大型船用螺旋桨铸造冒口感应加热装置技术领域
本发明所述的大型船用螺旋桨铸造冒口感应加热装置，涉及一种浇铸模具的加热
装置。
背景技术
目前，用普通砂型重力铸造方法生产大型船用螺旋桨(直径大于3.5m)，必须设计
一个尺寸很大的冒口。通常，大型船用螺旋桨浇注不是一次性浇满，而是浇注入冒口一定高
度，然后通过间隔一定时间多次往冒口内补浇高温铜合金液来实现冒口对铸件的补缩作
用。该方法生产的螺旋桨铸件冒口尺寸偏大(多则十几吨重)，导致铸件工艺出品率低，浪费
合金材料，且需频繁的熔炼金属液、补浇冒口操作，十分不利于节能减排和提高生产效率。
另外，最重要的是生产的螺旋桨铸件质量不稳定，经常出现缩孔、缩松缺陷，对产品质量影
响很大。
针对此问题，国内外开始研究采用加热冒口工艺应用到船用螺旋桨上。但冒口加
热方式是一个难题。有报道采用电阻加热、电极或电弧加热等，但由于加热方式根本达不到
要求的温度(1130～1150℃)，或是对铜液扰动太剧烈，造成氧化渣增多等问题，因此效果均
不理想。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的大型船用螺旋桨铸造冒
口感应加热装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的大型船
用螺旋桨铸造冒口感应加热装置。用以解决现有技术中存在的：1、没有加热装置的冒口，在
浇注螺旋桨铸件时出现缩孔、缩松缺陷等问题；2、采用电阻加热、电极或电弧加热，对铜液
扰动太剧烈，造成氧化渣增多等问题。
本发明的工作原理为：
本发明是一种电磁感应加热装置，将感应线圈放置于螺旋桨浇铸冒口位置，对冒
口中的铜合金液体进行加热，延缓冒口铜液凝固速度，代替传统的补浇冒口操作，提高冒口
补缩效率，降低冒口体积，改善铸造质量，达到节能减排的目的。
根据法拉利电磁感应定律，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，当电路闭合时就会产生电流。感应电动势的大小等于磁通变化率。本
产品的感应线圈通上交流电时即建立交变磁场。将冒口内的金属液体置于交变磁场中，由
于电磁感应作用，金属液体内部产生电流(即涡流)，电流通过金属液体时使其发热。这种加
热方式热量直接由金属液体内部产生，因此加热效率高，金属液体受热均匀，同时避免了制
桨现场使用易燃易爆气体所带来的安全隐患，安全可靠。
本装置将380V的工频三相电通过全控式可控硅整流桥以及滤波电抗器将交流电
转化为直流电，再通过逆变桥将其逆变为中频交流电输送给线圈。根据冒口的直径、高度和
温度等参数特制160kW/300Hz的中频电源。其中采用了研制的新型控制触发板。主要由电
源、调节器、移相控制电路、保护电路、启动演算电路、逆变频率跟踪、逆变脉冲形成、脉冲放
大及脉冲变压器组成。其核心部件采用高性能、高密度、超大规模专用HL集成电路,使其电
路除调节器外，其余均实现数字化，整流触发器部分不需要任何调整，而且可靠性高、脉冲
对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点；逆变采用扫频式零压软启动方式，启动性能
优于普通的零压软启动电路。并设有自动重复启动电路，可防止中频电源的偶尔启动失败，
使启动的成功率达到100％。频率跟踪电路采用的是平均值取样方案，具有较强的逆变的抗
干扰能力。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
本发明所述的大型船用螺旋桨铸造冒口感应加热装置，其特征在于所述的冒口感
应加热装置包括：磁轭、感应器、外筒；感应器围绕在冒口砂型外部，并通过N个磁轭对感应
器进行收集及固定；外筒通过螺栓与磁轭相连接，将磁轭与感应器封装在冒口砂型外部；外
筒用δ＝12，Q＝35钢板制作，保证整体刚性。
本发明所述的感应器为T2材质铜管绕冒口砂型外部制成的环形结构，铜管外部用
有机硅和云母带包扎，并经由2次浸漆、烘干而成；感应器与电控柜相连接；
本发明所述的磁轭为Q210矽钢片经裁剪冲孔用62黄铜杆压接而成的“]”型结构；N
个磁轭均布于冒口砂型外部，将感应器有效的收集在其中，提高热效率。这样可以使炉腔散
热面积减小，经过严格的测算和实验以具有最佳综合经济效果。它所需的保温功率远远低
于普通的长线圈感应电炉，所需功率的减少意味着对散热要求的降低，意味着可以将散热
用的冷却水集成在电源柜内部，正是这种独特的设计，给本产品的移动吊装生产创造了可
能。同时，这种设计还具有良好的搅动效应，从而在金属液体的保温效果、成分均匀等方面
具有明显优势
本发明所述的外筒的上部通过螺栓A、螺母、垫装有上环板；上环板通过螺栓B、绝
缘垫和绝缘套与装于磁轭上部外壁上的连板相连接；外筒的下部通过螺钉与装于磁轭下部
外壁上的连板相连接。
本发明所述的磁轭与外筒之间装有至少1个顶杆机构。
本发明所述的上环板与连板之间装有绝缘板。
本产品为了长期可靠的适应现场环境，所用电气元件均高于正常标准经过严格筛
选。整流可控硅及逆变可控硅选用高性能产品，柜内所使用的电气开关均为高端产品，为电
源柜长期稳定的工作提供保证。
电源柜中配有水冷系统，电源柜与感应器之间的水路和电路的连接采用一体化的
设计，感应器侧的接线端子无需拆卸，每次使用时仅需连接电源侧的两个端子即可完成水
和电的连接，具有安装简便、可靠性好等优点，可以很好的满足现场移动吊装的工作需求。
接线端子处均专门设有绝缘盒防止其裸露，在失电情况下将绝缘盒盖板打开进行端子拆
装，完毕后将盖板闭合好后通电，这样可以有效的防止电气事故的发生。
本发明的操作细节为：
(1)螺旋桨造型舂制冒口前，首先将冒口模样吊运至桨毂模样上端进行装配。再将
冒口模样外壁缠绕并固定冒口保温板，高度同冒口。
(2)将冒口加热装置平稳吊运，放置在冒口模样的外部，调整对中，使加热装置与
冒口模样周向间隙均匀。摆放置前应将加热装置的底砂平面舂实、舂平，并涂上封箱胶，避
免从装置底部与砂平面间隙处跑火。
(3)模样外壁与加热装置内壁之间的空隙采用型砂舂实。然后扎通气孔，通入二氧
化碳硬化后，取出冒口模样，冒口保温板表面刷涂料点燃。
(4)浇注前，将装置的电控柜吊运至压圈平台合适位置，避免磕碰。电控柜底部铺
设大于其底部面积两倍以上的防水帆布，一旦电控柜漏水，可由现场操作人员将水引至外
部安全区域。接着完成管线连接、风机调试、水循环密闭性检查等准备工作，确保装置的运
行安全可靠性。随后打开装置的冷却系统，但暂不开启感应加热。
(5)开始浇注。注意液面不要超过装置上端面，留有覆盖冒口覆盖剂的空间约50mm
高。浇注完毕在冒口液面覆盖一定量的冒口覆盖剂保温。
(6)随后启动冒口加热装置对冒口铜液进行加热。通过调节功率大小实现对铜液
加热温度的控制。
(7)正常运行4个小时之后，可关停加热装置，但保护装置的水冷却系统应继续工
作，直到冒口凝固冷却。
本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
1、结构简单、紧凑，操作方便，在螺旋桨造型制作冒口时，放置在冒口砂型外侧固
定即可，使用前与电控柜连线即可；
2、绿色环保，减少排放；代替传统熔炼铜液补浇冒口，无烟尘；
3、安全可靠，无需人员实时监控和操作，电磁辐射小，对人体无伤害；
4、节约能源，由于从铜液内部加热，效率高，能耗小，对铜液无明显扰动，不会产生
吸气或夹渣；
5、减小冒口尺寸，节约材料；铸件质量稳定，减少铸造缺陷
本发明具有结构新颖、简单、节能环保、提高生产效率和铸件质量等优点，其大批
量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有5幅附图,其中：
附图1为本发明结构示意图；
附图2为附图1的A部放大视图；
附图3为附图1的B部放大视图；
附图4为附图1的C部放大视图；
附图5为本发明的俯视图。
在图中：1、磁轭 2、感应器 3、外筒。
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图所示，大型船用螺旋桨铸造冒口感应加热装置包括：
磁轭1、感应器2、外筒3；感应器2围绕在冒口砂型外部，并通过N个磁轭1对感应器2进行收集
及固定；外筒3通过螺栓与磁轭1相连接，将磁轭1与感应器2封装在冒口砂型外部；
感应器2为T2材质铜管绕冒口砂型外部制成的环形结构，铜管外部用有机硅和云
母带包扎，并经由2次浸漆、烘干而成；感应器2与电控柜相连接；
磁轭1为Q210矽钢片经裁剪冲孔用62黄铜杆压接而成的“]”型结构；N个磁轭1均布
于冒口砂型外部，将感应器2有效的收集在其中，提高热效率。
外筒3的上部通过螺栓A4、螺母5、垫6装有上环板7；上环板7通过螺栓B9、绝缘垫10
和绝缘套11与装于磁轭1上部外壁上的连板12相连接；外筒3的下部通过螺钉13与装于磁轭
1下部外壁上的连板12相连接。
磁轭1与外筒3之间装有至少1个顶杆机构14。
上环板7与连板12之间装有绝缘板8。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于
此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案
及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。