真空感應爐感應線圈系統結構和絕緣方法

李日蛟　張沖

摘 要：本文重點介紹了中頻感應線圈系統的結構特點和絕緣方法，有利于實現較高電壓的感應加熱。

關鍵詞：同軸電極，感應器，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、在真空或氬、氖氣等保護氣氛中加熱或熔煉的感應爐稱為中頻真空感應爐。感應線圈系統是中頻真空感應爐的核心，將電能轉變成為熱能傳遞給要熔煉的金屬是通過感應線圈完成的，感應線圈與要熔煉或加熱的金屬是不直接接觸的，爐料金屬和感應線圈之間加有坩堝隔熱材料。（如圖1）

根據電磁感應原理，要熔煉或加熱的金屬在交變磁場中感生電流，此電流在流動時，為克服導體（要熔煉金屬）本身的電阻而產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—導體電阻（歐）；T—時間（秒）。

這種熱產生在工件內部，升溫速度很快且效率高。為能承受來自爐料機械的和熱的負載，因此感應線圈系統必須在承載輸電，輸水的同時要具有足夠的剛度，其結構和絕緣質量的好壞，直接影響到感應電爐的效率和使用壽命。根據多次試驗和車間現場的實際使用情況，在此總結了真空熔煉爐感應線圈的結構特點和絕緣方法。

2.感應線圈系統的結構特點

感應線圈系統是真空感應爐，特別是中小型中頻真空感應爐上的重要部件，由內電極、外電極、不銹鋼套、護板、絕緣材料和感應器組成。該結構承載輸電、輸水和傳遞動力三項任務。它的結構緊湊，使用維護都十分方便。

為了滿足輸電要求，內外電極主要材料是都是紫銅，外套為不銹鋼，一般不用高導磁材料，絕緣材料采用酚醛樹脂或環氧樹脂。護板也不用高導磁材料，采用不銹鋼或酚醛樹脂。感應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。空心銅管中通冷卻水，與內外電極相通，以防止高溫爐料的熱傳導及感應器長時間的運行中電阻發熱導致感應器的溫升過高。但感應器的溫度也不能低于環境溫度，否則周圍環境中的水蒸氣要在感應器上結露，這將直接導致感應器上的絕緣受潮，影響絕緣性能。

3.感應線圈系統的放電與絕緣處理方法

真空感應爐的感應器在匝間距離很小而電壓很高的情況下，就可能產生放電現象，即匝間空隙中氣體放電。另外較高的環境溫度、強大的電磁場、大量的金屬蒸氣環境，這些都給氣體放電造成有利條件。因此，對真空感應爐來說，感應器匝間放電是一個很要害的問題。匝間放電又稱擊穿，即破壞了匝間的絕緣，當然也破壞了感應器的正常工作條件，這是不允許的。實踐證明，當真空室內壓力為數百帕時，感應器的端電壓高于300V時，就可能產生放電。故人們常把電壓限制在250V以下，但對大爐子，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，經過絕緣處理后電壓可提高到500 V -2000V。

對感應器進行絕緣處理，現在多數用絕緣硅酮漆和玻璃絲帶、聚四氟乙烯帶進行包裹和涂漆，一般分幾次進行，每處理一次后都要進行加熱干燥，然后再進行下一次處理，這些工作可參照有關標準和積累的經驗進行。具體實施方法為絕緣前采用噴砂處理，以便絕緣處理時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響絕緣漆的滲透）。玻璃絲帶表面涂刷絕緣漆，應達到無白色均勻狀態，10小時放置自然干燥。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，應達到無白色均勻狀態，放置5-6小時自然干燥，烤箱烘烤從室溫升至200度約5-6小時（快速升溫會造成絕緣漆過早蒸發產生氣泡。）保溫12小時。絕緣處理后用針孔探知器檢查試驗，如有放電檢出需按補修方法進行補修，在以后的坩堝打制和加裝隔熱材料過程中也要注意對絕緣的保護。

4.結束語

目前，由于高新技術的迅速發展，對材料要求日益嚴苛，真空感應加熱或熔煉技術具有工作環境優越、加熱均勻、芯表溫差極小等優點，作為一種生產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用比例。就感應相關設備制造而言，很多國家都已生產多年，感應線圈的結構和絕緣方法也是越來越好，正逐步的提高線圈的電壓和處理容量，以進一步減少企業生產成本和提高工作效率。

參考文獻：

[1] 張繼玉 《真空電爐》冶金工業出版社 1994.6

[2] 王振東 《感應爐冶煉工藝技術》機械工業出版社2012.1

[3] 李思琪 《鑄造用感應電爐》 機械工業出版社 1997.2