Катушка для индукционной печи

Катушка для индукционной печи¹

Сердцем индукционной печи является катушка, основная роль которой заключается в создании магнитного поля, необходимого для возникновения вихревых токов², вызывающих потери от токов Фуко³, и этот процесс приводит к нагреванию и плавлению лома или переработанного рудного сырья. Принимая во внимание важности этой части, электрические и механические характеристики катушки будут иметь прямое влияние на функцию печи и ее эффективность. Компания «Аразтранс» предлагает широкий ассортимент катушек для индукционных печей на основе своего дизайна или по заказу покупателей с использованием компонентов из разнообразных материалов и качества при производстве катушек. Поэтому заказчик может выбрать по своему усмотрению дизайн, используемые материалы и тип изолирования.

Общая конструкция катушки индукционной печи

Основными элементами катушки индукционной печи являются:

• Одна или несколько активных частей⁴, по которым проходит электрический ток печи для создания магнитного поля с целью плавления и водный поток для охлаждения. Активные части из меди соединены параллельно для деления общего тока катушки и уменьшения её общего реактивного сопротивления.
• Одна или несколько неактивных частей (охлаждение)⁵, по которым циркулирует только водный поток для охлаждения огнеупорных материалов печи с обоих концов. Иногда это предусматривается как единственный незавершенный цикл между активными частями для заполнения промежутков. Охладительная часть катушки в основном изготавливается из немагнитной нержавеющей стали или меди.
• Один или два медных короткого замыкания на обоих концах катушки (если есть)⁶, Это используется с целью модуляции и уменьшения плотности магнитного потока на обоих концах катушки. это короткое замыкание называется «кольцом Фарадея». Это короткое замыкание не обязательно присутствует во всех катушках, а его наличие или отсутствие зависит от конструкции катушки.
• Система стабилизации катушки, которая состоит из ряда болтов и гаек из магнитной нержавеющей стали и латуни. Они приварены непосредственно к виткам катушки под разными углами и фиксированы рядом композитных опор.
• Система изоляции катушки, которая является одной из важнейших частей катушки и создает электрическую изоляцию между кольцами и посторонними веществами и предметами вокруг катушки.
• Электрические соединения катушки с источником питания, которые состоят из медных шин или резьбовых соединений из меди или латуни. Они передают необходимую электрическую мощность от источника питания к катушке.

Виды катушек индукционной печи по способу кручения

Катушки индукционной печи по способу кручения имеют две формы: спиральную⁷ и офсетную⁸. Спиральные катушки состоят из спирально намотанных витков. Из-за угловатости витков этого типа однородные магнитное поле и тепло не применяются к материалам, которые подвергаются процессу плавления. Таким образом, применение этого типа катушек индукционной печи часто рекомендуется в печах небольшого размера и мощности. Следует отметить, что неравномерность расстояний между активными частями катушки и непараллельность верхней и нижней поверхностей катушки вызывают проблемы при сборке и эксплуатации спиральных катушек.

В отличие от спиральных типов, офсетные катушки состоят из плоских замкнутых витков, расположенных многорядно друг над другом и намотанных с офсетом на концах. В отличие от спиральных, катушки этого типа имеют параллельные верхнюю и нижнюю поверхности. Это вызывает магнитное поле и равномерное тепло на материалах, которые подвергаются процессу плавления. Таким образом, эти катушки в основном используются в печах большого размера и мощности.

Виды катушек индукционной печи по способу сборки

Согласно вышеизложенному, катушки индукционной печи состоят из одной или нескольких активных частей, расположенных параллельно друг другу. Эти активные части могут быть параллельны двумя способами: последовательным и двойным.

В катушках с последовательными активными частями активные части располагаются коаксиально последовательно и на катушке стабилизируются в одном направлении опорами и параллельно друг другу с помощью шин или соединителей водоохлаждаемых кабелей.

В этом случае взаимная индуктивность между активными частями составляет примерно от 20 до 40 процентов.

В катушках с двойными активными частями активные части переплетаются друг с другом таким образом, что их кольца располагаются попеременно одно за другим. При этом взаимная индуктивность между активными частями составляет около 100 процентов.

Стоит отметить, что  в основном катушки с двойными активными частями наматываются спирально.

В то же время нет особого предпочтения между двумя типами катушек, а сбора выполняется в соответствии с физическими и размерными ограничениями и электрическими характеристиками.

Активная часть катушки

Как упоминалось выше, активная часть катушки представляет собой основную часть катушки индукционной печи, которая обеспечивает необходимое магнитное поле с целью создания магнитного поля, необходимого для создания вихревых токов в расплаве. в активной части индукционной печи в основном имеется одна или несколько (чаще две) активных частей, соединенных параллельно друг другу с соединителями на катушке или водоохлаждаемыми кабелями.

Активные части катушки изготавливаются из прокатанных медных труб по определенным стандартам. Производительность и эффективность катушки имеют прямую связь с  материалом, термической обработкой и формой трубы. Чтобы получить больше информации об этом, пожалуйста, обратитесь к разделу «медные профильные трубы».

Охлаждающая часть катушки

Охлаждающая часть катушки индукционной печи — это часть катушки, которая не проводит электрический ток и применяется только для охлаждения нижней и верхней частей тигля. Она не обязательно присутствует во всех катушках, а при наличии она может состоять из одной или двух частей вверху, внизу или  на обоих концах. В спиральных катушках иногда охлаждающие элементы размещаются между активными частями для охлаждения огнеупорных материалов в этом месте.

Материал, используемый в изготовлении охлаждающих элементов может быть из меди или нержавеющей стали, также профили, используемые в них, чаще всего имеют прямоугольную или круглую (в основном круглую из нержавеющей стали) форму. При использовании охлаждающих элементов из нержавеющей стали необходимо учитывать три момента:

• Профили должны быть бесшовными.
• Применяемый сплав должен быть немагнитным (предпочтительно из марки 304 или 316)
• Охлаждающие детали должны быть отожжены после процесса прокатки. Иначе на обоих концах катушки возникнет давление и деформация.

Кольцо Фарадея

«Кольцо Фарадея», также называемое нейтральным однорядным кольцом, представляет собой одиночный короткозамкнутый медный виток с водяным каналом. Оно монтируется в качестве верхнего или нижнего кольца катушки на одном или обоих концах. Оно используется для регулировки плотности магнитного потока на входе и выходе катушки. Другими словами, согласно закону Фарадея (без подключения к источнику питания катушки), при пропускании магнитного поля, создаваемого катушкой, на обоих концах индуцируется электрическое напряжение, и внутри нее течет электрический ток. Таким образом короткое замыкание Фарадея генерирует обратную электродвижущую силу – напряжение со знаком, противоположным тому, что подается на катушку. Это помогает регулировать плотность магнитного потока в этих местах и в результате, меньшее давление оказывается на окружающую металлическую среду и магнитопроводы печи.

Система стабилизации катушки

Эта система состоит из средств, которые используются в катушке индукционной печи для стабилизации и предотвращения деформации и смещения витков катушки под действием магнитного поля.

Система стабилизации катушки включает в себя ряд немагнитных болтов и гаек и прикрепленных к ним композитных материалов.

Материал деталей стабилизаторов, применяемый компанией «Аразтранс» является болтами из немагнитной стали и латунными гайками. Использование стальных болтов и гаек может привести к вращательной жесткости гаек, а использование исключительно латунных болтов и гаек приводит к снижению прочности стабилизаторов.

Вышеупомянутые соединения выполняются двумя способами:

• Прямая приварка стальных болтов к виткам катушки и закрепление на них латунных гаек
• приварка гаек к виткам катушки и закрепление на них стальных болтов

В зависимости от дизайна и предпочтений клиента применяется один из двух способов.

В дополнение к указанным соединениям для завершения системы стабилизации катушки под определенными углами катушки устанавливаются специальные композитные опоры. Эти опоры состоят из стекловолокна и эпоксидной смолы, и имеют различные свойства и характеристики в зависимости от марки используемых волокон и смолы. Чтобы получить дополнительную информацию об этом, обратитесь к разделу «Изоляционный материал для электрической изоляции катушки индукционной печи». Также рекомендуется использовать листовую слюду в качестве защитника, чтобы избежать перегрева в рейках катушки в чрезвычайных случаях.

Система изоляции катушки⁹

Качество системы изоляции катушки можно считать самым основным моментом в изготовлении катушки. Согласно исследованиям отдела исследований и разработок этой компании, самой большой причиной  ухудшения состояния катушек и перерывов в производстве являются слабость системы изоляции и качество изоляции катушек. Таким образом, «Аразтранс» уделяет особое внимание качеству системы изоляции катушек и, в зависимости от сроков изготовления и стоимости, предлагает три основных метода изоляции собственных катушек.

Первый метод: американская компания «Inductotherm» разработала специальный изоляционный материал и выбрала для своего продукта название «Inducto-Flex^2M». Этот  изоляционный материал выполнен в виде электростатической порошковой краски на эпоксидной основе и его основным свойством является то, что он не  растрескивается и не отслаивается от поверхности катушки при воздействии сильных расширений и сужений проводников катушки. Высокая термостойкость, значительная изоляционная способность и равномерное сцепление с поверхностью катушки при напылении специальным аппаратом – одни из характеристик этого изоляционного материала. Если катушка установлена ​​в стандартных условиях, использование  исключительно изоляционного материала «Inducto-Flex^2M» достаточно для изоляции катушек без необходимости в других вспомогательных материалах, таких как жидкая изоляция и ленточная. Благодаря доступу компании «Аразтранс» к этому изоляционному материалу, предпочтительным методом компании для изоляции собственных катушек является использование «Inducto-Flex^2M» после полной пескоструйной обработки катушек (перед напылением порошковой изоляцией для удаления поверхностных оксидных слоев).

Второй метод: в этом способе, помимо первичной изоляции «Inducto-Flex^2M», используются двухслойная¹¹ изоляционная лента и слой специального жидкого лака на эпоксидной основе с целью повышения качества изоляции катушки. Использовать этот метод рекомендуется только при неподходящих и опасных условиях, а в подходящих и нормальных условиях будет достаточно применения исключительно «Inducto-Flex^2M».

Третий метод: в этом методе не используется «Inducto-Flex^2M». Таким образом после полностью пескоструйной обработки катушки ее поверхность покрывается тремя слоями специальной краски на эпоксидной основе, а затем обертывается двумя слоями изоляционной ленты, покрытой специальным жидким лаком на эпоксидной основе. Этот метод обычно используется для отремонтированных катушек или в случаях, когда есть вероятность очень крошечных утечек.

Согласно предоставленному описанию, порядок методов по качеству, надежности, а также стоимости изоляции от 1 до 3 будет восходящим.

Чтобы получить дополнительную информацию о свойствах каждого изоляционного материала, обратитесь к разделу «Изоляционный материал для изоляции катушки индукционной печи».

Электрические соединения катушки с источником питания

Подключение катушки к источнику питания осуществляется водоохлаждаемыми кабелями двумя способами:

• Шинные соединения – В этом методе катушка соединяется с водоохлаждаемым кабелем с помощью медных шин.
• Резьбовые соединения – В этом методе катушка соединяется с водоохлаждаемым кабелем с помощью резьбовых соединений.

Применение одного из двух вышеуказанных методов зависит от доступных средств и ограничений.

Ниже вы можете увидеть схематическое изображение обоих методов для сравнения:

При использовании резьбовых соединений для уменьшения магнитного потока, создаваемого присоединяемыми к катушке водоохлаждаемыми кабелями, одноименные фазы можно располагаться крестообразно.