Индукционный нагреватель на основе MgB2 готовится к внедрению
2011, Tом 8, выпуск 1
Тематика: Диборид магния MgB2
Сверхпроводниковые индукционные нагреватели на сегодняшний день являются одним из самых перспективных применений сверхпроводимости в промышленности, их использование позволит существенно снизить затраты энергии при производстве проката цветных металлов. КПД сверхпроводниковых индукционных нагревателей достигает 90%, тогда как для традиционных устройств оно составляет около 60%. В сверхпроводниковых индукционных нагревателях заготовка из металла с высокой проводимостью (алюминий, медь и их сплавы) нагревается за счет вращения в постоянном магнитном поле, а не за счет изменения самого магнитного поля как в традиционных устройствах. Разработками в этой области активно занимается компания Zenergy, за прошедшие несколько лет был создан ряд опытных образцов и начато мелкосерийное производство ВТСП индукционных нагревателей для металлургических производств в Германии и Чехии. Более подробно деятельность Zenergy была отражена в предыдущих выпусках нашего бюллетеня.
В Норвегии разработкой сверхпроводниковых индукционных нагревателей занимается компания SINTEF Energy Research совместно с исследователями из университета Трондхейма и университета Тампере (Финляндия). В отличие от Zenergy, норвежские разработчики делают ставку не на ВТСП провода на основе Bi-2223, а на более дешевый MgB2. Учитывая, что рабочая температура ВТСП обмоток индукционных нагревателей Zenergy составляет 20К, а норвежцы предполагают работать при температуре 8К, выбор проводника на основе MgB2 представляется экономически оправданным (по крайней мере, на период до начала массового использования ВТСП 2-го поколения).
Хотя SINTEF пока еще не испытала свой индукционный нагреватель на металлургическом производстве, его облик вырисовывается все более отчетливо. Для индукционного нагревателя будет использован четырнадцати-жильный MgB2 проводник прямоугольного сечения (0,65×3,6мм2) в железо-никелевой матрице производства итальянской компании Columbus Superconductors, коммерчески доступный в виде кусков длиной 1650 м (см. Рис. 1).
Рис. 1. Проводник на основе MgB2
Индукционный нагреватель SINTEF имеет мощность 200 кВт и состоит из двух сверхпроводящих катушек внутренним диаметром 1100 мм, толщиной обмотки 70 мм и высотой 150 мм (см. Рис. 2.). Индуктивность сверхпроводящей катушки составляет 10 Гн, а расход сверхпроводника для ее изготовления 8 км. Нагреваемая заготовка имеет диаметр 210 мм и длину 600 мм. Величина магнитной индукции в центре нагреваемой заготовки составляет 0,5 Тл, максимальное поле на обмотке 1,8 Тл.
Рис. 2. Схема индукционного нагревателя.
Каждая из сверхпроводящих катушек представляет собой стопку из 16 двойных галет, спаянных последовательно друг с другом. Длина спая составляет 100 мм, а его сопротивление при 30К достигает 50 нОм. Стоит отметить, что для изготовления индукционного нагревателя в SINTEF было разработано и изготовлено все необходимое намоточное и изолировочное оборудование (Columbus Superconductors поставляет сверхпроводник без изоляции).
Готовые сверхпроводящие катушки размещаются в индивидуальных криостатах, каждый из которых охлаждается криокулером RDK408S производства SHI Сryogenics до температуры 8К (см. Рис. 3). Съем тепла со сверхпроводящих обмоток осуществляется при помощи медных тепловых мостов, соединяющих их с криокулерами. Время охлаждения магнитной системы с комнатной температуры по 8К составило около 60 часов. В ходе предварительных испытаний сверхпроводящие катушки показали свою работоспособность при рабочем токе в 185А. Испытания индукционного нагревателя SINTEF на металлургическом производстве ожидаются в ближайшем будущем.
Рис. 3. Одна из сверхпроводящих катушек индукционного нагревателя в криостате.
1. Superconductor Science Technology 24, 35010 (2011).
2. J. Physics: Conference Series 97, 012159 (2008).