專利名稱：一種底注式澆注設備的中頻加熱方法及保溫澆注電爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種底注式澆注設備的中頻加熱方法及保溫澆注電爐，屬于機械行業(yè)
鑄造生產(chǎn)線上的一種專用機械化澆注設備領域。
背景技術：
目前在鑄造生產(chǎn)中與造型線配套的澆注設備一般有以下幾種手工澆包、無加熱 澆注機、感應加熱澆注爐。按加熱方式，感應加熱澆注爐可分為有芯和無芯兩類；按澆注方 式，澆注爐又可分為傾轉式、氣壓式等多種。 工頻有芯保溫澆注設備國內外已有生產(chǎn)，典型代表是容克、ABB等幾家公司的產(chǎn) 品。工頻有芯保溫澆注機械對金屬液的加熱是利用變壓器的工作原理，變壓器的初級為感 應線圈；次級即被加熱的金屬液，相當于封閉的單匝次級線圈；導磁體為一封閉框形鐵芯， 穿過初級線圈和被加熱的金屬液；當線圈內通入交變電流時，作為次級的金屬液因電磁感 應產(chǎn)生的電流而被加熱。所謂有芯即指，結構中存在一個穿過初級線圈和被加熱的金屬液 的導磁鐵芯。因要穿過赤熱的金屬液，高溫升高使磁材料的導磁率大大降低；設備的工作頻 率不宜太高，有芯爐工作頻率都是工頻。為保證爐內金屬液的熱循環(huán)，工頻有芯保溫澆注設 備的感應加熱部分只能放在設備底部，金屬液出口也只能設計在設備的上部。此類澆注機 的缺點有四1、工頻加熱，電效率低。2、金屬液出口在上部，熔渣易隨金屬液進入鑄型，造成 廢品。3、將熔融金屬液與感應線圈及鐵芯爐隔開的爐襯不能太厚，對其材質要求也很高；4、 停爐后爐襯會損壞。如不停產(chǎn)，一旦開爐就不能停，即使不生產(chǎn)也要供電保溫。
無加熱澆注機的種類很多，機械化的使用解放了繁重的人工操作，免除或減輕了 鑄造生產(chǎn)線上澆注工人的繁重體力勞動。但因隨時間的延續(xù)澆注機內的熔融金屬溫度會下 降，無法保證鑄件的質量。另外因金屬液溫度逐步降低，采用底注澆口極易造成澆口被凝固 金屬杜塞的故障，故無加熱澆注機不能選用出口截面積有限的底注澆注方式。
由于上述的原因和操作習慣的影響，本發(fā)明實施之前中頻感應加熱方法和底注式 澆注方式尚無在鑄造生產(chǎn)造型線澆注機上應用的。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術結構的不足，本發(fā)明提供一種底注式澆注設備的中頻加熱方法 及保溫澆注電爐。 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種底注式澆注設備的中頻加熱方 法，采用感應加熱方法電爐內的金屬液進行加熱、保溫和溫度控制，加熱供電為中頻；爐體 采用無芯結構，對鑄型充型的金屬熔液的出口通道"澆口 "設在電爐底部，三相整流然后逆 變的電路結構連接感應線圈。
底注式澆注步驟對鑄型充型的金屬熔液的出口通道"澆口"設在電爐底部，熔融
金屬液從在電爐底部的澆口流出，對造型線上已造好的鑄型進行澆注充型。 底注的方法步驟是采用無芯的爐體和塞桿結構，充型過程中，金屬液的流、斷及流量由塞桿控制。
有如下步驟 開爐時，坩堝內注入鑄型用的金屬液；向感應器線圈中通入65-1500Hz的中頻電 流，金屬液被其自身內部產(chǎn)生的電渦流加熱；金屬液的溫度由通入的中頻電流的功率控制。
為感應器線圈提供大功率中頻電流的裝置，其主電路采用三相可控硅整流然后逆 變的電路；該裝置可使用電子裝置調整可控硅的導通角度或調整IGBT的通斷時間完成功 率控制。 澆注過程中，向上提起塞桿則打開澆口，金屬液從爐內流出向鑄型充型；向下移動 塞桿可關閉澆口 ，截斷金屬流，停止充型；控制塞桿提起高度，可控制金屬液的流量。
本發(fā)明的加熱電力供給頻率范圍為65Hz至1500Hz。 采用三相可控硅整流然后逆變成中頻的供電電路，對金屬液加熱、保溫和控制，提 高了電效率；免除了工頻加熱中平衡其他兩相用的大功率電抗和電容，簡化了電路，降低了 成本；提高了爐內金屬液溫度調節(jié)的可控和可靠性，簡化了操控。為生產(chǎn)拍節(jié)快、產(chǎn)量大的 鑄件造型線提供一種底注式保溫澆注電爐；其澆注溫度可控，能夠適應各種鑄件的工藝和 質量要求。 本發(fā)明解決了在造型線上的澆注機械中的底注式澆注問題，消除了澆注過程中爐 渣易進入鑄型機的弊病。 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種底注式中頻加熱保溫澆注電 爐，用電解銅管制成感應線圈，線圈為同一直徑圓形排繞。 感應器線圈外部裝有硅鋼片制成的磁軛，磁軛的作用是減少漏磁對線圈外部金屬 (包括爐體)的感應。 線圈的內部為爐襯，也稱"坩堝"；坩堝內部形狀為圓筒狀。 爐襯由耐火材料在開爐前打結并燒結制成；線圈和爐體底部與爐襯之間襯有絕緣 用的絕緣隔如層。 底注式澆口用成型的澆口磚，打結時鑲嵌在爐底部的爐襯中，澆口軸線垂直向上； 澆口磚用耐火材料預制而成。 上述結構安裝在爐體內，爐體上部配有爐蓋。
爐蓋內有耐火材料制成的爐襯，用以保溫。 爐體和爐蓋的絕大部分用普通結構鋼制作，靠近感應線圈的部分采用非順磁的不 銹鋼制作。 澆注過程中爐金屬液會逐步減少，液面會下降；為保證此過程中均有較高電效率 和爐內金屬液的熱循環(huán)要求，要對線圈的高度進行控制，線圈下沿應略低于坩堝底，上沿應 在坩堝滿載液面的1/3之上、3/4之下。 與澆口磚的軸線對應，爐蓋上開有一孔；用耐火材料制成的塞桿由此孔穿過，垂直 安放；控制澆口開閉的以調整熔融金屬液流出、斷流和流量。 為感應器線圈提供大功率中頻電流的裝置，其主電路采用三相可控硅整流然后逆 變的電路；該裝置可使用電子裝置調整可控硅的導通角度或調整IGBT的通斷時間完成功 率控制。 本發(fā)明的有益效果是
使用底注技術，可減少鑄件廢品率，提高鑄件質量。由于金屬在熔煉過程中，雜質 和熔渣均浮在液面；底注式澆注可避免雜質和熔渣進入鑄件型腔，大大減少廢品出現(xiàn)。
使用中頻感應加熱技術，可取代落后的無加熱澆注機和效率不高、保養(yǎng)繁瑣的工 頻澆注機。


圖1是本發(fā)明的底注式中頻加熱保溫澆注電爐結構圖； 圖中1.金屬液，2.爐襯(坩堝)，3.絕緣隔熱層，4.感應線圈，5.磁軛，6.塞桿， 7.爐蓋，8.爐蓋內爐襯，9.爐殼，IO.保溫耐火磚，ll.澆口磚。
圖2是本發(fā)明的供電主電路原理圖； 圖中QF1.主空氣斷路器，Lcl Lc3.工頻限流電感，VI V6.可控硅整流橋， L.平波電抗器，Lc4 Lc7.中頻限流電感，V7 V10.可控硅逆變橋，C.中頻諧振補償電 容，LT.感應線圈。 圖3是本發(fā)明結構的立體示意圖； 圖中部件標號與圖1相同。 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
具體實施例方式
實施例1 :本發(fā)明機械結構和實施方法見圖1、圖3。感應線圈4材質為電解銅管， 圓形密排繞制。
線圈匝間做兩層絕緣，內層用云母帶纏繞，外層為玻璃絲帶，浸漆處理。
感應器線圈垂直安放，與爐體中心軸線同軸。 感應器線圈外部裝有磁軛5，磁軛用硅鋼片制成，磁軛的功能作用是減少漏磁對線
圈外部金屬(包括爐體)的感應；在結構上起支撐和固定感應線圈的作用。 爐殼9為焊接結構件主要是支撐并固定線圈、磁軛等爐內部件使之成為整體。 爐殼按材質不同分為三部分，上部和爐底部分使用普通碳素結構鋼，中間部分用
非順磁質的不銹鋼。 爐襯2(也稱"坩堝")在線圈的內偵U，內部形狀為圓筒狀。
爐襯由耐火材料在開爐前打結并燒結制成。
爐襯和線圈之間有絕緣隔熱層3。 絕緣隔熱層內層(靠近線圈側)材質為云母板，起絕緣作用；外層為石棉布或硅酸 鋁纖維氈，起隔熱和阻擋爐襯材料在打結時外泄的作用。
圖1中保溫耐火磚10起保溫作用。 底注式澆口 11使用成型的澆口磚，打結時鑲嵌在爐底部的爐襯中，澆口軸線垂直 向上；澆口磚用耐火材料在爐襯打結前預制。 爐體上部配有爐蓋7，材質為普通結構鋼；爐蓋中部開一孔(見圖l)，用于塞桿安裝。 爐蓋的爐襯8用耐火材料制成，用以保溫。正常工作時，爐襯內裝載澆注鑄型用的 熔融金屬液l。
澆注過程中爐內的金屬液逐步減少，液面會下降；為保證在最低液面時系統(tǒng)仍能 保持較高電效率并還能滿足爐內金屬液的熱循環(huán)要求，線圈的安裝高度應進行控制，線圈 下沿應略低于坩堝底，上沿應在爐內滿載是熔液高度的1/3之上3/4之下，建議取1/2。
用耐火材料制成的塞桿6，垂直安裝在爐子中心線上；可沿爐子中心線上下移動， 控制澆口開閉的以調整熔融金屬液流出、斷流和流量。 開爐時，坩堝內注入鑄型用的金屬液；向感應器線圈中通入65-1500Hz的中頻電 流，金屬液被其自身內部產(chǎn)生的電渦流加熱；調整中頻供電功率可控制金屬液的溫度。為感 應器線圈提供大功率中頻電流的裝置，主電路采用三相可控硅整流然后逆變的電路；使用 電子電路調整可控硅的導通角度或調整IGBT的通斷時間，完成功率控制。
澆注過程中，向上提起塞桿則打開澆口，金屬液從爐內流出向鑄型充型；向下移動 塞桿可關閉澆口 ，截斷金屬流，停止充型；控制塞桿提起高度，可控制金屬液的流量。
本發(fā)明所需的中頻供電方法有多種，可以選擇其中一種，典型的實施方法如下
首先將工業(yè)電網(wǎng)提供的三相工頻電整流成直流，經(jīng)電抗器濾波后逆變成所需的中 頻供給電爐加熱。實現(xiàn)此過程的主電路見說明書附圖2。 如圖2所示，三相可控硅整流然后逆變的電路的結構為VI V6組成三相整流橋； 三相整流橋的輸出一端接平波電抗器L濾波后連接V7 V10組成逆變橋電路的輸入一端， 三相整流橋的輸出另一端接平波電抗器L濾波后連接V7 V10組成逆變橋電路的輸入另 一端。整流元件采用可控硅或大功率二極管，逆變元件采用可控硅或IGBT。
感應器線圈LT作為負載，連接在逆變橋的輸出點；中頻諧振補償電容C并聯(lián)在感 應器線圈LT兩端。 圖2中VI V6組成三相整流橋，將工頻電力供電整流，變成的直流；直流電流經(jīng) 平波電抗器L濾波送至V7 V10組成逆變橋轉變成中頻， 感應器線圈LT作為負載，連接在逆變橋的輸出點。電器上，感應器線圈是一個感 性元件，功率因數(shù)很低，中頻諧振補償電容C并聯(lián)在線圈兩端作為功率補償。調整V1 V6 橋路可控硅的觸發(fā)角可控制電路的輸出功率。調整V7 V10橋路可控硅的觸發(fā)角可跟蹤 負載頻率。
權利要求
一種底注式中頻加熱保溫澆注電爐，采用中頻感應加熱爐內金屬液，供電為中頻；感應線圈和爐襯均為圓形，軸線垂直地面；感應線圈內部無鐵芯或其他導磁體；金屬液出口在澆注電爐的底部；向生產(chǎn)線上鑄型內澆注的金屬熔液是從此電爐底部出口引出，為鑄型充型，三相整流然后逆變的電路結構連接感應線圈。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種底注式中頻加熱保溫澆注電爐，其特征是用電解銅管 制成感應線圈，線圈為同一直徑圓形排繞；感應器線圈外部裝有硅鋼片制成的磁軛； 線圈的內部為爐襯或稱坩堝；坩堝內部形狀為圓筒狀；爐襯由耐火材料在開爐前打結并燒結制成；線圈和爐體底部與爐襯之間襯有絕緣用的 絕緣隔如層；底注式澆口用成型的澆口磚，打結時鑲嵌在爐底部的爐襯中，澆口軸線垂直向上；澆口 磚用耐火材料預制而成；上述結構安裝在爐體內，爐體上部配有爐蓋； 爐蓋內有耐火材料制成的爐襯；爐體和爐蓋用普通結構鋼制作，靠近感應線圈的部分采用非順磁的不銹鋼制作；線圈下沿低于坩堝底，上沿在坩堝滿載液面的1/3之上、3/4之下；與澆口磚的軸線對應，爐蓋上開有一孔；用耐火材料制成的塞桿由此孔穿過，垂直安放；為感應器線圈提供大功率中頻電流的裝置，其主電路采用三相可控硅整流然后逆變的 電路。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種底注式中頻加熱保溫澆注電爐，其特征是三相可控硅 整流然后逆變的電路的結構為VI V6組成三相整流橋；三相整流橋的輸出一端接平波電 抗器L濾波后連接V7 V10組成逆變橋電路的輸入一端，三相整流橋的輸出另一端接平波 電抗器L濾波后連接V7 V10組成逆變橋電路的輸入另一端，感應器線圈LT作為負載，連接在逆變橋另的輸出點；中頻諧振補償電容C并聯(lián)在感應 器線圈LT兩端。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種底注式中頻加熱保溫澆注電爐，其特征是使用感 應加熱的中頻供電頻率在65赫茲至1500赫茲之間，被線圈圍繞的內部沒有導磁鐵芯或其 他材質的導磁體。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種底注式中頻加熱保溫澆注電爐，其特征是感應線圈材 質為電解銅管，圓形密排繞制，線圈匝間做兩層絕緣，內層用云母帶纏繞，外層為玻璃絲帶，浸漆處理； 感應器線圈垂直安放，與爐體中心軸線同軸；爐殼按材質不同分為三部分，上部和爐底部分使用普通碳素結構鋼，中間部分用非順 磁質的不銹鋼；爐襯在線圈的內側，內部形狀為圓筒狀； 爐襯和線圈之間有絕緣隔熱層；絕緣隔熱層內層材質為云母板；外層為石棉布或硅酸鋁纖維氈。
6. —種底注式澆注設備的中頻加熱方法，其特征是采用感應加熱方法電爐內的金屬液進行加熱、保溫和溫度控制，加熱供電為中頻；爐體采用無芯結構，對鑄型充型的金屬熔液 的出口通道"澆口 "設在電爐底部；底注式澆注步驟對鑄型充型的金屬熔液的出口通道"澆口"設在電爐底部，熔融金屬 液從在電爐底部的澆口流出，對造型線上已造好的鑄型進行澆注充型；底注的方法步驟是采用無芯的爐體和塞桿結構，充型過程中，金屬液的流、斷及流量由 塞桿控制。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種底注式澆注設備的中頻加熱方法，其特征是有如下步驟開爐時，坩堝內注入鑄型用的金屬液；向感應器線圈中通入65-1500Hz的中頻電流，金 屬液被其自身內部產(chǎn)生的電渦流加熱；金屬液的溫度由通入的中頻電流的功率控制；為感應器線圈提供大功率中頻電流的裝置，其主電路采用三相整流然后逆變的電路； 整流元件采用可控硅或大功率二極管，逆變元件采用可控硅或IGBT ;該裝置使用電子裝置 調整可控硅的導通角度或調整IGBT的通斷時間完成功率控制；澆注過程中，向上提起塞桿則打開澆口 ，金屬液從爐內流出向鑄型充型；向下移動塞桿 可關閉澆口，截斷金屬流，停止充型；控制塞桿提起高度，控制金屬液的流量；加熱電力供給頻率為；范圍為65Hz至1500Hz。
全文摘要
一種底注式澆注設備的中頻加熱方法及保溫澆注電爐，屬于機械行業(yè)鑄造生產(chǎn)線上的一種專用機械化澆注設備領域。用于對造型線上的鑄型進行機械化的澆注充型，具有升溫、保溫和快速澆注功能。爐體采用無芯結構；用感應加熱方法電爐內的金屬液進行加熱、保溫和溫度控制，加熱供電為中頻；金屬熔液的出口通道“澆口”設在電爐底部。本發(fā)明使用底注技術，可減少鑄件廢品率，提高鑄件質量。由于金屬在熔煉過程中，雜質和熔渣均浮在液面；底注式澆注可避免雜質和熔渣進入鑄件型腔，大大減少廢品出現(xiàn)。使用中頻感應加熱技術，可取代落后的無加熱澆注機和效率不高、保養(yǎng)繁瑣的工頻澆注機。
文檔編號B22D37/00GK101718493SQ20091025078
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權日2009年12月10日
發(fā)明者白今田, 趙剛, 趙澤時 申請人:北京機電院高技術股份有限公司