1、2.8 米宽平板式中频感应加热炉的制造摘 要中频感应加热炉广泛应用于金属热加工行业，特别是石化行业使用的管道配件、压力容器等的生产。本文介绍了加热金属板材宽度达 2.8 米的平板式中频感应加热炉的成功制造经验。 关键词平板式、加热炉、感应圈、电容器 中图分类号：TG315.1；TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0094-01 为了解决国内还没有生产厂家生产过加热宽度超过 1.5 米以上的感应加热炉这个问题，我厂利用多年制作、使用螺旋型感应加热炉经验，成功自制一台结构尺寸为 32002500200 mm 的中频感应加热炉。 1.感应加热炉内部尺寸的计算 1
2、.1 确定加工钢板的尺寸 由于该管件厂需要一台能加热：长为 20002800mm、宽为10001900mm、厚度为 1040mm 钢板的矩形感应加热炉。按照能加热钢板的最长尺寸原则，确定加工钢板的尺寸为： 长度（a1）：2800mm；宽度（b1）：1900mm；厚度（c1）：40mm 1.2 计算感应加热炉内部的长（a2） 、宽（b2） 、高（c2） 为了使制造出来的感应加热炉能加热尽可能宽的钢板，减少感应圈的缠绕圈数，在选择感应加热炉的宽度时，尽量按钢板的长度来计算。 1.2.1 计算公式 式中：建议 r=c2/2；a 为钢板立面与感应圈侧面的间隙，建议在50150mm 之间选择。 式中：b
3、 为因感应圈端部效应而增加的补充长度，建议b=（510）c 式中：c 为钢板上侧的间隙，建议在 4080mm 之间选择； d0 为单边炉衬的厚度，建议在 1020mm 之间选择。 符号定义见（图 1） ，其单位均为 mm。 1.2.2 实际计算 该管件厂加热的钢板厚度多数在 1020mm 之间，加热厚度为 40mm钢板的机会比较少，本次 a、c、d0 的取值尽量取下限，分别是： a = 100mm；c = 40mm；d0 = 15mm；b = 5c = 200mm 代入公式（1） 、 （2） 、 （3） ，得出感应圈内部的长、宽、高分别是：a2 = 3100mm、b2=2300mm、c2 =1
4、10mm。 2.计算感应圈的总匝数 感应圈的总匝数由感应圈的总宽度和绕制铜管的宽度、匝间距离决定的，其计算公式是： 根据市场上拥有的铜管规格，选择 30253 mm 矩形铜管进行本次感应圈的制作。由于感应圈需要进行绝缘和保温处理，为了方便缠绕绝缘云母带和保温材料，感应圈的匝间留有 30mm 的距离。按照钢管宽度30mm，感应圈的匝间距离 30mm，a2=2300mm，根据公式（4） ，计算得：N总 = 38.3 匝，匝数不能取小数，为了制作方便，取 N 总= 40 匝。 由于感应圈总匝数为 40 匝，其实际宽度 a2 变为： a2=40（30+30）=2400mm 为了方便制造和便于调整感应圈
5、的电感量，把 40 匝线圈分成 8 组，每组线圈为 5 匝。 3. 理论计算 3.1 电感线圈正常工作的电感量范围 中频感应加热炉正常工作时需要感应圈与之并联的电容发生谐振，即感应圈的感抗要与之并联的电容器组的容抗相匹配。在不考虑电阻影响时感应线圈与电容的谐振理论公式是： 由于本感应圈比较大，根据实际经验判断其电感量会比较大，为使电容量达到最大值，中频电源所带电容需要全部并联运行。 该中频电源所配套的单台电容器的电容量是 113F，共计 14 台。总的电容量是： 11314=1582F=1.58210-3 F 该中频感应电源工作频率的范围是：5002000Hz 把这些数值代入公式（7） ，分别
6、得到： L164H；L24H 即：感应圈电感量的理论值范围应在 464H 之间。 3.2 计算 1 组线圈的电感量 L 由于本例中 ab，dc，线圈对角线的长度（m） ，这样 a g，空心矩形感应圈电感量的计算公式经简化为： 本例中： a b2 = 3.1m；b = c2+c = 0.135m（c=25mm 为铜管的厚度） ；d=2.4/8=0.3 m；N=5 匝，代入公式（6）得： L 22H 3.3 线圈之间互感量 M 的计算 线圈与线圈之间在工作时会产生互感现象，邻近边互感大，远离边互感小。对于大小相等、平行并同轴放置的矩形线圈，在制造时线圈之间的距离非常近，S30mm，因此 aS，bS
7、，由于 ab，相距为 S 之间的线圈互感量的计算简化为公式（7） （7） 将 a=3.1m，b=0.13m，S=0.02m 代入公式（7） ，得： M-6.410-7H=-0.64H 线圈之间的互感量只有 0.64H，与单组线圈的电感量 22H 相比小很多，在下面的计算中可以忽略线圈之间的互感影响。 3.4 确定感应圈的连接方式 整个感应圈一共分成了 8 组，每组感应圈的电感量为 22H，通过谐振理论计算得到的电感量范围为 464H。为此把 8 组感应圈分成两个小组，即每个小组为 4 组感应圈，每一小组并联然后两个小组再串联，这样得到的感应圈的电感量是： 1 个小组的电感量是 22/4=5.5
8、H，2 个小组串联后的电感量是5.5+5.5=11H，在需要范围的 464H 之间，符合谐振理论计算结果要求。 因此，最后确定感应圈的连接方法是：4 组感应圈并联成 1 个小组， 2 个小组再进行串联。 4. 感应圈和支撑架的制作 感应圈使用 30253 mm 矩形铜管绕制，每份 5 圈，共绕制 8 份。绕制完成后，在感应圈的上侧均匀分布焊接 6 个 10 的铜（或不锈钢）螺栓，用于固定上部支架。感应圈的两个端部焊接铜板，用于感应圈之间的连接。 以上工作完成后，使用绝缘云母带包缠矩形铜管，然后使用耐高温绝缘漆进行绝缘固定处理。 5. 结构组装、材料打结 由耐火砖砌制的隔离墩水泥硬化后，把已经由上部支撑三角架固定好的 8 组感应圈放到下部支撑架上，使用耐高温水泥对感应圈的下部和侧面进行打结，打结厚度为 15mm 左右。耐高温水泥打结硬化后，使用电工摇表测试感应圈铜管裸露部分与下部铁制支架的绝缘电阻，只要大于0.5M？就可以了。 制造完成后的加热炉最终结构尺寸是：32002500200 mm（不包括上下两个支撑架的尺寸） 。 参考文献 1 赵修科.实用电源技术手册磁性元器件分册M.辽宁科学技术出版社，2002 年 8 月. 2 肖新棉.感应加热线圈中的电磁场J.武汉水利电力大学学报 1996 年 06 期.
