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1、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5ö1996中国铸造装备与技术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。ZhangJianlin.FrequencySelectionofMediumFrequencyMeltingandHoldingFurna
2、ceandPowerCalculation.Inselectionofmediumfrequencymeltingandholdingfurnaceparametersasratingpower,powerandfrequency,transformercapacitorhavebeenclaculatedforareasonablearangementandreductionofinvest,savingofelectvicenergy,increaseofeffectivityandproduc2tivity.主题词:中频感应熔炼设备电磁搅拌
3、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
4、如下。1无芯感应炉电磁搅拌与功率及频率的关系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höd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
5、、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200Hz、功率1250kW所产生的搅拌效果,与频率600Hz、功率2000kW时搅拌效果相同;但当同样采用功率1250kW,频率600Hz时的搅拌效果要远比用200Hz时小。熔炼铁、钢及不锈钢时,所用最佳感应线圈频率分别是200Hz、600Hz及1000Hz。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(1)图1电磁搅拌形成的驼峰状态dH
6、GQf式中P——电磁感应圈上的功率d——金属熔液的直径H——感应炉内金属熔液的高度图2不同频率下搅拌率与功率关系目前,国内所生产的中频感应熔炼设备,其电源频率均为1000Hz,对于熔炼铁和钢来说,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G——炉内金属的总重量Q——炉内金属电阻率f——感应线圈频率收稿日期:1996—04—10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
7、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5ö1996中国铸造装备与技术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%单元名称进口元件及系统国产元件及系统GG≥9793电源1电容器组2≥9996铜排等G≥95923G感应圈G≥85804炉体辐射热损失5194189系统总效率GU≥70≥50系统功率因数cos095092熔化1t金属所需电能:铁为510kW·höt;钢为570kW·höt;铜为350kW·höt;铝为750kW·höt。3金属液保温炉功率计算单
8、位重量铁液升温所需电能Q按下式计算:Q=22.893×10-5(H2-H1)(kW·hökg)(2)式中H2——升温后铁液温度,℃H1—
