（1）改 造 前 负 载 谐 振 回 路 的 设 备 配 置
采用两台电热电容器并联，型号为 ： RWF1000kVR-0.75-2.5S，额 定 功 率 ： 1000kVR，额 定 电 压 ：0.75kV，额 定 频 率 ：2.5khz。
感应线圈一件。直径 ：33cm，匝数 ： 17，坩埚规格 ：100#。
技术装备 | Technology & Equipment
可控硅中频感应炉的技术改造及优化
本文介绍分析可控硅中频熔炼感应炉的工作原理，并通过对现场中频感应炉主回路系统及逆变器负载L、C谐振回路 的研究，对其主回路系统和控制回路进行部分技术改造，优化了中频熔炼感应炉铸锭设备；实践表明，改造后的中频熔 炼感应炉达到了预期的目标，提高了铸锭的工作效率，为今后制造或技术改造中频感应炉提供了宝贵的经验。
KGPS型中频感应熔炼炉工作原理
1. 感应熔炼炉的基本原理 熔炼感应炉是根据电磁感应和楞次
定 律 的 基 本 原 理 设 计 制 造 的。其 基 本 原 理如图 1 所示 ：当交变电流 i 通入感应线 圈时，感应线圈内便产生交变磁通量￠，
使置于感应线圈中的金属物料受到电磁 感 应 而 产 生 感 应 电 势 e。即 e=-d ￠ / dt=-￠ m sinwt（假定交流电流为正弦 波）。感应电势 e 在坩埚的金属物料产生 的电流 i2 使金属物料内部开始加热，其产 生 的 焦 耳 热 为 ：Q=0.24I22Rt，使 金 属 加 热 融 化。（I2- 金 属 物 料 产 生 电 流 的 有 效 值 ；R- 工作电阻 ；t- 时间）。由此可见， 发热功率不仅与频率、磁通强弱、金属的 截面大小有关，而且还与金属本身导电、
KGPS型中频装置集成控制电路板 的调整
（1）最 小 逆 变 角 ：调 节 主 控 板 上 的 W4，使 逆 变 换 相 引 前 角 在 22 ℃ 左 右， 此时中频输出电压与直流电压的比为 1.2 左右。
（2）最 大 逆 变 角 ：调 节 主 控 板 上 的 W3，使 逆 变 换 相 引 前 角 在 42 ℃ 左 右， 此时中频输出电压与直流电压的比为 1.5 左右。
（1）产量得到大幅度提高，生产过程 中被加热金属铸锭质量稳定，外部表面和 色泽得到了显著改善，降低了产品能耗， 达到节约成本的要求。
（2）提高了设备的装备水平，实现了 连续生产作业，大大减轻了职工的劳动强 度，改善了劳动条件。
（3）节约了注锭时间，为金属浇铸阳 极板后进行电解提供了宽松的时间。
（4）由于主谐振回路电容量增加。一 方面，使中频感应炉启动容易，另一方面， 可以向供电电源输送无功功率，提高设备 的功率因数。世
从 上 述 分 析 中 可 知，并 联 逆 变 器 要 求中频电流超前中频电压，即要求逆变器 的工作频率高于负载谐振回路固有频率， 所以负载谐振回路处于容性状态。
IH
Ud
Ud
CSR4
L
图 2 并联逆变器可控硅中频主回路
Ic IL CSR3 R
KGPS型中频感应熔炼炉的改进
1. 控制回路中控制板它基频率的改造 控制回路中原有它基频率范围为 ：
文 | 吉君民 郭少敏
中 频 熔 炼 感 应 电 炉 进 行 淬 火、透 热、 熔炼等工业生产，具有金属熔化速 度快，加热过程温度均匀等特点，因而使 其广泛应用于现代冶金工业中。由于中频 熔炼感应炉在生产过程中能形成电磁力， 能引起金属溶液自行搅动，使熔化的金属 物料均匀，且加热设备不会污染所加工金 属 ；生产作业环境比较环保，金属物料损 耗小，具有回收率较高等优点。所以，中 频熔炼感应电炉对贵重金属及稀有金属 的冶炼效果极佳。
最 大 整 流 电 压 为 Ud= 2.34U2COSа
=2.34×220×0.9713 =500V ； 逆 变 器 的 功 率 因 素 角 Φ， 取 Φ=42° ；COS42° =1.73 逆 变 器 的 额 定 中 频 电 压： UH=1.11UD/COSΦ =1.11×500/COS42° =750V b．炉子感应加定功率 炉子加热所需要的热量为 Q=C(T2-T1)G 式 中 ：C- 被 加 热 金 属 的 平 均 比 热 容，单位 ：kcal/(kg*℃ ) 取 C=0.24;T1、T2— 被 加 热 金 属 起 始 温 度 和 浇 铸 温 度，取 T1=20 ℃， T2=1300 ℃，G— 被 加 热 金 属 的 总 质 量， 每炉被加热金属的质量 G=110kg。 所需的热量换算成电功率为 PH=Q/0.24t 式中 ：t—被加热金属加热由常温升 到 T2 所 需 要 的 时 间，生 产 周 期 40 ～ 50 分 钟 / 炉， 按 每 炉 50 分 钟 计， 故 取 t=50*60=3000s ；0.24— 热 功 当 量， 单 位 ：kcal/J 感应加热功率 ：PH=Q/0.24t =〔C(T2-T1)G〕/(0.24×3000) =〔 0 . 2 4 × ( 1 3 0 0 - 2 0 ) × 1 1 0 〕/ (0.24×3000) =46.93kW c．中频电源应提供给负载的热额功 率 每 炉 被 加 热 金 属 的 质 量 G=110kg， 50 分钟熔化一炉， 中频电源应提供给负载的功率 :Ph= PH/n 式中 ：n—电源总效率，是热效率和
图 1 感应线圈感应原理
Hale Waihona Puke LdLkCSR1CSR2
导磁等特性有关。
2. 中频电源的基本原理 KGPS 型中频感应熔炼炉逆变桥负
载采用感应线圈 L 和电容器 C 组成并联 谐 振 回 路。中 频 感 应 熔 炼 炉 的 基 本 原 理 如 图 2，由 快 速 关 断 可 控 硅 SCR1、SCR3 和 SCR2、SCR4 四 个 桥 臂 组 成，当 桥 臂 SCR1、SCR3 和 SCR2、SCR4 以 中 频 电 流 轮流导通时，由 C、L、R（感应线圈的电 阻 ）组 成 的 振 荡（ 负 载 ）回 路 两 端 电 流 不 断换相，形成中频电流。启动方式采用扫 描启动方式，提高了启动成功率 ；回路采 用 频 率 自 动 跟 踪 系 统，方 便 自 动 调 节 功 率。
[3] 张明勋 . 电力电子设备和应用手册 [M]. 北 京 ：机械工业出版社，1990 ：253-338.
[4] 黄俊 . 半导体变流技术 [M]. 北京 ：机械工业 出版社，1995 ：50-100.
37 2012年 第8期 世界有色金属
电解电容器扩大的办法，使得它基频率范 围 变 为 ：400 ～ 1500hz ；以 适 应 改 造 后 中频感应炉的正常启动需要。 2. 主回路中熔炼感应炉部分的改造
改 造 前，原 中 频 炉 设 计 功 率 为 100kW，额定输入电压为 380V，额定输 出 电 压 为 750V，额 定 频 率 为 2.5khz。主 回路电容器组为两台电热电容器并联，其 容量为 2000kVR。
3. 中频感应熔炼炉的基本结构 中 频 电 源 主 要 由 可 控 硅 整 流 器、滤
波 器、逆 变 器 及 一 些 控 制 和 保 护 电 路 组 成。图 3 示出中频感应熔炼炉装置的基本 结构。工作时，三相工频电流经整流器整 流成脉动直流，经滤波器变成平滑直流送 到逆变器，逆变器采用可控硅作为电子开 关，它将直流电转变成频率较高的电流供 给感应器，形成交变磁场。
( 作者单位 : 金川集团公司贵金属冶炼厂 )
参考文献
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金川集团贵金属冶炼厂原设计年 产贵重金属 50 吨，采用 KGPS 型中频熔 炼 感 应 电 炉 进 行 产 品 的 铸 锭 作 业。随 着 企 业 产 能 的 进 一 步 扩 大，原 KGPS 型 中 频装置熔炼感应炉铸锭的产能已远远不 能 适 应 企 业 生 产 的 需 求。经 对 现 场 使 用 KGPS 型 中 频 熔 炼 感 应 炉 原 理、主 回 路 系 统 及 逆 变 器 L、C 谐 振 回 路 的 研 究 分 析，结合生产现场实际应用情况的探讨， 主要对 KGPS 型中频熔炼感应炉的负载 部 分（ 感 应 线 圈 和 电 容 器 ）进 行 技 术 改 造，以 提 高 KGPS 型 中 频 熔 炼 感 应 炉 铸 锭的能力，适应企业产能的扩大需求，降 低企业投资费用。
800 ～ 2500hz ；通过将它基振荡回路的
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Technology & Equipment | 技术装备
电效率的乘积。 取 n=0.3 ；中 频 电 源 热 额 功 率 ：
Ph=PH/n=46.93/0.3=156.43kw
图 3 可控硅中频感应熔炼炉装置的基本原理框图
感 应 线 圈 采 用 ：直 径 47cm，匝 数 11，坩埚采用 ：120#。
每炉可熔炼精制被加热金属粉 110kg, 生产周期 40 ～ 50 分钟 / 炉。
（3）改 造 后 中 频 熔 炼 感 应 炉 装 置 技 术参数的确定
a．逆变器的额定中频电压 整 流 部 分 采 用 3*380v，50HZ 电 源 供 电 ，U 2= 2 2 0 V , 取 а = 13.78° ,COS13.78° =0.9713
（3）它 激 信 号 的 最 高 频 率 ：主 谐 振 回路固有频率 fo=1khz，调节主控板上的 W6，使它激信号的最高频率高于谐振回 路固有频率 15% ～ 30%。
中频熔炼感应炉装置改造后的效果
对 中 频 熔 炼 感 应 炉 装 置 改 造 后，至 今已运行 2 年多的时间，生产实践证明， 该改造达到了生产工艺要求，取得了较好 的经济效益。表现如下 ：
每炉可熔炼精致被加热金属粉 70kg ；生产周期 1.1 小时 / 炉