感应炉计算要点及部分参数取值.ppt

2018-6-5 1 2.4.3 感应炉的设计计算要点 炉体壁厚计算 坩埚尺寸计算 感应器尺寸计算 加热功率计算 电气参数计算 2018-6-5 2 炉体壁厚的计算 1)解析法 应用弹性力学经典方法求解 适于简单结构的计算 2)数值法 有限元方法(使用计算软件) 适于复杂结构的计算 3)图解法 使用有关图表，方便，快捷 2018-6-5 3 感应器和坩埚相关尺寸 坩埚尺寸用下标2表示； 感应器尺寸用下标1表示。 2018-6-5 4 坩埚尺寸计算 1)总容积 Vg—液体金属体积； K—占积率 考虑固态、液态金属的体积差异、电动力搅拌、液体沸腾以及装炉量调整等因素，取K=75%； M—装炉量； rm—液态金属的比重。 2018-6-5 5 2)坩埚平均直径和深度 d2—平均直径；h2—金属液高度。 令 则 取 a=0.5-1； 坩埚深度 2018-6-5 6 感应器尺寸计算 1)感应器内径 2)感应器高度 b=1.0-1.2，小炉取大值。 2018-6-5 7 加热功率计算 1)熔化功率 M—装炉量；c—材料的平均比热；ΔT—熔炼前后的温度差；t—熔炼时间 2)热损耗功率 Pf—坩埚口向外的热辐射量； Pc1—坩埚侧壁热传导量； Pc2—坩埚底部热传导量。 2018-6-5 8 热损耗 Pf— 坩埚口向外的热辐射量Pc1—坩埚侧壁热传导量； Pc2—坩埚底部热传导量。 2018-6-5 9 炉子总功率和热效率 ηz—总效率； η1—变频效率，η1=0.8(中频发电机组), η1=0.92(可控硅变频器)； η2—电容效率，η2=0.97； η3—感应器效率, η3=0.8； η4—输电线路效率，η4=0.95。 2018-6-5 10 感应熔炼电气参数计算 2018-6-5 11 电流频率的确定 电流频率是感应器最重要的参数之一，将影响到： 透入深度，功率因数，电动力，电效率等。 频率的选择要考虑的因素： 设备运行的经济性（电效率） 设备投资成本 频率越高，电效率越高，电源越贵 2018-6-5 12 电效率与频率的关系 ρ2—炉料的电阻率(Ω.cm)； d2—炉料的平均直径(cm)。 2018-6-5 13 感应熔炼量与电气参数 炉子容量增加，电流频率下降，可以增加透入深度，有利于熔料的加热和熔炼；电压增高，有利于减少热损耗。 2018-6-5 14 感应器线圈参数计算 电气参数包括：感应器电流、端电压、匝数、电效率、补偿电容、感应器铜管横截面积等。 计算原理： 变压器法：当频率较高或直径较大时，集肤效应明显，可认为电流在透入深度内均匀分布，把感应器和被加热金属系统看作是一个次级短接的单匝空心变压器。 2018-6-5 15 空心变压器 2018-6-5 16 变压器法计算中的等效电路 单匝感应器—炉料系统的等效电路： 等效的原则：等效电路前后的输入电流，端电压，功率不变，即 。 2018-6-5 17 等效电路的电阻和感抗 Xm—互感抗 X1、X2—原、副线圈的感抗 2018-6-5 18 计算中的三点假设 (1)炉料中感生电流集中于透入深度之中，且分布均匀。 因此，炉料为Δ2厚的空心圆柱，可看成短接单匝线圈； (2)炉料R2炉料感抗X2 因而，可以将炉料看成电感回路； (3)熔化过程中的绝大部分时间里，温度在居里点之上，即μr=1 2018-6-5 19 感应器设计计算内容与步骤1 1)炉料、感应器有效电阻R1、R2的计算 2)炉料、感应器感抗的计算 3)炉料—感应器系统互感抗的计算 4)炉料—感应器系统阻抗的计算 5)炉子电效率和自然功率因数 6)电源供给感应器有功功率及单匝感应器电流与电压的计算 设计计算内容与步骤2 7）感应器总匝数的计算 8）输入感应器电流的计算 9）感应器尺寸的计算 10）感应器—炉料系统实际阻抗的计算 11）补偿电容的计算 1２）感应器截面电流密度的校验 13）感应器的水冷计算 2018-6-5 21 1)感应器、炉料有效电阻R1、R2 (1)感应器、炉料透入深度 Δ1、 Δ2的计算 (2)感应器、炉料有效电阻R1、R2的计算 k3—填充系数，k3=0.7-0.95，与绝缘方式有关。 2018-6-5 22 2)感应器、炉料感抗 μ0=4π×10-7 KL—短线圈自感修正系数，KL =f(d/h)。 感应器匝数未知，先按单匝计算感抗。 2018-6-5 23 自感修正系数 K1—感应器自感修正系数， K1=f(d1/h1) K2—炉料自感修正系数， K2=f(d2’/h2) 2018-6-5 24 自感