高壓高真空一體化感應熔煉爐

1. 基本原理

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

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

1. 設備用途

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

高壓/高真空一體化感應熔煉爐可在高真空條件下或在充保護氣氛情況下進行的熔煉和澆鑄鎳基、鐵基、鈷基及其它高級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. 設備組成

本套設備由爐蓋、爐體、中頻電源、感應線圈、真空機組、真空測量、充氣系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。

• 設備型號

本設備為立式周期式感應電爐，具體型號為IGBT-1500-6

• 主要技術參數(shù)
  1. 額定發(fā)熱區(qū)：直徑150*高120mm
  2. 設計溫度： 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）
  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
  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當量/L，溶解性固體＜30mg/L，電導率＜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)、感應線圈、同軸電極、真空系統(tǒng)、坩堝、錠模、真空測量系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

• 設備結(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)仔細的拋光，表面光滑，有利于縮短抽氣時間，且便于清潔。中間通水冷卻。爐體設有真空抽氣接口、同軸電極和進電裝置接口。

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。爐蓋由手動減速機驅(qū)動絲杠帶動爐蓋升降，手動平移打開。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，需要觀賞時打開插板閥門，向爐內(nèi)充入正壓時必須關閉閥門，防止正壓損害玻璃對人員造成傷害。

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，填充在感應線圈內(nèi)壁與石英坩堝 外壁之間的空隙中。

1. 感應線圈

感應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，感應線圈和同軸電極間的連接是用兩個螺母來連接的，拆卸方便，既能保證良好的導電，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，一是保護線圈，二是防止填料漏出，以免線圈與導電性坩堝接觸而造成短路，同時，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，可有不同的設計，而我方配套的線圈是適用性是廣泛的。

1. 真空機組

為了在整個熔煉過程中，爐體獲得良好的工作真空度，本設備真空系統(tǒng)由一臺KT-300擴散泵、一臺2X-30機械泵、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、擴散泵與真空爐體之間采用電動真空球閥等等組成。

1. 真空測量

設備使用熱偶電離兩用復合真空計，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、氮氣的氣氛要求，充氣壓力≤6MPa（正壓、表壓）。

1. 水冷系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)由進水管、回水管、電接點壓力表、閥門、管路等組成。通過管路供給真空機組 、爐體、電極、感應線圈等。水冷系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，當水壓低時，自動進行聲光報警，并自動切斷加熱電源功能，以確保設備安全。設備的備用水裝置由客戶自備，備用水流量≥8m³/h。

1. 測溫裝置（接觸式測溫）

在石墨模具底部安裝鎢錸熱電偶測量坩堝底部溫度，測溫范圍200度-1500度，與測溫表連接，既可以測溫也可以和中頻電源連接通過PID溫控儀實現(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)諧振式的中頻感應電源，逆變器件為新型IGBT模塊（絕緣柵雙極型晶體管，德國生產(chǎn)），其主要優(yōu)點有以下幾下方面：

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?。?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，不調(diào)導通角，所以它不會產(chǎn)生高次諧波，不會污染電網(wǎng)，不會干擾工廠內(nèi)其他電子設備運行。
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、鋁等不導磁物質(zhì)時，更顯示它的*性，熔化速度快，減少爐料元素燒損少，降低成本。

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

1. 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用IEC標準，精選電氣元件及測量元件，操作簡單、直觀。包括：整體控制柜 1套，內(nèi)含：按紐、指示燈、報警器，空氣開關、接觸器、電纜橋架等。