容器及感应器线圈等。
是50Hz)。在其次级线圈即可得到三倍于工频电流的中频
电源。
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2 中频感应炉的电源装置
由三倍频器供电的感应炉主电路见下图。三倍频器的主要设备是 一个与饱和电抗器形状相似的变压器。接线方式有两种(如图 示)。大功率的三倍频器多采用图中a的接线方式。变压器的铁 芯工作在饱和状态,当外施三相正弦交流电压时,变压器线圈中 的会发生畸变,除基波外尚有显著的3次谐波,三相中3个3次谐 波电流方向相同,大小相等,在变压器次级绕组中也感应出谐波 电势。由于相位相同,3次谐波振动最大,而所含的奇次谐波很 弱。这样负载中通过的主要是3次谐波电流。 三倍频变压器的铁芯应使用低损耗的硅钢片来制作,在理想的条 件下,三倍频电源装置的效率可达90%以上。轻载时效率很低。 三倍频电源装置优点:是一种静止的电源装置,噪声和振动小, 过载能力大,电气系统简单,造价低,维护方便。
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A 坩埚打制前的准备
(4)隔热绝缘层 隔热绝缘层是坩埚炉与感应圈内壁之间的填充层, 用以提高感应圈的耐压性能,减少炉子的热损失通常用
做填充层材料的有云母纸、石棉布、石棉板和玻璃丝布
等。
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B 坩埚用材料
感应炉坩埚要求有下列特点: (1)较高的耐火度。炼钢坩埚要求有1700℃。 (2)稳定的物化性质。要求坩埚制品耐熔渣和钢液浸蚀; (3)有良好的抗热震性及高温强度; (4)有一定的绝缘性能; (5)较小的导热性; (6)成本低,无污染。 常用的制造坩埚的耐火材料有镁砂,镁铝尖晶石和石英砂 3种。其中,镁砂可分为普通烧结镁砂、热选镁砂(优质烧 结镁砂)、海水镁砂和电熔镁砂。常用的添加剂是硼酸 (H3BO3),其作用是降低砂料的烧结温度,促进镁铝尖 晶石的合成,并且改变坩埚的体积变化率。
高铝矾土熟料技术条件见表7。
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制作碱性坩埚所用的粘结剂有硼酸、水玻璃等,其加入
量见表5。
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B 坩埚用材料
(3)中性耐火材料坩埚 中性耐火材料坩埚适用于生产铸铁、碳钢和各种合金钢。 主要成分为高铝矾土熟料。生产中采用特级或一级高铝
矾土熟料。表6列出了几种常用中性坩埚材料的颗度组成。
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B 坩埚用材料
根据打结坩埚用耐火材料的性质,分酸性、碱性和中性
三种坩埚用耐火材料。
(1)酸性耐火材料 坩埚由于其主要化学成分为硅砂,所以不适合冶炼高锰 钢、含铝及含钦的钢种。表l列出了常用酸性坩埚材料配 比。制作酸性坩埚采用硼酸作粘结剂,加入量为1.7%~
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3 中频感应炉的工作原理
感应炉类似1台空气芯(没有铁芯)的变压器,感应圈相当 于变压器的主线圈,坩埚中的炉料相当于变压器的副线 圈,但这个副线圈只有一圈而且是闭合的。当感应圈接 通交流电源时,在感应圈中间产生交变磁场,交变磁场 切割坩埚中的金属炉料,在炉料中产生感应电路,所以 在炉料中同时产生了感应电流—“涡流”,炉料就是靠 “涡流”加热和熔化的。感应炉熔炼是根据电磁感应原 理,靠感应圈把电能传递给要熔炼的金属,在金属内部将 电能转变为热能,以达到熔炼目的。感应圈与熔炼的金 属不是直接接触的,电能是通过电磁感应传递的,这就 是感应炉与电弧炉等其它电炉在作用原理上的不同之处。
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二、中频感应电炉的筑炉技术
中频感应电炉的坩埚是在一系列物理、 化学作用条件下进行工作的。在工作 过程中,它要承受熔炼过程中的高温 作用;加料时,金属炉料对其的冲击; 炉渣的化学侵蚀以及间断生产时所产 生的急冷急热的温度变化等。使用中 坩埚因裂纹、局部侵蚀和局部剥落等 因素而造成损坏,甚至引起“穿炉”。 所以,坩埚质量(包括坩埚打制的质量 和使用过程中的维护质量)的好坏将直 接影响生产的顺利进行。
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2 中频感应炉的电源装置
倍频器
倍额器于20世纪初在国外出现,直到50年代才应用于感
应炉上。倍额器是适合于大型感应炉的电源,容量大、 效率高、制造简便,国际上仍有广泛应用。 倍频器实质上是一个结构特殊的倍频变压器,常见的是 三倍频变压器,在其初级线圈中通入工频电流(我国工频
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1 中频感应炉的组成
感应炉的构造见图1,用 铜管单层卷制成感应线 圈,而在水冷感应线圈 内有耐火材料打结的坩 埚用以容纳熔炼金属。 感应炉通常由4部分组成: 电源、炉体(主要是感应 圈以及感应圈内用耐火 材料制备的坩埚)、电容 器组(用来提高功率因数)、 控制和操作系统。
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机械设备包括炉体、倾炉装置及水冷系统。电气设备包
括中频电源、补偿电容器组及电气控制保护系统。中频 电源是中频感应炉的关键设备,为了提高电气设备的利 用率,通常一套电源设备配置两台炉体,一台炉体生产 使用,另一台炉体备用。当一台炉体的坩埚用坏了需要
拆换时,电气设备可以接到另一台坩埚已制作好的炉体
上,继续工作。炉体轮换工作,而电气设备不停歇。
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1 坩埚的打制技术
A 坩埚打制前的准备
(1)打制工具(见图l)
①捣固锤。由钢板与圆钢焊成,用来打结炉底和炉壁。捣固锤的 锤头根据捣打坩埚不同位置而制成相应的形状,如图la所示为 打结炉底用捣固锤,图1b为打结炉壁用捣固锤。 ②捣固叉。见图1c,其作用是用来划毛已捣固好的打结表面,使 后续打炉料和已捣固好的打结表面在打结时能紧密结合。捣 固叉由圆钢焊接制成,制作时,齿头不应太尖利,以免划破、 损坏石棉布等绝缘隔热材料,造成打炉材料在坩埚打制或使 用中的泄漏。此外,为方便使用,叉头最好具有一定的随形 弧度,以便划毛坩埚模边缘的炉衬。
中频感应电炉
(设备篇)
•概述(感应炉组成、电源装置、工作原理)
•中频感应电炉的筑炉技术
一、概述
工频感应炉:是以工业频率的电流(50Hz或60Hz)作为电源 的感应炉。我国采用50Hz的电源。工频感应炉不需要变频设 备。工频感应炉主要用于铸铁的熔炼,此外还可用为保温炉 使用。 中频感应炉:所用电源频率在150~10000Hz范围内,其常用 频率在150~2500Hz范围内。中频感应炉需要变频设备。中频 感应炉广泛地用于钢与合金的生产部门,而且在铸造部门也 得到了广泛的应用。
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A 坩埚打制前的准备
(2)坩埚模 坩埚模(见图2)用于打结时形成坩埚 (炉膛)的尺寸。根据其制作材料的不同,分为金属模与 石墨模二种。 ①金属模。金属模由钢板卷制焊成或铸造而成。一般做 成中空的,根据使用状况,又分为一次性金属模(即炉子 打结完毕,坩埚模不必从炉膛中起出,随同炉料一起熔化 掉)与永久性金属模(即每次炉子打结完毕,将柑祸模从 炉中取出,反复使用)。 ②石墨模。石墨模由石墨电极加工而成。主要是利用石 墨模在烘烤、烧结过程中的感应加热作用,充分烧结坩埚。 但由于其不易取出,一般不使用。
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