CN105050221B - 一种电熔炉的加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电熔炉的加热方法，先坩埚组件上的加热线圈与感应线圈作为电感相互耦合，同时令上述两者同名端相连，然后在坩埚组件放入需要熔化的金属，接着令电感组与电容C连接，形成LC电路，连接测试电源后，在LC电路中形成一定频率的震荡电流，该震荡电流经集成功放后形成幅值和频率稳定的信号，判断模块根据信号的频率，在预设的加热频率方案中选择对应的方案，并按选择的方案控制加热控制模块驱动加热线圈对坩埚内的金属加热，以达到节能、快速熔化的目的。本发明用于金属的熔炼。

Description

一种电熔炉的加热方法

技术领域

本发明涉及一种电熔炉的加热方法。

背景技术

现有的涡流加热式的电熔炉，判断在坩埚中金属的多少，往往是靠人们的经验。但以经验进行估算，往往会出错。以电熔炉用于生产铝制品为例，在实际生产中，需要将不良铝制品重新投入坩埚中进行再利用，而由于铝制品已经成型，杂乱的铝制品放入坩埚后，人们的经验已经很难判断已经放入的不良品铝制品的体积了。涡流加热式的电熔炉有一个特性，就是放入不同体积的铝均对应一个最优的加热电压、加热频率。若使用错误的加热电压、加热频率，要么导致熔化效率低下，要么浪费能源，甚至可能会使金属铝过热，导致生产出来的产品强度下降，造成品质问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电熔炉的加热方法，它能判断在坩埚中金属的体积，并根据坩埚中金属的体积来选定最佳的加热工艺。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种电熔炉的加热方法，包括以下步骤：

a）、准备电熔炉，所述电熔炉包括加热线圈、感应线圈、被加热线圈和感应线圈所缠绕的坩埚组件，电熔炉还设有本身装载有加热频率方案的判断模块、集成运放、电容C、加热控制模块和测试电源；所述集成运放的输出端连接判断模块的输入端；所述感应线圈设置在加热线圈的上方，感应线圈与加热线圈均作为电感互相耦合，同时使上述两者的同名端相连；

b）、在坩埚组件中加入需要熔化的金属；

c）、令a）中所述电感组与电容C连接，形成LC电路；

d）、将c）中形成的LC电路接入测试电源，LC电路就会产生周期震荡的电流，此电流经集成运放处理后，形成一个幅值跟频率均稳定的信号；

e）、判断模块获取d）中的所述的信号后，判断模块根据该信号的频率在预设加热频率方案中,选定驱动加热线圈的加热频率方案；所述加热频率方案为施加在加热线圈上的，驱动加热线圈工作的频率；加热线圈上施加的频率的数值具有随着输入的信号的频率提高而整体提高的趋势；

f）、将加热线圈从LC电路中分离，并将其接入加热控制模块；

g）、加热控制模块根据e）中选定的加热频率方案对加热线圈施加具有选定频率的电压。

作为上述技术方案的进一步改进，感应线圈与加热线圈均作为电感相互全耦合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述加热控制模块预设有四种加热频率方案，所述加热频率方案分别为当放入的金属达到坩埚组件的容量0~19%、20~39%、40~59%、60~79%和80~100%时施加在加热线圈上驱动加热线圈工作的频率。

本发明的有益效果是：提供一种电熔炉的加热方法，先坩埚组件上的加热线圈与感应线圈作为电感相互耦合，同时令上述两者同名端相连，然后在坩埚组件放入需要熔化的金属，接着令电感组与电容C连接，形成LC电路，连接测试电源后，在LC电路中形成一定频率的震荡电流，该震荡电流经集成功放后形成幅值和频率均稳定的信号，判断模块根据信号的频率，在预设的加热频率方案中选择对应的方案，并按选择的方案控制加热控制模块驱动加热线圈对坩埚内的金属加热，以达到节能、快速熔化的目的。本发明用于金属的熔炼。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

一种电熔炉的加热方法，包括以下步骤：

a）、准备电熔炉，所述电熔炉包括加热线圈、感应线圈、被加热线圈和感应线圈所缠绕的坩埚组件，电熔炉还设有本身装载有加热频率方案的判断模块、集成运放、电容C、加热控制模块和测试电源；所述集成运放的输出端连接判断模块的输入端；所述感应线圈设置在加热线圈的上方，感应线圈与加热线圈均作为电感互相耦合，同时使上述两者的同名端相连；

b）、在坩埚组件中加入需要熔化的金属；

c）、令a）中所述电感组与电容C连接，形成LC电路；

d）、将c）中形成的LC电路接入测试电源，LC电路就会产生周期震荡的电流，此电流经集成运放处理后，形成一个幅值跟频率均稳定的信号；

e）、判断模块获取d）中的所述的信号后，判断模块根据该信号的频率在预设加热频率方案中,选定驱动加热线圈的加热频率方案；所述加热频率方案为施加在加热线圈上的，驱动加热线圈工作的频率；加热线圈上施加的频率的数值具有随着输入的信号的频率提高而整体提高的趋势；

f）、将加热线圈从LC电路中分离，并将其接入加热控制模块；

g）、加热控制模块根据e）中选定的加热频率方案对加热线圈施加具有选定频率的电压。

作为上述实施方式的优选方案，感应线圈与加热线圈均作为电感相互全耦合。

由于工业上常用铝材作为生产的原材料，故下文以铝为例对本发明的原理进行阐述，但本发明不限于铝材，它也适用于其他金属的熔炼。

铝的磁导率相对于空气的磁导率为1.000022，其差异非常小，由于电感值正比于磁导率，如果用单一线圈组来测定线圈组内是否有铝，其电感的差异非常小，很难用廉价的设备对其进行分辨。故在加热线圈的上方设置感应线圈，并将感应线圈与加热线圈作为电感相互耦合，同时使其两者同名端相连，组成电感组。其目的在于，在坩埚组件内没有铝的时候，利用感应线圈的反向磁场来抵消加热线圈的正向磁场，使加热线圈所围成的空间内放入铝后，铝和空气之间所相差的0.000022磁导率所造成的电感变化能得以凸显，在坩埚组件无铝的情况下，电感组的电感越小，所述的0.000022磁导率所造成的电感变化越能得以凸显，越容易用廉价的设备所分辨出来。

经调试后，在坩埚组件内无金属时，感应线圈与加热线圈组成的电感组的电感很小，在理想状态下，感应线圈与加热线圈作为电感两者相互全耦合，两者组成的电感组的电感值为零。为方便阐述本发明的原理，以电感组的电感值为零的情况进行说明。

在坩埚组件内加入金属后，由于感应线圈在加热线圈的上方，感应线圈所围成的空间内没有金属，故感应线圈的电感不变，然而加热线圈所围成的空间内有金属，这导致加热线圈的电感产生变化，那么电感组的电感会产生较大的变化，该变化取决于铝和空气之间所相差的0.000022磁导率，电感组与电容C串联后形成LC电路，LC电路接入测试电源后，LC电路中形成一定频率的震荡电流，该震荡电流经集成功放后形成幅值和频率稳定的信号。该信号被判断模块获取后，判断模块根据信号的频率，在预设的加热频率方案中选择信号频率所对应的方案，然后按选择的方案控制加热控制模块驱动加热线圈对坩埚内的金属加热。

值得指出的是，由于在坩埚组件的金属往往形状各异，导致它们之间存在间隙，故很难用恒定的公式算出在坩埚内金属的体积，故判断模块不必具体算出坩埚内金属的体积。只需要在生产电熔炉时，放入不同体积的金属，然后记录不同体积的金属在集成运放的输出端的频率，并制成“体积-频率”曲线，然后再该曲线上，选取若干个常用点，并针对所有常用点设置各自的加热加热频率方案，即形成若干个“频率-加热频率方案”数据，将此数据预设在判断模块中，当判断模块获得分频单元的信号后，根据信号的频率，根据信号的频率在 “频率-加热频率方案”数据中选取对应的方案。

于是，得出上述实施方式的优选方案，所述加热控制模块预设有四种加热频率方案，所述加热频率方案分别为当放入的金属达到坩埚组件的容量0~19%、20~39%、40~59%、60~79%和80~100%时施加在加热线圈上驱动加热线圈的频率。以佛山市技新电气有限公司，型号为JX-JRL-B600的电熔炉为例，应用本发明的技术，对铝材进行“体积-频率-加热频率方案”的映射数据测定：

使用电容值为10mF的电容C；判断模块上设有51单片机，其测量范围为1Hz~10KHz；铝的磁导率为1.000022，可得出如下的映射表：

铝占坩埚组件容量的体积比（%）	LC电路和集成运放输出端的频率（Hz）	加热频率方案：对加热线圈施加的频率（Hz）
			80~100	1.7K~2K	8K
60~79	2K~2.5K	10K
			40~59	2.5K~4K	12K
20~39	4K~8.9K	14K
			0~19	8.9K以上	16K

以上数据为针对实验电熔炉测量出的数据，由于制造误差的关系，同一款但不同一个电熔炉的LC电路的频率可能会有10%左右的偏差，故作为最优的选择，应该是对每一台电熔炉均进行数据的测量。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种电熔炉的加热方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）、准备电熔炉，所述电熔炉包括加热线圈、感应线圈、被加热线圈和感应线圈所缠绕的坩埚组件，电熔炉还设有本身装载有加热频率方案的判断模块、集成运放、电容C、加热控制模块和测试电源；所述集成运放的输出端连接判断模块的输入端；所述感应线圈设置在加热线圈的上方，将感应线圈与加热线圈作为电感相互耦合，同时使感应线圈与加热线圈的同名端相连，组成电感组；

b）、在坩埚组件中加入需要熔化的金属；

c）、令a）中所述电感组与电容C连接，形成LC电路；

d）、将c）中形成的LC电路接入测试电源，LC电路就会产生周期震荡的电流，此电流经集成运放处理后，形成一个幅值跟频率均稳定的信号；

e）、判断模块获取d）中的所述的信号后，判断模块根据该信号的频率在预设加热频率方案中,选定驱动加热线圈的加热频率方案；所述加热频率方案为施加在加热线圈上的，驱动加热线圈工作的频率；加热线圈上施加的频率的数值具有随着输入的信号的频率提高而整体提高的趋势；

f）、将加热线圈从LC电路中分离，并将其接入加热控制模块；

g）、加热控制模块根据e）中选定的加热频率方案对加热线圈施加具有选定频率的电压。

2.根据权利要求1所述的一种电熔炉的加热方法，其特征在于：所述加热控制模块预设有四种加热频率方案，所述加热频率方案分别为当放入的金属达到坩埚组件的容量0~19%、20~39%、40~59%、60~79%和80~100%时施加在加热线圈上驱动加热线圈工作的频率。