常州精棱铸锻感应电炉熔炼铸铁 常州精棱铸锻有限公司 人力资源部 铸造/工艺/熔炼 常州精棱铸锻感应电炉熔炼铸铁 常州精棱铸锻有限公司 人力资源部 铸造/工艺/熔炼 常州精棱铸锻感应电炉熔炼铸铁 8.1概述 感应电炉熔炼铸铁是利用交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料本身发出热量，使其熔化，并进一步将铁液过热的一种熔炼方法。 8.1.1感应电炉的分类和结构 常州精棱铸锻常州精棱铸锻（1）按电流频率分类感应电炉按交流的频率可分为工频、中频和高频3类：工频感应电炉50Hz；中频感应电炉为大于50~10000Hz（一般常用1000~3000Hz）；高频感应电炉为大于10000Hz（例如70~200kHz）。目前，国内铸铁熔炼采用的感应电炉以中频感应电炉居多，工频感应电炉次之，高频感应电炉很少。 （2）按炉体结构分类感应电炉按炉体结构分类，有无芯感应电炉（坩埚式）和有芯感应电炉（沟槽式）两类，其结构示意如图8-1所示。 常州精棱铸锻（3）按铸造用途分类感应电炉按用途分类，可分为熔化炉、保温炉和浇注炉3类。 常州精棱铸锻8.1.2感应电炉的工作原理 （1）电磁感应与感应加热在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，感应电动势的大小等于磁通变化率。若磁通按正弦变化，则电动势E的有效值可用下式表示：E=4.44fNΦ. 式中f——频率（Hz）； N——匝数； Φ——磁通（Wb）。 常州精棱铸锻感应电炉的工作原理 感应电炉就是利用上述电磁感应的原理进行工作，熔化金属炉料的。以无芯感应电炉（坩埚式）为例，如图8-2所示。 常州精棱铸锻在一个用耐火材料制成的坩埚外面，套着螺旋形的感应线圈（感应器）。坩埚内装有金属炉料。当线圈上通过交流电时，交流电感应作用在金属炉料内部产生感应电动势，从而在炉料内部产生感应电流，并克服金属炉料的电阻而转换为电流，并克服金属炉料的电阻而转换为热量，将金属炉料熔化。 常州精棱铸锻根据焦耳-楞次定律，上述感应加热的热量表达式为： Q=I2Rt 式中Q——电流通过电阻时产生的热量，J； I——感应电流，A； R——金属炉料的电阻，Ω； t——通电时间，s。 因此，要进行感应加热，必须具备两个基本条件：①使用交流电，产生交变磁场；②被加热的物体为导电材料，如铸铁的金属炉料。 常州精棱铸锻（2）感应电流分布和交流电效应在感应电炉加热过程中，感应电流在导体（金属炉料）上的分布是不均匀的，它受集肤效应、邻近效应和圆环效应的影响。 ①集肤效应。被加热的金属导体内的感应电流绝大部分集中于表面，电流密度由表向里迅速衰减，这种现象称为集肤效应。因此，电流密度表面最大，中心最小，其分布曲线如图8-3所示。图8-3中将电流密度衰减至表面电流密度的1/e（约0.368）处的深度定义为电流透入深度δ。e为自然对数的底，e≈2.718。据理论计算，在感应加热时，86.5%的功率是在电流透入深度内转化为热能。在电流透入深度的5倍处（即5δ处）的电流接近于零。电流透入深度δ可用下式表示： 常州精棱铸锻 δ=5030√ ρ / μf （cm） 式中 ρ——导电材料电阻率，Ωcm； μ——导体材料的相对磁导率； f——电流频率。 由上式可知，f越大，δ越小；ρ越大，δ越大。ρ随温度升高而 ，故在感应加热过程中，δ会相应增加。 ㊣ 常州精棱铸锻常州精棱铸锻②邻近效应。当两个通有交流电的导体相互靠近时，在相互影响下，两导体的电流要重新分布，这种现象叫做邻近效应。实质上它和集肤效应相似。图8-4为两平行导体在通过交流电情况下磁场及电流分布。由于邻近效应，载有反向电流的两个导体平行靠近时 常州精棱铸锻常州精棱铸锻电流趋于导体内侧[如图8-4（a）所示]；载有同向电流的两个导体靠近时，电流趋于导体外侧[如图8-4（b）所示]。邻近效应导致导体有效截面的利用率降低。导体间的距离越近，邻近效应越显著。电流密度的不均匀分布，与自身磁场和所有邻近导体磁场的总作用有关。 常州精棱铸锻③圆环效应。当交流电用过螺线管（或环状线圈）时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧，这种现象称为圆环效应，如图8-5所示。 感应电炉是以上几种效应的综合利用。在环形感应器中放置金属炉料。当感应器两端施加交流电压时，即产生交变磁场。此时，感应器本身表现为圆环效应，感应器与金属炉料间为邻近效应，而金属炉料本身表现为集肤效应。 常州精棱铸锻常州精棱铸锻（3）电磁搅拌和驼峰现象在无芯（坩埚式）感应电炉内，被熔化金属由于受到电磁力作用产生强烈搅拌，这是无芯感应电炉的一个主要特点。 感应电炉多采用单相供电。根据邻近效应，感应线圈中电流与熔化金属中的感应电流方向相反，线圈与铁液之间有斥力，线圈受到向外推力，铁液受到指向坩埚中心的推力，如图8-6所示。铁液之间可以看成很多同方向平行载流导体，相互间有压缩力。力的方向示于图中。铁液在斥力和压缩力的共同作用下，产生如图8-6所示的所谓两段四区电磁搅拌，液面隆起，产生驼峰，称为驼峰现象。 常州精棱铸锻（4）应用根据电磁感应的理论，当电流频率增加时，感应电动势也增加，并相应提高了发热能力。在感应器电流不变的情况下，被加热导体单位面积接收的功率随频率的增加而增加，即加热速度加快。但是，在频率提高的同时，由于集肤效应金属炉料的电流透入深度δ变小，即加热层变薄，炉料的中心部分要靠热传导加热，从而降低了加热效率。 常州精棱铸锻 21 因此，高频仅限于使用小块炉料的60kg以下的小感应电炉，供实验室试验采用。3~5t以上的大容量感应电炉则采用工频（50Hz），但工频感应电炉需有启熔块。与工频感应电炉相比，中频感应电炉的功率密度大，无需启熔块，生产灵活，变更铸铁牌号与种类方便。在同等生产率条件下，中频（变频）感应电炉炉体尺寸小，占地小，而且不需三相平衡和功率因数补偿装置，造价较低。因此，中频感应电炉在铸造生产中得到广泛应用。而且，随着变频器功率的大型化，工频感应电炉在大容量炉子中的地位，将逐渐被中频感应电炉所取代。