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▶고주파 용융
유도가열 방식으로 금속 또는 무기질 재료를 녹이는 방식을 고주파 용융이라 하며 그 방식으로는 직접 또는 간접 가열 방식이 있다.
◎ 직접 가열 방식 : 유도가열이 최초로 이용된 영역으로 내화물 도가니나 냉 도가니를 사용하여 녹여야 할 물질 자체를 유도가열로 직접 가열 시키는 방식이다.
◎ 간접 가열 방식 : 금속 또는 흑연등으로 된 도가니를 유도가열로 가열시켜 그열로 도가니 내의 재료를 2차 적으로 가열 용융시키는 방식이다. 도가니 재료의 도전율과 두께등을 고려하여 적정 주파수를 산정하게 되므로 일단 도가니가 결정되면 필요한 주파수가 결정된다.
다음은 교류 발전기를 사용한 용해로의 용해특성을 나타내고 있다.
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설 비 의 정 격
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특 수 강 용 해 특 성
|
|
주 파 수
(KHz)
|
출 력
(Kw)
|
전 압
(V)
|
용 해 량
(Kg)
|
용 해 시 간
(min)
|
동력 원단위
(KWh/t)
|
|
10
|
15
|
200/400
|
5
10
|
20
45
|
-
-
|
|
30
|
400
|
20
30
|
40
60
|
-
-
|
|
3
|
30
50
100
|
400
400/800
800
|
30
50
100
|
60
60
55
|
-
1030
900
|
|
1
|
300
600
1200
1800
|
800
800
1600
1600
|
500
1000
3000
5000
|
75
65
90
100
|
750
700
680
680
|
금속 재료는 온도에 따라 저항이 변화하므로 온도가 낮은 표면에서 에너지의 흡수가 크며 무기재료는 이와는 반대로 온도의 상승에 따라 저항이 감소하므로 냉각수에 의해 냉각되는 도가니 주변에서는 에너지의 흡수가 크지 못하게 된다. 따라서 금속의 용융시에는 에너지의 손실을 감소키 위해 워크코일 주변에 내화물을 사용하여 열전달에 의한 손실을 줄여주는 방법을 택하나 무기재료에서는 내화물 사용이 어렵게 된다. 그 이유는 내화물도 무기물이므로 재료와 함께 녹을 수 있기 때문이다.
금속은 일반적으로 저항율이 낮기 때문에 침투깊이는 깊지 않으며 전력 원단위 즉, 생산효율을 높이기 위해서 유도로의 규모는 커야 하므로 용융에 사용되는 주파수는 더더욱 낮아지게 된다. 그러므로 대형 금속용융에 사용되는 발진기는 제 교류발전기 혹은 싸이리스터 인버터방식이 효율적인 것이다.
1. 도 가 니
고주파 용융시 재료를 담는 용기를 도가니라 한다.
◎ 종류 : 내화물 도가니, 금속 도가니, 스컬멜팅 도가니등이 있다.간접용융 방식은 도가니의 열로서 재료를 용해 시키므로 그 재료는 용융온도가 높고 특히 고온에서 변질이나 산화되서는 안된다. 그러므로 여기에 쓰이는 재료는 백금이나 이리듐이 많이 쓰이고 가스 분위기나 진공용해에는 내구성이 나빠도 가격이 저렴한 흑연 도가니가 쓰인다. 스컬멜팅용 도가니의 구조는 동관을 사용하며 그 동관내에 냉각수가 흘러 동관이 용해되는 것을 방지시키며 용융물과 도가니 사이에는 용융 재 자체가 소결되면서 스스로 보온층을 형성하게 되어 이중으로 도가니를 보호하게된다
※스컬멜팅식으로 산화물 무기재료를 용해 시킬때 가열 초기에는 재료의 저항율이 높음으로 가열의 개시가 불가능하게 될 것이다. 이 대책으로 용융재료 속에 카본이나 금속을 넣으면 처음에는 이것이 가열되고 그 열로 재료의 온도가 올라가면서 저항율이 낮아지면서 비로서 재료 자신이 가열되어 결국 용용점은 넘게 되는 것이다.
2. 주파수의 선택
유도가열에 있어서 주파수의 선택기준은 용융하고자 하는 재료의 침투깊이와 도가니의 내경(유도로의 용량)에 의해 결정되어 진다. 실험적으로 고주파 용융에서의 적정 주파수는 담금질 보다는 낮으며 단조보다는 높은 즉, 침투깊이가 도가니 직경의12.5%(10~20%)가 되는 주파수가 적정 주파수가 된다. 고주파 융융에서도 역시 주파수의 선택은 매우 중요하며 이는 주파수에 따라 가열효율이 달라지기 때문이다.
만약 침투깊이가 작아서(주파수가 높아서)용융체의 외부 표면 부분만이 가열 될 때는 외부로의 열방출이 커지기 때문에 효율이 낮아지게 되며 이와는 반대로 침투깊이가너무 깊으면 용융체의 중앙까지 에너지가 침투 되면서 자속이 서로 상쇄되어 이 또한
효율이 낮아지게 된다. 그러므로 적정주파수의 선택은 열이 용융체 표면으로부터 외부로 방출되는 양상과 중앙 부위에서의 자력선 상쇄의 인자를 고려하여 선택하여야 한다.
[ 주파수와 용융선 ]
ⓐ 는 주파수가 낮은 경우로 재료의 중심부 온도가 주위보다 높고 용융선은 V자형이다.
ⓑ 는 적정 주파수 일때의 용융상태로 용융선은 U자 형태이며
ⓒ 는 적정 주파수 보다 높은 경우로 온도가 높은 부분이 바깥이 되어 용융선은 W자 형을 이룬다.
3. 도가니형 저주파 유도로의표준 정격과 특성
|
정 격
|
주 철 냉 제 용 해
|
주 철 승 온
|
동 냉 재 용 해
|
|
도가니
용 량
[t]
|
전기용량
[Kw]
|
전력량
[KVA]
|
전 력
원단위
[KWh/t]
|
용해능력
[t/h]
|
전 력
원단위
[KWh/t]
|
승온능력
[t/h]
|
전 력
원단위
[KWh/t]
|
용해능력
[t/h]
|
|
0.75
|
250
220
|
300
300
|
650
660
|
0.38
0.38
|
55
65
|
4.4
3.8
|
750
760
|
0.32
0.28
|
|
1
|
350
|
450
|
640
|
0.55
|
50
|
6.2
|
740
|
0.47
|
|
1.5
|
500
450
600
|
600
500
700
|
590
600
570
|
0.83
0.75
1.05
|
50
50
41
|
10.0
9.0
13.6
|
700
710
670
|
0.71
0.63
0.90
|
|
2
|
550
350
800
|
650
450
950
|
580
-
560
|
0.95
-
1.43
|
45
58
41
|
12.2
6.0
19.5
|
680
-
640
|
0.81
-
12.5
|
|
3
|
700
450
1350
|
800
550
1500
|
570
-
535
|
1.23
-
2.52
|
43
49
39
|
16.8
9.2
35.0
|
650
-
610
|
1.08
-
2.21
|
|
5
|
1200
550
2200
|
1400
650
2100
|
535
-
525
|
2.24
-
3.43
|
40
46
38
|
30.0
12.0
47.0
|
630
-
600
|
1.90
-
3.00
|
|
8
|
1350
700
2200
|
1500
800
2600
|
540
-
525
|
2.50
-
4.20
|
40
47
38
|
34.0
15.0
57.0
|
620
-
600
|
2.18
-
3.67
|
|
10
|
1500
1000
2500
|
1650
1100
3000
|
540
-
515
|
2.80
-
4.86
|
40
42
38
|
38.0
24.0
66.0
|
620
-
500
|
2.47
-
4.24
|
|
12
|
1800
1000
3000
|
2100
1100
3500
|
530
-
510
|
3.40
-
5.90
|
|
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1. 도가니
2. 주파수의 선택
3. 도가니용 저주파 유도로의 표준정격과 특성
출처 : 백마고주파
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