高頻感應爐

高頻感應爐簡稱高頻爐。高頻爐在國外已廣為套用，近年來國內發展亦很快。除仿製產品外，完全國產化的高頻爐已進入市場，並取得了較好的套用效果。

高頻感應是一種先進的加熱方式，因為只有在樣品燃燒時才有高頻功率輸出，燃燒完成後，高頻感應會立即停止。高頻爐在啟動後，不需要升溫預熱時間，可隨時對樣品進行分析。高頻爐有著十分優異的燃燒性能，碳硫轉化率均高於管式爐，碳可認為幾達100%，硫據有關資料介紹，可達99%以上。

基本介紹

• 中文名：高頻感應爐
• 套用：實驗室進行科學研究
• 電源頻率：1000Hz

基本信息

高頻感應爐熔化率高，熔化過程中可保持功率在最佳頻段運行，極大限度地消除了新打爐襯對熔化速度的不良影響；熔煉鋼水質量高，鑄件成品率高；功率因數高，整機運行期間，功率因數可達97%以上，而且對電網不會產生干擾。

高頻爐的突出優點是對樣品的適應性強，尤其是對管式爐，電弧爐難於燃燒的特種材料，例如不鏽鋼、高鉻、高錳鋼、電熱合金、中間合金、純金屬（Ni、Co、Cu等），鐵合金中的矽鐵、鉻鐵，礦石、爐渣、燒結礦、油頁岩、石墨、碳化鎢、稀土材料及各種非金屬原材料等，均有較好的燃燒效果。

高頻爐燃燒性能穩定，操作方便，自動化程度高，如與紅外分析儀相配套。將會取得準確可靠的碳硫分析結果。1989年，高頻燃燒——紅外吸收法，已列為ISO標準（ISO9556-89、ISO4935-89），可見其這一方法的高度可靠性和技術上的領先性。

套用

所用電源的頻率在10000Hz以上，最高達1MHz。高頻感應爐需要變頻設備。高頻感應爐的容量因受電源功率的限制，一般在100kg以下。高頻感應爐主要用於實驗室進行科學研究。高頻電源設備可以配置淬火設備，用於熱處理部門進行機械零件的表面淬火。

組成

感應爐的構造見右圖，用銅管單層卷製成感應線圈，而在水冷感應線圈內有耐火材料打結的坩堝用以容納熔鍊金屬。感應爐通常由4部分組成：電源、爐體(主要是感應圈以及感應圈內用耐火材料製備的坩堝)、電容器組(用來提高功率因數)、控制和作業系統。

感應爐的構造圖

技術

高頻感應爐的加熱方式是通過電子管振盪電路產生高頻電磁場，然後加到樣品之上，對樣品進行感應，產生渦電流（渦流），從而產生焦耳熱，使樣品迅速升溫熔化，所以稱為高頻感應爐。

感應加熱的原理是：將工件放到感應器內，感應器一般是輸入中頻或高頻交流電 (1000-300000Hz或更高)的空心銅管。產生交變磁場在工件中產生出同頻率的感應電流，這種感應電流在工件的分布是不均勻的，在表面強，而在內部很弱，到心部接近於0，利用這個集膚效應，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內表面溫度上升到800-1000℃，而心部溫度升高很小。

優點

1.採用IGBT模組，節能省電；比電子管式省電30%，比可控矽中頻省電20%；

2.性能穩定：保護措施齊全，無後顧之憂；

3.加熱速度快：感應加熱，無氧化層，變形小；

4.體積小：採用分體式結構，重量輕，移動安裝都方便；

5.環保：沒有污染、噪聲和粉塵；

6.適應性強：能加熱各種各樣的工件；

7.溫度及加熱時間可精確控制，加工質量高。

鎢助熔劑

　　

高頻感應爐對添加劑的要求

高頻感應爐對添加劑的要求如下：

（1）選用添加劑最好是導電導磁材料，在燃燒過程中最好是放熱反應，它與樣品氧化物熔融時形成互溶的流體。揮發物不吸附CO₂和SO₂。

（2）添加劑中碳、硫含量要低，w（C）<0.001%、w（S）<0.0005%。碳、硫空白值越小越好。

（3）添加劑於樣品氧化熔融時，對坩堝無腐蝕作用，以免在燃燒過程中坩堝開裂、滲漏。

（4）添加劑的粒度最好控制在0.84～0.42mm之間。孔隙度15%左右，這樣可防止氧氣流吹散飛濺，又能使添加劑快速氧化燃燒。

（5）鎢系列助劑，如：純鎢粒、鎢+錫、鎢+錫+純鐵、鎢+純鐵等是高頻感應爐常用添加劑。

鎢粒添加劑

鎢粒添加劑的特點如下：

（1）鎢是最難熔化的金屬，它的熔點為3380℃，電弧溫度才能將鎢熔化。由此，電燈泡中常用鎢絲。它能用作添加劑，是因為鎢容易氧化。

（2）鎢的氧化，鎢粒在溫度高於650℃時通氧就開始氧化並發出大量的熱。

W+3/2 O₂=WO_3，△H=-840.11 KJ/mol

此反應在高溫狀態具有發熱值高、反應速度快，生產疏鬆狀態的WQ₃。

（3）三氧化鎢，屬酸性氧化物。它的生成有利於CO₂和SO₂的釋放，其熔點1473℃，且熔化熱低，沸點大於1750℃。WO₃有一個重要特性，是溫度在900℃以上有顯著的升華，有部分WO₃揮發。由於WO₃的逸出，增加了碳硫的擴散速度，使試樣中碳、硫充分氧化，揮發的WO₃在700～800℃又轉化為固相，覆蓋在管道中尚存的Fe₂O₃，阻止了SO₂催化轉為SO₃，防止了管道對硫的吸附。從而保證了碳、硫分析結果的可靠性，另外鎢空白值低，可用於低碳、低硫的測定。因此，鎢粒添加劑在高頻爐燃燒中得到廣泛套用。