专利名称：感应器无水冷的中频炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电炉设计制造技术领域，具体涉及一种感应器无水冷的中频炉。
背景技术：
中频炉是一种通过电磁感应加热金属的熔化炉。原理是将三相工频交流电，整 流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给感应器里流过的中频(0.2 IOkHz)交变电流，在感应器中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金 属材料中产生很大的涡流从而使金属加热。现有的中频炉的感应器绝大多数采用矩形或圆形空心铜管制做，由于交流电集肤 效应的存在，电流被限定在透入深度一层。增加导体截面，电流分布并不因截面的扩大而改 善，因此用增加导体截面的方法不能降低电流的热损耗。此外，此种结构的感应器因通过的 电流很大，其平均电流密度为22 60A/mm2，且由于集肤效应，从而使感应器自身产生大量 的热量，该热量大约占总输入功率的20% 30%，造成能量的损失。同时，为防止感应器过 热，感应器的空心铜管中需通以冷却水以实现感应器和炉体的降温，为此需要配置大量的 冷却系统。此种感应器配置的冷却系统结构庞杂，加工制造成本高。此外，由于电流很大， 采用大量铜排，有时采用水冷铜排，造成铜以及电能的浪费。现有的中频炉中的导磁体成间隔分布在感应器周围，且在炉盖和炉体底部均未设 置磁体，从而使得漏磁现象比较严重，造成中频炉炉体引起的能量损失大；且使得炉体对于 周围环境的磁辐射量较大，不利于环保。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种感应器无水冷的中频炉，主要解决了现有技术中 的中频炉能耗高的技术问题。本实用新型针对上述技术问题的技术解决方案如下—种感应器无水冷的中频炉，包括设有固定架的炉体以及与炉体的端口相配合 的炉盖；所述炉体内设有坩埚；所述坩埚与炉盖的内壁及外壁分别依次设有耐火层和隔热 层；所述坩埚的隔热层的外围设有感应器；所述感应器设置于与固定架固定连接的导磁体 的内侧；其特殊之处在于所述感应器包括两个、三个或多个感应线圈、绝缘柱、与绝缘柱 固定连接且成间隔排布的两个、三个或多个水冷环；所述感应线圈由带有绝缘层的铜带盘 绕成，该感应线圈嵌在相邻水冷环之间；所述水冷环与感应线圈之间填充有绝缘层。以上所述水冷环或感应线圈并联。以上所述水冷环或感应线圈串联。以上所述绝缘层厚度设置为1 3mm为佳。以上所述感应器的带有绝缘层的铜带的厚度为电流透入深度的20% 80%。以上所述水冷环为“C”形，且在该水冷环的内侧设有导热铜板以便于中频炉炉体 热量的快速传导。[0013]以上所述导磁体由两块、三块或多块铁芯和铁芯固定圈构成。以上所述炉体的底部设有底环形铁芯。以上所述炉盖的隔热层的外围设有顶环形铁芯。以上所述底环形铁芯和顶环形铁芯均由两块、三块或多块铁芯构成。本实用新型的优点如下1.能耗低本实用新型采用相互绝缘的铜带制作感应线圈，通过该感应线圈自身 的电流密度为2 3A/mm2，从而使感应器自身能量的损失仅为输入功率的2 4%。2.结构简单、成本低本实用新型提供的感应器自身产生热量少，仅靠空气自然 对流就可以达到所需温度的热平衡，因此该感应器本身无需配制大量的冷却系统。3.漏磁少本实用新型提供的感应器的导磁体均布在感应器周围，且设置于感应 器外圆周长80%以上的空间，在感应器两端均设相应宽度的磁体，顶磁体及底磁体，使得其 漏磁少，从而使中频炉的炉体引起的能量损失减小，同时中频炉对于周围环境的磁辐射量 也减少。4.适用范围广本实用新型提供的感应器采用模块式结构，对于特定容量的中频 炉，在不同功率要求时，无需过多的计算，只需将感应线圈个数增加或减少，以达到所需功 率要求。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型的炉体的俯视图；图3本实用新型的导磁体结构示意图；图4本实用新型的感应器中的感应线圈结构示意图；图5本实用新型水电引入工作原理图；图6现有的中频炉磁场虚部分布图；图7现有的中频炉磁场实部分布图；图8本实用新型磁场虚部分布图；图9本实用新型磁场实部分布图。附图标记说明如下1-炉体，2-炉盖，3-感应器，4-固定架，5-导磁体，6_坩埚，11-耐火层，12-隔热 层，13-底环形铁芯，21-顶环形铁芯，31-绝缘柱，32-水冷环，33-感应线圈，34-绝缘层， 35-导热铜板，51-铁芯固定圈。
具体实施方式
本实用新型的工作原理在于通过给感应器3中的感应线圈33通以中等频率 (0.2 IOkHz)的交流电流，根据磁场偶合原理，金属炉料中会产生相应的感应电流即涡 流，致使炉料发热、升温直至融化。其中，坩锅6用于盛装钢液，用耐火材料制成中频电源 通过整流、逆变产生中频交流电流，此中频交流电流加载在感应线圈33的两端，即感应线 圈33的电流入口和电流出口之间。而中频电源的电能来源于高压柜和整流变压器。由于 炉体1、感应线圈33和中频电源在运行过程中均有功率损失，会产生大量的热，因此对炉体1、感应线圈33和中频电源要引入水冷系统进行冷却。以下将结合附图对本实用新型的内容进行详细的阐述。参见图1，一种感应器无水冷的中频炉，主要由炉体1和与炉体1的端口相配合的 炉盖2构成。炉体1上设有固定架4，该固定架4与炉体1的导磁体5通过螺栓固定连接。 该导磁体5主要由多块铁芯和铁芯固定圈51构成，即将多块铁芯叠加后应用铁芯固定圈51 将其加固为一体，其结构参见图3。炉体1内设有由耐火材料制成的坩埚6 ；该坩埚6的外壁依次设有耐火层11和隔 热层12。坩埚6的隔热层12的外围设有感应器3 ；该感应器3主要由固定于绝缘柱31上 且成间隔排布的多个并联的“C”形水冷环32、嵌于相邻的“C”形水冷环32之间的感应线圈 33、以及填充于“C”形水冷环32和感应器33之间的厚度约为1 3mm的绝缘层34构成， 参见图1和图2。其中感应线圈33是由带有绝缘层的铜带盘绕而成的，参见图4。带有绝 缘层的铜带的厚度需满足的条件是电流透入深度的20% 80%，尽可能使电流沿线圈径 向均勻分布。采用相互绝缘的铜带制作感应线圈33的模块式的感应器3，使通过该感应线 圈33自身的电流密度仅为2 3A/mm2，从而使感应器3自身能量损失仅为输入功率的2 4%。“C”形水冷环32中通以冷却水以实现炉体的冷却。另外，感应器3中的“C”形水冷环 32或感应线圈33也可以根据具体情况设计成串联或串联和并联组合，其效果等同于“C”形 水冷环32或感应线圈33并联的情形。同时，“C”形水冷环32的具体结构，可以根据热场的计算，在该“C”形水冷环32的 内圈增加一个导热铜板35，以利于炉体的热量通过导热铜板35顺利导出，以防止感应线圈 33过热。参见图5，本实用新型水、电引入的工作原理是将每一个单独的感应线圈33的引 入端接在一起、引出端接在一起，然后将总的引入端和总的引出端接电源的两极。当然，也 可以将几个感应线圈33为一组串联在一起组成一组，再将每一组并联在一起，然后将总的 引入端和总的引出端接电源的两极。将每一个单独的“C”型水冷环32的引入端接在一起， 引出端接在一起，然后将总的引入端和总的引出端接总冷却水的引入端和引出端。当然，也 可以将几个单独的“C”型水冷环32用软管串联在一起，组成一组，然后将每一组的引入端 接在一起，引出端接在一起，然后将总的引入端和总的引出端接总水冷环32的引入端和引 出端。此外，本实用新型提供的感应器无水冷的中频炉在炉体1的底部设有底环形铁芯 13，炉盖2的隔热层12的外围设有顶环形铁芯21。其中底环形铁芯13和顶环形铁芯21均 由多块铁芯叠加而成。因此，该感应器无水冷的中频炉的导磁体5、底环形铁芯13和顶环形 铁芯21共同形成封闭的磁场，从而减少了炉体的漏磁量。参见图6、图7、图8和图9，通过将本实用新型提供的中频炉和传统中频炉的磁场 实部和虚部分布图的比对，其结果应证出本实用新型提供的感应器无水冷的中频炉无论从 磁场实部、磁场虚部分布图来看，其漏磁很少，从而使中频炉的炉体引起的能量损失大大减 小，同时中频炉对于周围环境的磁辐射量也减少，有益于环保。
权利要求一种感应器无水冷的中频炉，包括设有固定架(4)的炉体(1)以及与炉体(1)的端口相配合的炉盖(2)；所述炉体(1)内设有坩埚(6)；所述坩埚(6)与炉盖的(2)内壁与外壁分别依次设有耐火层(11)和隔热层(12)；所述坩埚(6)的隔热层(12)的外围设有感应器(3)；所述感应器(3)设置于与固定架(4)固定连接的导磁体(5)的内侧；其特征在于所述感应器(3)包括两个、三个或多个感应线圈(33)、绝缘柱(31)、与绝缘柱(31)固定连接且成间隔排布的两个、三个或多个水冷环(32)；所述感应线圈(33)由带有绝缘层的铜带盘绕成，该感应线圈(33)嵌在相邻水冷环(32)之间；所述水冷环(32)与感应线圈(33)之间填充有绝缘层(34)。
2.根据权利要求1所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述水冷环(32)或感 应线圈(33)并联。
3.根据权利要求1所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述水冷环(32)或感 应器(33)串联。
4.根据权利要求1至3任一所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述绝缘层 (34)厚度为1 3mm。
5.根据权利要求4所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述感应线圈(33)的 带有绝缘层的铜带的厚度为电流透入深度的20 % 80 %。
6.根据权利要求5所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述水冷环(32)为 “C”形，且在该水冷环(32)的内侧设有导热铜板(35)。
7.根据权利要求1所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述导磁体(5)由两 块、三块或多块铁芯和铁芯固定圈(51)构成。
8.根据权利要求7所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述炉体(1)的底部 设有底环形铁芯(13)。
9.根据权利要求8所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述炉盖(2)的隔热 层(12)的外围设有顶环形铁芯(21)。
10.根据权利要求9所述的感应器无水冷的中频炉，其特征在于所述底环形铁芯(13) 和顶环形铁芯(21)均由两块、三块或多块铁芯构成。
专利摘要本实用新型提供一种感应器无水冷的中频炉，属于电炉设计制造技术领域，其主要由设有固定架的炉体以及与炉体的端口相配合的炉盖构成；该炉体内设有坩埚；且坩埚的外壁与炉盖的内壁分别依次设有耐火层和隔热层；在坩埚的隔热层的外围设有主要由绝缘柱、多个水冷环和感应线圈构成的感应器，并且水冷环与感应线圈之间填充有绝缘层。主要解决了现有的中频炉能耗高的技术问题，具有结构简单、成本低的优点，实现了中频炉工作过程中良好的节能。
文档编号F27B14/06GK201688691SQ20102016491
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者王河洲 申请人:西安机电研究所