立式感应炉是如何运作的？高效加热和保温熔融金属

从根本上讲，立式感应炉的运作方式就像一个特制的变压器。该炉使用初级电线圈和铁芯，在容纳的回路或“通道”中感应出强大的次级电流，该回路中充满熔融金属。这种感应电流直接在金属内部产生强烈的热量，然后热量循环到主炉膛中，从而加热更大的金属熔池。

立式感应炉的决定性特征是其定向加热方法。与其他一次性加热所有金属料的熔炉不同，立式感应炉只高效地加热一小段连续的金属回路，使其非常适合保温和维持大量液态金属的温度。

立式感应炉的构造

要理解其工作原理，您必须首先想象其关键组件。其设计是将容器和加热引擎巧妙地结合在一起。

主炉膛或熔池是容纳大部分熔融金属的大型耐火衬里钢制容器。其主要作用是安全地容纳液态金属料。

感应单元连接在主炉膛的底部或侧面。该单元包含一个闭合回路或通道，也衬有耐火材料。“喉道”将此通道与主炉膛连接起来，使熔融金属能够在两者之间流动。

感应单元是围绕变压器设计构建的。一个由交流电源供电的初级感应线圈缠绕在叠片铁芯周围。该铁芯的形状设计为穿过熔融金属通道的开口，而不会接触到金属。通道内的金属有效地成为了变压器的次级“线圈”。

加热过程是电磁原理的直接应用，以连续循环的方式发生。

当交流电通过初级线圈时，它会产生强大且快速变化的磁场。铁芯集中此磁场，并将其高效地引导通过通道中熔融金属的回路。

这个集中的磁场在熔融金属回路的单匝中感应出极高安培数、低电压的电流。液态金属完成了次级电路。

熔融金属具有固有的电阻。当巨大的感应电流流过它时，这种电阻会导致快速而强烈的热量产生（焦耳定律，或 $I^2R$ 加热）。这种热量仅在通道内的金属中产生。

通道中过热、密度较低的金属通过喉道上升到主炉膛。炉膛中较冷、密度较大的金属下沉，取而代之进入通道，形成连续的自然对流回路。此过程高效地将热量传递给整个熔池，并提供温和而有效的搅拌作用。

立式感应炉的设计赋予了它特定的优点和缺点，特别是与无芯感应炉相比时。

由于立式感应炉在任何给定时间只加热总金属体积的一小部分，因此它在维持温度或略微提高温度（过热）方面具有极高的能源效率。这使其成为保温大量熔融金属的首选技术，例如在压铸操作中或作为主要熔炼炉的缓冲。

立式感应炉不能从冰冷的固体状态开始。 它需要一个连续的熔融金属回路来完成次级电路。这种初始装料被称为“底料”（heel），必须从另一个来源提供。尝试用固体金属启动，就像变压器次级电路开路一样。

无芯感应炉的工作原理不同。其初级线圈环绕整个坩埚，在大部分金属料中感应出涡流。这使得它能够从固体状态熔化金属，使其在熔炼废料、频繁更换合金以及启动和停止操作方面更加通用。

选择正确的感应炉技术完全取决于您的操作目标。

理解立式感应炉的定向加热与无芯感应炉的整体加热之间的这种基本区别，使您能够为您铸造厂选择最具成本效益和操作上最可靠的解决方案。

方面	描述
操作原理	作为变压器运行，初级线圈在熔融金属通道回路中感应电流，通过焦耳定律产生热量。
关键组件	主炉膛（容纳金属）、带通道的感应单元、变压器组件（线圈和铁芯）。
加热过程	通道金属中的感应电流引起 $I^2R$ 加热，自然循环将热量传递给主熔池。
主要用途	高效保温和过热大量熔融金属；启动需要熔融底料。
比较	在保温方面比无芯感应炉更节能，但在从固体状态熔炼方面通用性较低。