真空感应炉感应线圈系统结构和绝缘方法

李日蛟　张冲

摘 要：本文重点介绍了中频感应线圈系统的结构特点和绝缘方法，有利于实现较高电压的感应加热。

关键词：同轴电极，感应器，绝緣

1.引言

电源频率在150一10000赫兹（主要频率在150一2500赫兹）范围内、在真空或氩、氖气等保护气氛中加热或熔炼的感应炉称为中频真空感应炉。感应线圈系统是中频真空感应炉的核心，将电能转变成为热能传递给要熔炼的金属是通过感应线圈完成的，感应线圈与要熔炼或加热的金属是不直接接触的，炉料金属和感应线圈之间加有坩埚隔热材料。（如图1）

根据电磁感应原理，要熔炼或加热的金属在交变磁场中感生电流，此电流在流动时，为克服导体（要熔炼金属）本身的电阻而产生焦耳热使坩埚中的金属炉料加热或熔化。

其值为Q=I2RT ，式中I—感生电流（安）；R—导体电阻（欧）；T—时间（秒）。

这种热产生在工件内部，升温速度很快且效率高。为能承受来自炉料机械的和热的负载，因此感应线圈系统必须在承载输电，输水的同时要具有足够的刚度，其结构和绝缘质量的好坏，直接影响到感应电炉的效率和使用寿命。根据多次试验和车间现场的实际使用情况，在此总结了真空熔炼炉感应线圈的结构特点和绝缘方法。

2.感应线圈系统的结构特点

感应线圈系统是真空感应炉，特别是中小型中频真空感应炉上的重要部件，由内电极、外电极、不锈钢套、护板、绝缘材料和感应器组成。该结构承载输电、输水和传递动力三项任务。它的结构紧凑，使用维护都十分方便。

为了满足输电要求，内外电极主要材料是都是紫铜，外套为不锈钢，一般不用高导磁材料，绝缘材料采用酚醛树脂或环氧树脂。护板也不用高导磁材料，采用不锈钢或酚醛树脂。感应器的一般采用空心紫铜管单层煨制焊接完成，形状呈圆筒状。空心铜管中通冷却水，与内外电极相通，以防止高温炉料的热传导及感应器长时间的运行中电阻发热导致感应器的温升过高。但感应器的温度也不能低于环境温度，否则周围环境中的水蒸气要在感应器上结露，这将直接导致感应器上的绝缘受潮，影响绝缘性能。

3.感应线圈系统的放电与绝缘处理方法

真空感应炉的感应器在匝间距离很小而电压很高的情况下，就可能产生放电现象，即匝间空隙中气体放电。另外较高的环境温度、强大的电磁场、大量的金属蒸气环境，这些都给气体放电造成有利条件。因此，对真空感应炉来说，感应器匝间放电是一个很要害的问题。匝间放电又称击穿，即破坏了匝间的绝缘，当然也破坏了感应器的正常工作条件，这是不允许的。实践证明，当真空室内压力为数百帕时，感应器的端电压高于300V时，就可能产生放电。故人们常把电压限制在250V以下，但对大炉子，250V的电压又太低，因此需要采取绝缘措施提高电压，以利提高电能的利用率，经过绝缘处理后电压可提高到500 V -2000V。

对感应器进行绝缘处理，现在多数用绝缘硅酮漆和玻璃丝带、聚四氟乙烯带进行包裹和涂漆，一般分几次进行，每处理一次后都要进行加热干燥，然后再进行下一次处理，这些工作可参照有关标准和积累的经验进行。具体实施方法为绝缘前采用喷砂处理，以便绝缘处理时提高绝缘硅酮漆的附着力， 并且要求正压0.5MPaG×60分钟放置无漏合格，氦气1.3×10-7 pa·m3/s以下检漏合格。第一次将绝缘漆均匀涂刷到线圈上，常温放置10小时自然干燥。然后将玻璃丝带叠压1/2的方式缠绕，尽量用力拉紧。（玻璃丝带如果不紧贴线圈影会响绝缘漆的渗透）。玻璃丝带表面涂刷绝缘漆，应达到无白色均匀状态，10小时放置自然干燥。再次将玻璃丝带叠压1/2的方式缠绕，玻璃丝带表面涂刷绝缘漆，应达到无白色均匀状态，放置5-6小时自然干燥，烤箱烘烤从室温升至200度约5-6小时（快速升温会造成绝缘漆过早蒸发产生气泡。）保温12小时。绝缘处理后用针孔探知器检查试验，如有放电检出需按补修方法进行补修，在以后的坩埚打制和加装隔热材料过程中也要注意对绝缘的保护。

4.结束语

目前，由于高新技术的迅速发展，对材料要求日益严苛，真空感应加热或熔炼技术具有工作环境优越、加热均匀、芯表温差极小等优点，作为一种生产特殊材料如耐热高温合金，磁性合金的重要手段而不断的在提高应用比例。就感应相关设备制造而言，很多国家都已生产多年，感应线圈的结构和绝缘方法也是越来越好，正逐步的提高线圈的电压和处理容量，以进一步减少企业生产成本和提高工作效率。

参考文献：

[1] 张继玉 《真空电炉》冶金工业出版社 1994.6

[2] 王振东 《感应炉冶炼工艺技术》机械工业出版社2012.1

[3] 李思琪 《铸造用感应电炉》 机械工业出版社 1997.2