高压高真空一体化感应熔炼炉

1. 基本原理

是利用中频感应加热的真空充入气体压力的设备，炉体内部设有一只螺旋形管式线圈，当线圈中通以中频交流电流时，则产生交变磁场，金属炉料在交变磁场作用下，相对切割磁感线，感应出电势，产生环形电流。

这种电流在本身的磁场作用下集中在金属炉料的表面（集肤效应），使外层金属料具有很高的电流密度，从而产生集中而强大的热效应，以致把金属炉料加热或熔化。

1. 设备用途

高压/高真空一体化感应熔炼炉由于它能严格控制合金成份，同时，具有电磁搅拌和高真空脱气的能力，广泛用于冶金生产厂及有关材料研究部门。

高压/高真空一体化感应熔炼炉可在高真空条件下或在充保护气氛情况下进行的熔炼和浇铸镍基、铁基、钴基及其它高级精密合金或高纯度金属。若选用石墨坩埚或者用石墨掺耐火粘土的坩埚，则可通过间接加热的方法熔化低电阻率的金属及其合金，例如：金、银、铜、铝、青铜等。

1. 设备组成

本套设备由炉盖、炉体、中频电源、感应线圈、真空机组、真空测量、充气系统、电气控制系统、冷却水系统等结构。

• 设备型号

本设备为立式周期式感应电炉，具体型号为IGBT-1500-6

• 主要技术参数
  1. 额定发热区：直径150*高120mm
  2. 设计温度： 1500℃
  3. 工作温度：1200℃
  4. 工作气压：5Mpa
  5. 线圈尺寸：内径400mm 高度230mm
  6. 线圈材质：T2铜
  7. 炉体直径800mm
  8. 额定中频功率： 50KW
  9. 额定中频频率： 2500~4000Hz
  10. 升温速率：0-100℃/min（跟电源功率大小有关）
  11. 温度控制方式：PID温度闭环控制 PID表为宇电719P
  12. 中频电压：     375V
  13. 极限真空度：  6.7×10^-3Pa
  14. 工作环境：  真空或者气氛保护
  15. 压升率：       ≤4Pa/h
  16. 冷却水压力：   0.25~0.4MPa
  17. 冷却水耗量：   10m³/h
  18. 水质要求：      PH值7.0～8.5，悬浮物固体＜100mg/L，总硬度CaO＜10mg当量/L，溶解性固体＜30mg/L，电导率＜500μS/cm
  19. 使用要求：海拔1000M以下、环境温度0~45度、湿度15%~45%。​

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 高压高真空一体化感应熔炼炉

• 结构组成

真空熔炼炉主要由炉体、炉盖、合金加料器、搅拌系统、感应线圈、同轴电极、真空系统、坩埚、锭模、真空测量系统、水冷系统、控制系统等组成。

• 设备结构特征

1. 炉体

炉体为双层水冷结构，内壁外采用304材质，并经仔细的抛光，表面光滑，有利于缩短抽气时间，且便于清洁。中间通水冷却。炉体设有真空抽气接口、同轴电极和进电装置接口。

1. 炉盖

炉盖为双层水冷的结构，内外壁及法兰为304不锈钢，厚度8mm，中间通冷却水。炉盖上装有多镜观察窗、压力传感器、充气阀门、放气阀门等。炉盖由手动减速机驱动丝杠带动炉盖升降，手动平移打开。炉盖上装的双层石英隔热玻璃做成的观察窗，能观察到炉内的工作情况。观察窗基座和真空炉炉盖加有真空插板阀门，需要观赏时打开插板阀门，向炉内充入正压时必须关闭阀门，防止正压损害玻璃对人员造成伤害。

1. 石墨发热体和保温层

根据工作温度和工艺的要求，发热体采用高纯石墨，石墨直径250mm，高150mm，隔热材料采用氧化铝陶瓷纤维保温材料，氧化铝陶瓷纤维保温材料缠绕在使用坩埚外壁，填充在感应线圈内壁与石英坩埚 外壁之间的空隙中。

1. 感应线圈

感应线圈由矩形紫铜管绕制而成，线圈表面经过喷漆绝缘处理，通过外围的绝缘板来固定位置，感应线圈和同轴电极间的连接是用两个螺母来连接的，拆卸方便，既能保证良好的导电，又能保证可靠的真空密封。

坩埚放置在线圈内部，线圈与坩埚之间靠线圈内壁有玻璃丝布或石棉纸板，一是保护线圈，二是防止填料漏出，以免线圈与导电性坩埚接触而造成短路，同时，也可防止线圈直接受坩埚的热辐射。在线圈的底部焊有多个勾形板来支持耐火板，耐火板是用来支撑坩埚。线圈的匝数不是一成不变的。根据不同的工作条件，可有不同的设计，而我方配套的线圈是适用性是广泛的。

1. 真空机组

为了在整个熔炼过程中，炉体获得良好的工作真空度，本设备真空系统由一台KT-300扩散泵、一台2X-30机械泵、高真空蝶阀、电磁真空带充气压差阀、真空管路、不锈钢波纹管及橡胶密封圈、扩散泵与真空炉体之间采用电动真空球阀等等组成。

1. 真空测量

设备使用热偶电离两用复合真空计，表头刻度热偶是由13到13×10^-2Pa，电离是由13×10^-2Pa到13×10^-6Pa，由ZJ-52T型热电偶真空规及ZJ-27型电离真空规联合使用。真空机组上还装有0.1MPa~133Pa的真空压力表，以观察炉内真空或保护气体的压力。

1. 充气装置

充气装置主要由充气阀、真空规管前段加装的真空球阀、充气管道等组成，用于熔炼加压的工艺所需充氩气、氮气的气氛要求，充气压力≤6MPa（正压、表压）。

1. 水冷系统

水冷系统由进水管、回水管、电接点压力表、阀门、管路等组成。通过管路供给真空机组 、炉体、电极、感应线圈等。水冷系统与控制系统相连，当水压低时，自动进行声光报警，并自动切断加热电源功能，以确保设备安全。设备的备用水装置由客户自备，备用水流量≥8m³/h。

1. 测温装置（接触式测温）

在石墨模具底部安装钨铼热电偶测量坩埚底部温度，测温范围200度-1500度，与测温表连接，既可以测温也可以和中频电源连接通过PID温控仪实现温度闭环控制。

1. IGBT中频电源

加热电源可采用IGBT中频电源，IGBT中频电源是采用串联谐振式的中频感应电源，逆变器件为新型IGBT模块（绝缘栅双极型晶体管，德国生产），其主要优点有以下几下方面：

1. 逆变电压高，电流小，线路损耗小，此部分比传统可控硅中频电源可节能10%左右。
2. 功率因数高，功率因数始终大于0.9，无功损耗小，此部分比传统可控硅中频电源节能3%~5%。
3. 高次谐波干扰小： IGBT晶体管中频电源的整流部分采用半可控整流方式，直流电压始终工作在高点，不调导通角，所以它不会产生高次谐波，不会污染电网，不会干扰工厂内其他电子设备运行。
4. 可恒功率输出：可控硅中频电源采用调压调功，而IGBT晶体管中频电源采用调频调功，不受炉料多少和炉衬厚薄的影响，在整个熔炼过程中保持恒功率输出，尤其是生产不锈钢、铜、铝等不导磁物质时，更显示它的*性，熔化速度快，减少炉料元素烧损少，降低成本。

综上所述，IGBT电源具有明显的高校、节能优势，特别是对于周期式感应电炉。

1. 控制系统

控制系统采用IEC标准，精选电气元件及测量元件，操作简单、直观。包括：整体控制柜 1套，内含：按纽、指示灯、报警器，空气开关、接触器、电缆桥架等。