高壓高真空一體化感應(yīng)熔煉爐

1. 基本原理

是利用中頻感應(yīng)加熱的真空充入氣體壓力的設(shè)備，爐體內(nèi)部設(shè)有一只螺旋形管式線圈，當(dāng)線圈中通以中頻交流電流時(shí)，則產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬爐料在交變磁場(chǎng)作用下，相對(duì)切割磁感線，感應(yīng)出電勢(shì)，產(chǎn)生環(huán)形電流。

這種電流在本身的磁場(chǎng)作用下集中在金屬爐料的表面（集膚效應(yīng)），使外層金屬料具有很高的電流密度，從而產(chǎn)生集中而強(qiáng)大的熱效應(yīng)，以致把金屬爐料加熱或熔化。

1. 設(shè)備用途

高壓/高真空一體化感應(yīng)熔煉爐由于它能嚴(yán)格控制合金成份，同時(shí)，具有電磁攪拌和高真空脫氣的能力，廣泛用于冶金生產(chǎn)廠及有關(guān)材料研究部門。

高壓/高真空一體化感應(yīng)熔煉爐可在高真空條件下或在充保護(hù)氣氛情況下進(jìn)行的熔煉和澆鑄鎳基、鐵基、鈷基及其它高級(jí)精密合金或高純度金屬。若選用石墨坩堝或者用石墨摻耐火粘土的坩堝，則可通過間接加熱的方法熔化低電阻率的金屬及其合金，例如：金、銀、銅、鋁、青銅等。

1. 設(shè)備組成

本套設(shè)備由爐蓋、爐體、中頻電源、感應(yīng)線圈、真空機(jī)組、真空測(cè)量、充氣系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。

• 設(shè)備型號(hào)

本設(shè)備為立式周期式感應(yīng)電爐，具體型號(hào)為IGBT-1500-6

• 主要技術(shù)參數(shù)
  1. 額定發(fā)熱區(qū)：直徑150*高120mm
  2. 設(shè)計(jì)溫度： 1500℃
  3. 工作溫度：1200℃
  4. 工作氣壓：5Mpa
  5. 線圈尺寸：內(nèi)徑400mm 高度230mm
  6. 線圈材質(zhì)：T2銅
  7. 爐體直徑800mm
  8. 額定中頻功率： 50KW
  9. 額定中頻頻率： 2500~4000Hz
  10. 升溫速率：0-100℃/min（跟電源功率大小有關(guān)）
  11. 溫度控制方式：PID溫度閉環(huán)控制 PID表為宇電719P
  12. 中頻電壓：     375V
  13. 極限真空度：  6.7×10^-3Pa
  14. 工作環(huán)境：  真空或者氣氛保護(hù)
  15. 壓升率：       ≤4Pa/h
  16. 冷卻水壓力：   0.25~0.4MPa
  17. 冷卻水耗量：   10m³/h
  18. 水質(zhì)要求：      PH值7.0～8.5，懸浮物固體＜100mg/L，總硬度CaO＜10mg當(dāng)量/L，溶解性固體＜30mg/L，電導(dǎo)率＜500μS/cm
  19. 使用要求：海拔1000M以下、環(huán)境溫度0~45度、濕度15%~45%。?

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 高壓高真空一體化感應(yīng)熔煉爐

• 結(jié)構(gòu)組成

真空熔煉爐主要由爐體、爐蓋、合金加料器、攪拌系統(tǒng)、感應(yīng)線圈、同軸電極、真空系統(tǒng)、坩堝、錠模、真空測(cè)量系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

• 設(shè)備結(jié)構(gòu)特征

1. 爐體

爐體為雙層水冷結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁外采用304材質(zhì)，并經(jīng)仔細(xì)的拋光，表面光滑，有利于縮短抽氣時(shí)間，且便于清潔。中間通水冷卻。爐體設(shè)有真空抽氣接口、同軸電極和進(jìn)電裝置接口。

1. 爐蓋

爐蓋為雙層水冷的結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壁及法蘭為304不銹鋼，厚度8mm，中間通冷卻水。爐蓋上裝有多鏡觀察窗、壓力傳感器、充氣閥門、放氣閥門等。爐蓋由手動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)爐蓋升降，手動(dòng)平移打開。爐蓋上裝的雙層石英隔熱玻璃做成的觀察窗，能觀察到爐內(nèi)的工作情況。觀察窗基座和真空爐爐蓋加有真空插板閥門，需要觀賞時(shí)打開插板閥門，向爐內(nèi)充入正壓時(shí)必須關(guān)閉閥門，防止正壓損害玻璃對(duì)人員造成傷害。

1. 石墨發(fā)熱體和保溫層

根據(jù)工作溫度和工藝的要求，發(fā)熱體采用高純石墨，石墨直徑250mm，高150mm，隔熱材料采用氧化鋁陶瓷纖維保溫材料，氧化鋁陶瓷纖維保溫材料纏繞在使用坩堝外壁，填充在感應(yīng)線圈內(nèi)壁與石英坩堝 外壁之間的空隙中。

1. 感應(yīng)線圈

感應(yīng)線圈由矩形紫銅管繞制而成，線圈表面經(jīng)過噴漆絕緣處理，通過外圍的絕緣板來固定位置，感應(yīng)線圈和同軸電極間的連接是用兩個(gè)螺母來連接的，拆卸方便，既能保證良好的導(dǎo)電，又能保證可靠的真空密封。

坩堝放置在線圈內(nèi)部，線圈與坩堝之間靠線圈內(nèi)壁有玻璃絲布或石棉紙板，一是保護(hù)線圈，二是防止填料漏出，以免線圈與導(dǎo)電性坩堝接觸而造成短路，同時(shí)，也可防止線圈直接受坩堝的熱輻射。在線圈的底部焊有多個(gè)勾形板來支持耐火板，耐火板是用來支撐坩堝。線圈的匝數(shù)不是一成不變的。根據(jù)不同的工作條件，可有不同的設(shè)計(jì)，而我方配套的線圈是適用性是廣泛的。

1. 真空機(jī)組

為了在整個(gè)熔煉過程中，爐體獲得良好的工作真空度，本設(shè)備真空系統(tǒng)由一臺(tái)KT-300擴(kuò)散泵、一臺(tái)2X-30機(jī)械泵、高真空蝶閥、電磁真空帶充氣壓差閥、真空管路、不銹鋼波紋管及橡膠密封圈、擴(kuò)散泵與真空爐體之間采用電動(dòng)真空球閥等等組成。

1. 真空測(cè)量

設(shè)備使用熱偶電離兩用復(fù)合真空計(jì)，表頭刻度熱偶是由13到13×10^-2Pa，電離是由13×10^-2Pa到13×10^-6Pa，由ZJ-52T型熱電偶真空規(guī)及ZJ-27型電離真空規(guī)聯(lián)合使用。真空機(jī)組上還裝有0.1MPa~133Pa的真空壓力表，以觀察爐內(nèi)真空或保護(hù)氣體的壓力。

1. 充氣裝置

充氣裝置主要由充氣閥、真空規(guī)管前段加裝的真空球閥、充氣管道等組成，用于熔煉加壓的工藝所需充氬氣、氮?dú)獾臍夥找螅錃鈮毫?le;6MPa（正壓、表壓）。

1. 水冷系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)由進(jìn)水管、回水管、電接點(diǎn)壓力表、閥門、管路等組成。通過管路供給真空機(jī)組 、爐體、電極、感應(yīng)線圈等。水冷系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，當(dāng)水壓低時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，并自動(dòng)切斷加熱電源功能，以確保設(shè)備安全。設(shè)備的備用水裝置由客戶自備，備用水流量≥8m³/h。

1. 測(cè)溫裝置（接觸式測(cè)溫）

在石墨模具底部安裝鎢錸熱電偶測(cè)量坩堝底部溫度，測(cè)溫范圍200度-1500度，與測(cè)溫表連接，既可以測(cè)溫也可以和中頻電源連接通過PID溫控儀實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制。

1. IGBT中頻電源

加熱電源可采用IGBT中頻電源，IGBT中頻電源是采用串聯(lián)諧振式的中頻感應(yīng)電源，逆變器件為新型IGBT模塊（絕緣柵雙極型晶體管，德國(guó)生產(chǎn)），其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾下方面：

1. 逆變電壓高，電流小，線路損耗小，此部分比傳統(tǒng)可控硅中頻電源可節(jié)能10%左右。
2. 功率因數(shù)高，功率因數(shù)始終大于0.9，無功損耗小，此部分比傳統(tǒng)可控硅中頻電源節(jié)能3%~5%。
3. 高次諧波干擾小： IGBT晶體管中頻電源的整流部分采用半可控整流方式，直流電壓始終工作在高點(diǎn)，不調(diào)導(dǎo)通角，所以它不會(huì)產(chǎn)生高次諧波，不會(huì)污染電網(wǎng)，不會(huì)干擾工廠內(nèi)其他電子設(shè)備運(yùn)行。
4. 可恒功率輸出：可控硅中頻電源采用調(diào)壓調(diào)功，而IGBT晶體管中頻電源采用調(diào)頻調(diào)功，不受爐料多少和爐襯厚薄的影響，在整個(gè)熔煉過程中保持恒功率輸出，尤其是生產(chǎn)不銹鋼、銅、鋁等不導(dǎo)磁物質(zhì)時(shí)，更顯示它的*性，熔化速度快，減少爐料元素?zé)龘p少，降低成本。

綜上所述，IGBT電源具有明顯的高校、節(jié)能優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于周期式感應(yīng)電爐。

1. 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，精選電氣元件及測(cè)量元件，操作簡(jiǎn)單、直觀。包括：整體控制柜 1套，內(nèi)含：按紐、指示燈、報(bào)警器，空氣開關(guān)、接觸器、電纜橋架等。