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突破傳統 助力戰略新材料

-- 稀有粉末燒結高溫爐專用水冷變壓器研發專訪

粉末冶金燒結爐是一種利用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作爲原料,經過成形和燒結制成金屬或合金零部件的熱處理設備。主要用于壓制成形的鐵基、銅基及其它相關粉末冶金制品。廣泛應用于軍工,汽車,機械,家電,電動工具,磁性材料等。

燒結電爐分爲電阻燒結爐和感應燒結爐兩大類,電阻燒結爐使用較多。電阻燒結爐是通過電熱元件將電能轉變爲熱能用來進行燒結的電爐;感應燒結爐是利用電磁感應在金屬內激勵出電流使其加熱的電爐。

按爐內使用氣氛和真空度,電阻燒結爐分爲普通氣氛電阻燒結爐和真空電阻燒結爐,感應燒結爐亦可分爲普通氣氛感應燒結爐和真空感應燒結爐;按爐子結構型式,電阻燒結爐分爲豎式電阻燒結爐和臥式電阻燒結爐,感應燒結爐亦可分爲豎式感應燒結爐和臥式感應燒結爐;按作業性質,電阻燒結爐分爲間斷式電阻燒結爐和連續式電阻燒結爐,感應燒結爐亦可分爲間斷式感應燒結爐和連續式感應燒結爐。此外,感應燒結爐按使用的頻率,可分爲中頻感應燒結爐(500Hz-10kHz)和高頻感應燒結爐(70~200kHz)。

按加熱方式,電阻燒結爐又分爲間接加熱式電阻燒結爐和直接加熱式電阻燒結爐。間接加熱式電阻燒結爐是指電流通過電熱元件發出熱量,借輻射傳熱使爐膛溫度升高從而將制品加熱;直接加熱式電阻燒結爐是指電流由電源通過接頭直接流過被加熱制品使其加熱,例如,用于等難熔金屬高溫燒結的高溫垂熔爐便是一種典型的直接加熱式電阻燒結爐。

燒結時需要使用壓力而有加壓燒結爐,這種爐子主要用于薄層制品如粉末冶金摩擦片的燒結,鍾罩爐便是一種典型的加壓燒結爐。

電熱元件電阻燒結爐的電熱元件分爲金屬電熱元件和非金屬電熱元件兩大類。金屬電熱元件有純金屬和合金兩種。純金屬電熱元件有:鉑(最高使用溫度1400℃)、钼(最高使用溫度1600℃)、鎢(最高使用溫度21()()~2500℃)、钽(最高使用溫度2500℃等);合金電熱元件有:鎳鉻系(最高使用溫度1050~1100℃)、鐵鉻鋁系(最高使用溫度1300~1400℃)。非金屬電熱元件有:碳化硅(最高使用溫度1450℃)、硅化钼(最高使用溫度1700℃)、石墨(最高使用溫度:3000℃)等。

利用金屬和合金作電熱元件的電阻燒結爐,根據電熱元件的材質和形狀,可分爲钼絲爐、鎢絲爐、鎢棒爐、钼片爐、钽片爐、鎳鉻絲爐和鐵鉻鋁絲爐等。其中最有代表性的是钼絲爐,應用也較廣泛。钼絲燒結爐的結構示意圖如圖1所示,工作溫度1500℃,常用來燒結粉末冶金材料和制品,特別是燒結硬質合金。如果需要使用真空,便可制成真空钼絲爐、真空鎢棒爐等。

利用非金屬作電熱元件的電阻燒結爐,根據電熱元件的材質和形狀,可分爲碳化硅棒爐、碳管爐、炭布爐等。碳化硅棒爐的工作溫度爲13001℃,常用來燒結粉末冶金鐵基制吊;炭布爐的工作溫度爲1300~1600℃,常用來燒結硬質台金;碳管爐的工作溫度爲1200~1800℃,主要用作碳化,有時也可用作燒結爐。

發展爲了提高生産效率和保證産品質量,在粉末冶金鐵基制品的燒結中,發展了金屬網帶傳送式燒結爐和步進梁式燒結爐。金屬網帶傳送式燒結爐的電熱元件,低溫段用鎳鉻絲,高溫段用碳化硅棒,工作溫度可達1300℃。在高溫段也有用高溫鐵鉻鋁钴合金絲作電熱元件的,步進梁式燒結爐的電熱元件,低溫段用0Cr25Al5鐵鉻鋁絲,高溫段用钼絲或高溫鐵鉻鋁钴合金絲,也有用碳化硅棒的。

        近日,我公司定制研發的燒結爐專用水冷變壓器圓滿完成,順利通過甲方專家組驗收。爲滿足用戶的工藝要求,整機容量450KVA的變壓器分爲6個安裝單元,分別布置到爐體側面,整機安裝高度達到2米,對抗震結構提出了很高的要求。而且爲了保證高溫爐的調溫要求,水冷變壓器要具備原邊大範圍調壓功能,這給水冷變壓器的研發制造提高了很大難度,經過精確的電氣參數設計計算和科學的結構設計,在保證産品的電氣性能優良的前提下,高壓線圈采用自冷箔式結構,低壓線圈采用水冷銅管式結構,整體線圈爲同心式分布軸向壓裝,既降低了器身高度,且保證高效的散熱。經過我公司研發技術人員和工程工藝技術人員刻苦攻關,最終方案確定,並得到用戶認可。

整機方案結構示意圖如下。

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在研發制和造過程中,進一步優化産品的選材用料和細節工藝,層間絕緣選用進口杜邦公司N0mex-T410絕緣材料,保證産品絕緣和耐溫的高可靠性,銅管單螺旋裸管抛光,保證散熱和美觀。

高壓線圈采用箔式層式結構,低壓線圈采用水冷銅管式結構,低壓線圈爲多單元並聯式分布軸向壓裝,既降低了線圈高度,且保證高效的散熱。高壓側調壓抽頭用銅排軸向引出。

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鐵芯內置水冷換熱器,強化鐵芯散熱能力,采用30Q120高導磁硅鋼片,同時采用先進的多級步進多級疊片方式,有效降低了空載損耗、空載電流和噪聲。在設計、制造過程中較好地消除了變壓器大電流漏磁渦流引起局部發熱問題,産品具有極高的可靠性。

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根據水冷散熱特性,合理分配水冷管路水流量,達到最佳冷卻效果,水系統管路設計安全可靠,主管路采用銅管路,滿足防腐要求,出水嘴采用國際標准的密封螺紋,有效防止滲漏。分支連接管路采用耐高溫尼龍纖維與橡膠複合管路或聚四氟乙烯管路,保證可靠的耐溫耐壓耐久性。進出水設計溫差低于5℃,水流速設計值低于1.5m/s,工作壓力設計值低于3bar,保證水冷系統工作的穩定可靠。

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銅管繞組引出端采用橫向引出方式,局部加強絕緣,並根據客戶要求對變壓器采用“三防漆”處理(防鹽霧、防濕熱、防黴菌),裝飾性好,耐腐蝕性、保光性、保色性較好,有良好的流平性和遮蓋力,結構簡化,外形美觀。

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       整机满足IP56等級的防護要求。

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三河市翰祺電氣設備有限公司行政部宣

2019年4月24日


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