变电压型坩埚式工频感应电炉.pdf

变电压坩埚式工频感应电炉属于机械工程领域：铸造工艺与设备、感应熔炼电炉。随着半导体静止变频技术的不断进步中频感应电炉逐步进入铸铁生产领域并成为工频电炉的替代炉型。而本技术是对工频电炉的改进，使工频电炉性能得到全面提升成为今后铸造用炉的主要炉型。是ZL85107606.8号专利的后续技术发明。

1、  变电压型工频电炉
是指采用了变压运行工作制的工频电炉。变电压工作制是指电炉在运行中按照设置程序不断地更换运行电压，是属于调压运行技术的一种形式。本电炉有赖于中国专利ZL85107606.8号技术，也称为限电压式工频电炉，电炉在各个熔炼阶段具有不同的最高运行电压。与ZL85107606.8号专利不同，本专利是对电炉的全面改进，变电压运行是其与已有工频电炉的主要区别。本专利的特征是：感应电炉在不同的熔炼时段设置了不同的磁感应强度，这种设置是通过ZL85107606.8号专利所示电路完成。

2、  附带有感应器变匝数运行的工频电炉
是第1号变电压运行型工频的从属权利要求，是属于变电磁关系的设计，是变电压式电炉的辅助设计，其作用与变电压相似。其特征是在运行中对应于同一段电压感应器具有不同的工作匝数。

变电压型坩埚式工频感应电炉
技术领域
变电压坩埚式工频感应电炉属机械工程技术领域：铸造工艺与铸造设备、感应熔炼电炉。
背景技术
上世纪六十年代，工频电炉在铸造业得到广泛应用。八十年代末，由于半导体静止变频技术的发展中频电炉首次在能耗、经济性等指标方面超过工频电炉，中频电炉逐步成为工频电炉的替代炉型。更详细的，可参见《铸铁用感应电炉》《铸造设备与技术》《ABB评论》等，以及其他相关文献。
感应熔炼的理论电功率公式为：
P=2×10-4(IW)2ρ·μ·f·F]]>
感应电炉的电效率公式为：

上述公式是感应熔炼的基本公式，表明了频率在感应熔炼中的基础地位，也为九十年代以后制造的中频电炉所证实：中频电炉代表了铸造用感应电炉未来的发展方向。
发明的内容
与上述结论相反，本发明内容是：通过改进，新型工频电炉将在综合性能方面全面得到提升，代表着铸造坩埚电炉的发展方向。中频电炉采用的方法是一定磁场强度和电流频率分析方法，是电流源模型和炉料频率分析方法。而本电炉采用的是一定磁通量的分析方法。根据电磁学原理；感生电动势与一定的磁感应强度相联系。因此，本专利是一种按照不同的熔炼时段设置不同磁感应强度的感应电炉。这种磁感应强度的设置是通过改变电炉的供电压来实现的，习惯上把这种电炉称为变电压式工频电炉。
实施内容
1、程序控制的变电压运行型工频电炉。采用程序控制的变电压运行工作制的设计使电炉的高电效率时段对应较高的功率输出，而不是相反。最终使电炉的能耗下降。
2、采用不同时段不同功率密度的设计，使工频电炉的工艺能力显著提升。
3、采用变电磁设计，是变电压式电炉的辅助设计，是指对应于同一段电压电炉具有不同的感应器运行匝数。
块料在熔化过程中电参数发生较大范围的变化是感应熔炼最典型的工艺特征。为了保证电炉始终高效率运行采用变电压运行是有效的技术手段，也是本发明的主要技术特征。附图示意了变电压运行过程。
变功率密度设计以往还缺少合适的方案，变电磁关系的设计又提升了电效率和电炉的实用性。附图所示了这种结构和运行。
效果预测
较大的炉容和较大的感应器截面积使工频炉节能运行具备基本条件，变功率密度设计又促使实现了电炉的节能经济运行。早期的工频电炉电耗在612Kwh/t以下，中频电炉在550Kwh/t以下，新型工频电炉能耗将控制在500Kwh/t以下。冲天炉是古老的炉种，由于能耗高今后将受到限制，中频炉将限于较小的炉容和较小的生产规模的场合下使用，新型工频炉将成为生产的主要用炉。
与相关技术的关系
本新型电炉采用了中国专利ZL85107606·8号《工频电炉平衡调功电路》技术。ZL85107606·8的缺陷是未全面地对电炉进行改进。与ZL85107606·8不同，本发明是对电炉的全面改进，是一种变电压型电炉，使用了ZL85107606·8号专利，因此也称之为限电压型电炉。
附图1：变电压运行图，图2：分段运行图，图3：分段运行结构图