真空感應(yīng)爐感應(yīng)線圈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和絕緣方法

李日蛟　張沖

摘 要：本文重點(diǎn)介紹了中頻感應(yīng)線圈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和絕緣方法，有利于實(shí)現(xiàn)較高電壓的感應(yīng)加熱。

關(guān)鍵詞：同軸電極，感應(yīng)器，絕緣

1.引言

電源頻率在150一10000赫茲（主要頻率在150一2500赫茲）范圍內(nèi)、在真空或氬、氖氣等保護(hù)氣氛中加熱或熔煉的感應(yīng)爐稱為中頻真空感應(yīng)爐。感應(yīng)線圈系統(tǒng)是中頻真空感應(yīng)爐的核心，將電能轉(zhuǎn)變成為熱能傳遞給要熔煉的金屬是通過感應(yīng)線圈完成的，感應(yīng)線圈與要熔煉或加熱的金屬是不直接接觸的，爐料金屬和感應(yīng)線圈之間加有坩堝隔熱材料。（如圖1）

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，要熔煉或加熱的金屬在交變磁場(chǎng)中感生電流，此電流在流動(dòng)時(shí)，為克服導(dǎo)體（要熔煉金屬）本身的電阻而產(chǎn)生焦耳熱使坩堝中的金屬爐料加熱或熔化。

其值為Q=I2RT ，式中I—感生電流（安）；R—導(dǎo)體電阻（歐）；T—時(shí)間（秒）。

這種熱產(chǎn)生在工件內(nèi)部，升溫速度很快且效率高。為能承受來(lái)自爐料機(jī)械的和熱的負(fù)載，因此感應(yīng)線圈系統(tǒng)必須在承載輸電，輸水的同時(shí)要具有足夠的剛度，其結(jié)構(gòu)和絕緣質(zhì)量的好壞，直接影響到感應(yīng)電爐的效率和使用壽命。根據(jù)多次試驗(yàn)和車間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況，在此總結(jié)了真空熔煉爐感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和絕緣方法。

2.感應(yīng)線圈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

感應(yīng)線圈系統(tǒng)是真空感應(yīng)爐，特別是中小型中頻真空感應(yīng)爐上的重要部件，由內(nèi)電極、外電極、不銹鋼套、護(hù)板、絕緣材料和感應(yīng)器組成。該結(jié)構(gòu)承載輸電、輸水和傳遞動(dòng)力三項(xiàng)任務(wù)。它的結(jié)構(gòu)緊湊，使用維護(hù)都十分方便。

為了滿足輸電要求，內(nèi)外電極主要材料是都是紫銅，外套為不銹鋼，一般不用高導(dǎo)磁材料，絕緣材料采用酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。護(hù)板也不用高導(dǎo)磁材料，采用不銹鋼或酚醛樹脂。感應(yīng)器的一般采用空心紫銅管單層煨制焊接完成，形狀呈圓筒狀?？招你~管中通冷卻水，與內(nèi)外電極相通，以防止高溫爐料的熱傳導(dǎo)及感應(yīng)器長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中電阻發(fā)熱導(dǎo)致感應(yīng)器的溫升過高。但感應(yīng)器的溫度也不能低于環(huán)境溫度，否則周圍環(huán)境中的水蒸氣要在感應(yīng)器上結(jié)露，這將直接導(dǎo)致感應(yīng)器上的絕緣受潮，影響絕緣性能。

3.感應(yīng)線圈系統(tǒng)的放電與絕緣處理方法

真空感應(yīng)爐的感應(yīng)器在匝間距離很小而電壓很高的情況下，就可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，即匝間空隙中氣體放電。另外較高的環(huán)境溫度、強(qiáng)大的電磁場(chǎng)、大量的金屬蒸氣環(huán)境，這些都給氣體放電造成有利條件。因此，對(duì)真空感應(yīng)爐來(lái)說(shuō)，感應(yīng)器匝間放電是一個(gè)很要害的問題。匝間放電又稱擊穿，即破壞了匝間的絕緣，當(dāng)然也破壞了感應(yīng)器的正常工作條件，這是不允許的。實(shí)踐證明，當(dāng)真空室內(nèi)壓力為數(shù)百帕?xí)r，感應(yīng)器的端電壓高于300V時(shí)，就可能產(chǎn)生放電。故人們常把電壓限制在250V以下，但對(duì)大爐子，250V的電壓又太低，因此需要采取絕緣措施提高電壓，以利提高電能的利用率，經(jīng)過絕緣處理后電壓可提高到500 V -2000V。

對(duì)感應(yīng)器進(jìn)行絕緣處理，現(xiàn)在多數(shù)用絕緣硅酮漆和玻璃絲帶、聚四氟乙烯帶進(jìn)行包裹和涂漆，一般分幾次進(jìn)行，每處理一次后都要進(jìn)行加熱干燥，然后再進(jìn)行下一次處理，這些工作可參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。具體實(shí)施方法為絕緣前采用噴砂處理，以便絕緣處理時(shí)提高絕緣硅酮漆的附著力， 并且要求正壓0.5MPaG×60分鐘放置無(wú)漏合格，氦氣1.3×10-7 pa·m3/s以下檢漏合格。第一次將絕緣漆均勻涂刷到線圈上，常溫放置10小時(shí)自然干燥。然后將玻璃絲帶疊壓1/2的方式纏繞，盡量用力拉緊。（玻璃絲帶如果不緊貼線圈影會(huì)響絕緣漆的滲透）。玻璃絲帶表面涂刷絕緣漆，應(yīng)達(dá)到無(wú)白色均勻狀態(tài)，10小時(shí)放置自然干燥。再次將玻璃絲帶疊壓1/2的方式纏繞，玻璃絲帶表面涂刷絕緣漆，應(yīng)達(dá)到無(wú)白色均勻狀態(tài)，放置5-6小時(shí)自然干燥，烤箱烘烤從室溫升至200度約5-6小時(shí)（快速升溫會(huì)造成絕緣漆過早蒸發(fā)產(chǎn)生氣泡。）保溫12小時(shí)。絕緣處理后用針孔探知器檢查試驗(yàn)，如有放電檢出需按補(bǔ)修方法進(jìn)行補(bǔ)修，在以后的坩堝打制和加裝隔熱材料過程中也要注意對(duì)絕緣的保護(hù)。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前，由于高新技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)材料要求日益嚴(yán)苛，真空感應(yīng)加熱或熔煉技術(shù)具有工作環(huán)境優(yōu)越、加熱均勻、芯表溫差極小等優(yōu)點(diǎn)，作為一種生產(chǎn)特殊材料如耐熱高溫合金，磁性合金的重要手段而不斷的在提高應(yīng)用比例。就感應(yīng)相關(guān)設(shè)備制造而言，很多國(guó)家都已生產(chǎn)多年，感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)和絕緣方法也是越來(lái)越好，正逐步的提高線圈的電壓和處理容量，以進(jìn)一步減少企業(yè)生產(chǎn)成本和提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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