کویل کوره القایی

کویل کوره‌ القایی 1

کویل‌ کوره القایی را می‌ توان به عنوان بخش مرکزی کوره در نظر گرفت. نقش اصلی کویل، ایجاد میدان مغناطیسی لازم برای به‌وجود آمدن جریان های گردابی2  و به تبع آن تلفات فوکو3 و در نتیجۀ آن، گرم شدن و ذوب قراضه و یا سنگ معدن فرآوری شده است. با توجه به حساسیت و نقش این قطعه، مشخصات الکتریکی و مکانیکی کویل تأثیر به‌ سزایی بر چگونگی عملکرد و راندمان کوره خواهند داشت. از این رو با توجه به تنوع در جنس و کیفیت قطعات به‌ کار رفته در ساخت کویل، شرکت آراز ترانس رِنج وسیعی از انواع کویل های کوره‌ های القایی را مطابق طراحی خود و یا نقشۀ ارسالی از سوی خریداران در اختیار مشتریان قرار میدهد و در نتیجه، مشتری قادر به انتخاب طرح، مواد مورد استفاده و نوع عایق بندی بر طبق خواستۀ خود خواهد بود.

ساختار کلی یک کویل کوره القایی

یک کویل کوره‌ القایی کامل بطور عمده متشکل از موارد زیر می‌ باشد:

  • یک یا چند بخش اکتیو4 – که حامل جریان برق کوره برای ایجاد میدان مغناطیسی لازم برای ذوب و همین‌ طور جریان آب برای خنک‌ کاری می‌ باشند، بخش های اکتیو که لزوما از مواد مسی ساخته می‌ شوند برای تقسیم جریان کل کویل و نیز پایین‌ آوردن رآکتانس کلی کویل با یکدیگر بطور موازی اتصال داده می‌ شوند.
  • یک یا چند بخش غیراکتیو (کولینگ)5 – که صرفا حامل جریان آب بوده و جهت خنک‌ کاری خاک کوره در دو انتهای آن و گاه بصورت تک ‌حلقه غیر کامل بین بخش های اکتیو جهت پرکردن فواصل بوجود آمده مورد استفاده قرار می‌ گیرند. بخش های کولینگ کویل عمدتا از فولاد زنگ‌ نزن غیرمغناطیسی و یا از مواد مسی ساخته می‌ شوند.
  • یک یا دو تک‌ حلقه اتصال کوتاه مسی در دو انتهای کویل6 (در صورت وجود) – که جهت تعدیل و کاهش چگالی فلوی مغناطیسی در دو انتهای کویل مورد استفاده قرار می‌ گیرند، این حلقه‌ های اتصال کوتاه که موسوم به “حلقه فارادی” می‌ باشند، لزوما در تمامی کویل‌ ها وجود ندارند و وجود و یا عدم وجود آن‌ ها بستگی به نحوه طراحی کویل دارد.
  • سیستم تثبیت‌ کننده کویل – شامل تعدادی پیچ‌ و مهره از جنس‌ های فولاد زنگ‌ نزن مغناطیسی و برنج که بطور مستقیم در زوایای مختلف به حلقه‌ های کویل جوشکاری شده و که توسط تعدادی ساپورت کامپوزیتی مهار شده‌ اند.
  • سیستم عایق‌ بندی و ایزولاسیون کویل – که از مهمترین بخش‌ های کویل می‌ باشد و ایزولاسیون الکتریکی بین حلقه‌ ها و اجسام خارجی در اطراف کویل را تامین می‌ نماید.
  • اتصالات الکتریکی کویل به منبع تغذیه آن – که شامل اتصلات شینه‌ ای از جنس مس و یا رزوه‌ ای از جنس مس و یا برنج می‌ باشد و توان الکتریکی لازم را از منبع تغذیه به کویل می‌ رساند.

انواع کویل کوره القایی به‌ لحاظ نحوه پیچش

کویل‌ های کوره‌ های القایی به لحاظ پیچش در دو شکل هلیکال7 و آفست‌ دار8 پیچیده می‌ شوند.

کویل های هلیکال شامل حلقه‌ های مارپیچی هستند که بصورت حلزونی از ابتدا تا انتها پیچیده شده‌ اند. این دسته از کویل‌ ها بسبب زاویه‌ دار بودن حلقه‌ هایشان میدان مغناطیسی و حرارت اعمالی متوازن و یکنواختی را بر مواد تحت ذوب فراهم نمی‌ کنند، از این رو استفاده از این نوع از کویل‌ های کوره‌ های القایی عمدتا در ابعاد و سطوح توان پایین تر مورد ساخت و استفاده قرار می‌گیرند و استفاده از آنها در ابعاد و مقیاس بزرگتر چندان مورد توصیه نمی‌ باشد. همچینین وجود فواصل غیریکنواخت میان بخش‌ های اکتیو کویل و نیز عدم توازی بین دو سطح بالایی و پایینی کویل از دیگر مشکلات مونتاژ و بهره‌ برداری از کویل‌ های هلیکال می‌ باشد.

کویل های آفست‌ دار برخلاف انواع هلیکال از حلقه‌ های مسطحی تشکیل شده‌ اند که برای تشکیل طبقه در نقاط ابتدا و انتهای حلقه‌ ها بشکل زانودار (آفست) پیچیده می‌ شوند، لذا در تضاد با کویل های هلیکال در این‌ دسته از کویل‌ ها، سطوح بالا و پایین کویل کاملا صاف و موازی بوده و همچنین میدان مغناطیسی و حرارت یکنواختی را بر مواد تحت ذوب اعمال می‌ کند. از اینرو استفاده از این نوع از کویل‌ ها خصوصا در توان‌ ها و تناژهای بالا بیش تر مورد توصیه می‌ باشد.

انواع کویل کوره القایی به‌ لحاظ نحوه مونتاژ

همانطور که پیشتر نیز گفته شد کویل‌ های کوره‌ القایی از یک یا چند بخش اکتیو تشکیل یافته‌ اند که این بخش ها با یکدیگر بصورت موازی قرار گرفته‌ اند. حال بخش های اکتیو مذکور به دو شکل می‌ توانند با یکدیگر موازی شوند: متوالی و دونخ

در کویل های با اکتیوهای متوالی، بخش های اکتیو کویل بصورت متوالی و به حالت هم‌ محور، پشت سرهم در یک امتداد قرار گرفته و توسط ساپورت های کویل در امتداد هم تثبیت می‌ شوند و نهایتا یا با استفاده از شینه‌ بندی روی کویل و یا با اتصالات کابل های آبگرد مربوطه به لحاظ الکتریکی با یکدیگر موازی می‌ شوند.

در این حالت معمولا میزان تزویج بین دو بخش اکتیو متوالی 20 تا 40 درصد می‌ باشد.

کویل کوره القایی

در کویل های با اکتیوهای دونخ (که معمولا در کویل‌ های با تعداد دو بخش اکتیو متداول می‌ باشد)، بخش های اکتیو بصورت در هم تنیده با یکدیگر ادغام می‌ شوند، به‌ گونه‌ ای که حلقه‌ های آن‌ ها بصورت یک‌ درمیان نسبت بهم قرار می‌ گیرند. میزان تزویج بین دو بخش اکتیو کویل در این حالت نزدیک به 100 درصد می‌ باشد.

گفتنی است که عموما کویل‌ های دو نخ بصورت هلیکال پیچیده می‌ شوند.

شایان ذکر است که ارجحیت خاصی بین دو طرح یاد شده در مونتاژ کویل وجود ندارد و بسته به محدویت های فیزیکی، ابعادی و مشخصه‌ های الکتریکی مطلوب در طراحی یکی از دو مدل مذکور برای مونتاژ کویل در نظر گرفته می‌ شود.

اکتیوپارت کویل

همانطور که پیشتر نیز بدان اشاره شد، اکتیو پارت کویل بخش اصلی کویل کوره‌ القایی می‌ باشد که با عبور جریان الکتریکی متناوب میدان مغناطیسی لازم جهت ایجاد جریان‌ های گردابی در مواد تحت ذوب را تامین می‌ کند، اکتیو پارت کویل کوره‌ القایی از یک یا چند واحد مجزا (عموما بتعداد دو عدد) تشکیل می‌ شود که این واحدها نهایتا بوسیله اتصالات منصوب برکویل و یا با کابل‌ های انتقال توان با یکدیگر موازی می‌ گردند.

واحدهای اکتیو کویل از نورد مقاطع مسی تحت استانداردهای مشخص ساخته می‌ شوند. جنس، عملیات حرارتی اعمال شده و شکل مقطع این مقاطع در عملکرد و بهره‌ وری کویل نقش بسزایی ایفا می‌ نماید. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه به بخش “مقاطع مسی” مراجعه نمایید.

کولینگ پارت کویل

” کولینگ پارت ” کویل کوره‌ القایی بخشی از کویل می‌ باشد که حامل جریان الکتریکی نبوده و صرفا جهت خنک‌ کاری بخش تحتانی و فوقانی بوته مورد استفاده قرار می‌ گیرد. کولینگ پارت لزوما در تمامی کویل‌ ها وجود نداشته و در صورت وجود می‌ تواند شامل یک و یا دو بخش در بالا، پایین و یا هر دو انتها باشد، همچنین در کویل‌ هایی که بصورت هلیکال پیچیده شده‌ اند گاه در حد فاصل بین بخش های اکتیو کویل، برای خنک‌ کاری خاک آن ناحیه از حلقه‌ های کولینگ استفاده می‌شود.

جنس حلقه‌ های کولینگ می‌ تواند از مس و یا فولاد زنگ‌ نزن باشد، همچنین مقطع مورد استفاده در آن‌ ها بصورت چهارگوش و یا گرد (عمدتا بصورت گرد خصوصا در صورت استفاده از فولاد زنگ‌ نزن) می‌ باشد. در صورت استفاده از مقاطع فولاد زنگ‌ نزن بعنوان حلقه‌ های کولینگ‌ پارت کویل، توجه به سه نکته ضروری می‌ باشد:

  • لزوما بایستی از مقاطع بدون درز استفاده شود.
  • آلیاژ مورد استفاده حتما بایستی غیرمغناطیسی باشد (ترجیحا گریدهای 304 و 316 استیل نگیر).
  • حلقه‌ های کولینگ حتما بایستی پس از نورد تحت عملیات حرارتی و تنش‌ گیری قرار بگیرند، در غیر اینصورت شاهد فشار و دفرمگی در دو انتهای کویل خواهیم بود.

 

حلقه فارادی یا تک رینگ خنثی

“حلقه فارادی” یا نام دیگر آن تک‌ رینگ‌ خنثی، یک تک حلقه اتصال کوتاه‌ شده از جنس مس بصورت آبگرد می‌ باشد، که در صورت وجود بعنوان بالاترین حلقه و یا پایین‌ ترین حلقه کویل در یکی از دو انتها و یا گاه در هر دو انتهای کویل نصب می‌ شود. هدف از بکارگیری حلقه فارادی تعدیل فوران‌ های شار مغناطیسی کویل در بخش های ورودی و خروجی آن در دو انتهای کویل است، بعبارتی حلقه اتصال کوتاه فارادی که بدون اتصال به منبع توان کویل در بخش های فوقانی و تحتانی کویل قرار دارد با عبور میدان مغناطیسی تولیدی توسط کویل از داخل آن بسبب قانون القای فارادی ولتاژ الکتریکی در دو سر آن القا شده و جریان الکتریکی در داخل آن جاری می‌ شود که در اثر این جریان میدان مغناطیسی اینبار توسط تک‌ رینگ اتصال‌ کوتاه تولید می‌ گردد که در جهت مخالف با میدان اصلی عبوری از آن می‌ باشد و بدین ترتیب چگالی فلوی مغناطیسی در آن نواحی کمی تعدیل شده و فشار کمتری بر محیط فلزی اطراف و یوک‌ های کوره وارد می‌ نماید.

سیستم تثبیت‌ کننده کویل

سیستم تثبیت کویل شامل امکانات و تجهیزاتی است که در ساخت کویل کوره‌ القایی برای تثبیت و ممانعت از تغییر شکل و جابجایی حلقه‌ های کویل در اثر نیروهای الکترومغناطیسی بوجود آمده استفاده می‌ شود.

سیستم تثبیت کویل شامل تعدادی پیچ و مهره از جنس مواد غیرمغناطیسی و مواد کامپوزیتی نصب‌ شده بر روی آن‌ ها می‌ باشد.

ترکیب مورد استفاده شرکت آراز ترانس در تثبیت‌کننده‌ ها شامل پیچ استیل نگیر و مهره برنجی می‌ باشد، استفاده از پیچ و مهره تمام استیل خطر گیرپاچ کردن مهره‌ ها را هنگام باز و بست کردن مجدد آن‌ ها داشته و استفاده صرف از پیچ و مهره برنجی موجب کاهش استحکام تثبیت‌ کننده‌ ها خواهد شد.

ایجاد اتصالات مورد نظر به دو شیوه میسر می‌ باشد:

  • جوشکاری مستقیم پیچ استیل به سطح حلقه‌ ها و بستن مهره برنجی بر روی آن
  • جوشکاری مهره برنجی بر سطح حلقه‌ ها و بستن مهره استیل.

که بسته به نوع طراحی و ترجیح مشتری یکی از دو روش پیشنهادی بکار گرفته می‌ شود.

جدا از اتصالات مطرح‌ شده، برای تکمیل سیستم تثبیت کننده کویل در زوایای مشخصی از کویل نگهدارنده (ساپورت) های کامپوزیتی ویژه‌ ای بر اتصالات مذکور نصب می‌ گردند. ساپورت‌ های کامپوزیتی ترکیبی از الیاف شیشه و رزین اپوکسی می‌ باشند، که بسته به گرید الیاف و رزین بکار رفته در ساختارشان خواص و ویژگی‌ های متنوعی دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر به بخش عایق‌ های مورد استفاده در ایزولاسیون کویل کوره‌ القایی مراجعه نمایید.

همچنین برای جلوگیری از اعمال حرارت‌ های نامتعارف در مواقع اضطراری بر ساپورت‌ های کویل، استفاده از یک پلیت میکا بعنوان محافظ در پشت ساپورت‌ ها توصیه می‌ شود.

سیستم عایق‌ بندی و ایزولاسیون کویل9

شاید اساسی‌ ترین موردی که در ساخت کویل بایستی لحاظ گردد، کیفیت سیستم عایق‌ بندی و ایزولاسیون کویل می‌ باشد، مطابق بررسی‌ های صورت‌ گرفته از طرف مسئولین واحد تحقیق و توسعه این شرکت بزرگترین عامل خرابی‌ های کویل و توقفات پی‌ در پی ذوب ضعف در سیستم عایقی و کیفیت ایزولاسیون کویل می‌ باشد. از این‌ رو شرکت آرازترانس تبریز توجه ویژه‌ ای که کیفیت و قابلیت اطمینان سیستم عایق بندی کویل‌ های خود نموده و در این راستا با در نظر گرفتن فاکتور زمان اجرا و هزینه سه متد عمده را برای عایق‌ بندی کویل‌ های خود توصیه می‌ نماید.

متد-1 : شرکت Inductotherm آمریکا برای عایق‌ کاری کویل‌ های ساخت شرکت خود اقدام به ابداع عایق ویژه‌ ای نموده و نام Inducto-Flex2M را برای آن به‌ عنوان برند محصول برگزیده است. مهمترین ویژگی این عایق مخصوص که به­ صورت رنگ پودری الکترواستاتیک با پایه اپوکسی می‌ باشد، قابلیت عدم ترک‌ خوردگی و کنده شدن از سطح کویل به هنگام مواجهه با انبساط‌ ها و انقباض‌ های شدید هادی‌ های کویل حین کار است. تحمل بالای حرارت، قدرت عایقی بالا و خاصیت چسبندگی یکنواخت به سطح کویل حین پاشش با دستگاه ویژه از دیگر خصوصیات این عایق خاص می‌ باشد. استفاده از این عایق بصورت تنها و بدون استفاده از سایر مواد کمکی برای عایق‌ بندی کویل کفایت نموده و در صورت بهره‌ برداری از کویل در شرایط استاندارد نیازی به استفاده از سایر مواد عایق ازقبیل عایق‌ های مایع و نوارهای عایقی در کنار Inducto-Flex2M نمی‌ باشد. حال با توجه به امکان دسترسی شرکت آراز ترانس به این ماده عایقی امکان عایق‌ بندی کویل‌ های ساخت این شرکت با استفاده از Inducto-Flex2M البته پس از سندبلاست کامل کویل  (قبل از پاشش عایق پودری به‌ منظور از بین بردن لایه‌ های اکسید سطح) وجود داشته و عایق‌ کاری کویل با استفاده از این ماده به ­عنوان متد شماره 1 عایق‌ کاری این شرکت معرفی می‌ گردد.

متد-2 : در متد شماره 2 در کنار عایق‌ کاری اولیه کویل با استفاده از Inducto-Flex2M ازیک باند ایزولاسیون دولایه‌11 و یک لایه وارنیش مایع ویژه اپوکسی جهت بالا بردن حاشیه امنیت بهره‌ برداری از کویل استفاده می‌گردد. استفاده از این متد تنها زمانی پیشنهاد می‌ گردد که بهره‌ برداری از کویل در شرایط کاری غیراستاندارد و و پرخطر صورت گیرد، وگرنه در صورت بهره‌ برداری از کویل در شرایط کاری مناسب و نرمال استفاده از Inducto-Flex2M به تنهایی کفایت خواهد نمود.

 

 

متد-3 : در این متد که عایق‌ کاری بدون استفاده از Inducto-Flex2M می‌ باشد، پس از سندبلاست کامل کویل، سطح آن با استفاده از سه لایه رنگ ویژه اپوکسی کوتینگ شده سپس دولایه باند ایزولاسیون بر روی آن پیچیده می‌ شود و بروی باند نیز یک لایه وارنیش مایع ویژه اپوکسی پاشیده می‌ شود. استفاده از این شیوه برای عایق‌ کاری کویل‌ ها، عموما در کویل‌ های تعمیری و یا در مواقعی که احتمال بروز نشتی‌ های فوق ریز وجود دارد، استفاده می‌ شود.

با توصیفات صورت گرفته در خصوص روش‌ ها و متدهای عایق‌ کاری کویل، بدیهی است که به لحاظ کیفیت و قابلیت اطمینان ترتیب متدها بصورت 1،2 و 3 بوده و طبیعتا هزینه صرف شده بابت عایق کاری کویل در ترتیب مذکور بصورت صعودی می‌ باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص خواص هریک از عایق‌ های مورد بحث به بخش سایر عایق‌ های مورد استفاده در کوره‌ های القایی مراجعه نمایید.

اتصالات الکتریکی کویل به منبع تغذیه

اتصال کویل به منبع تغذیه آن -که توسط کابل‌ های آبگرد برقرار می‌ شود- به دو شیوه میسر است:

  • اتصالات شینه‌ ای – در این حالت اتصال بین کویل و کابل‌ آبگرد متصل بدان با استفاده از چفت و بسط شینه‌ های مسی کویل و کابل برقرار می‌ شود.
  • اتصالات رزوه‌ ای – در این حالت اتصال بین کویل و کابل‌ آبگرد متصل بدان با استفاده از چفت و بست رزوه‌ های کویل و کابل که مکمل یکدیگر هستند برقرار می‌ شود.

بسته به امکانات و محدودیت‌ های موجود یکی از دو روش فوق در ساخت کویل مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

در زیر نمایش شماتیکی برای مقایسه دو شیوه مذکور آمده است:

Coil-18-min

در صورت استفاده از اتصالات رزوه‌ ای جهت اتصال کویل برای کاهش فلوی مغناطیسی ایجاد شده توسط کابل های آبگرد متصل به کویل، میتوان اتصالات فازهای همنام کویل را نسبت به‌ هم بصورت ضربدری قرار داد.

1- Induction Coil

2- Eddy Current

3- Foucault Losses

4- Active Part

5- Cooling Part

6- Faraday Ring

7- Helical Coil

8 -Offset Coil

9- Coil Insulation

10- Epoxy Based Varnish

11- Overlap با اورلپ 50%

12- Nomex Tape

13- Silicon Rubber Tape

14- Mica Tape

15- Kapton Tape

16- Fiberglass Tape