【正文】 冷系統(tǒng) .............................................................................................................. 19 感應(yīng)器與爐料系統(tǒng)的熱計(jì)算 .................................................................................. 20 傾爐機(jī)構(gòu) ............................................................................................................ 22 真空系統(tǒng) ............................................................................................................ 23 爐殼 ................................................................................................................... 23 結(jié) 論 ............................................................................................................................. 25 XXXXXXXXXXXXX（論文） 目 錄 II 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................... 26 結(jié) 論 ............................................................................................................................. 27 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 緒 論 1 1 緒 論 真空中頻感應(yīng)爐概述 真空感應(yīng)熔煉（ VIM）就是在真空條件下，利用電磁感應(yīng)在金屬液導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流加熱爐料 進(jìn)行熔煉的方法。一般應(yīng)用于金屬及合金的冶煉、提純、精煉及處理。真空冶金可保護(hù)金屬液不被大氣中氧等 氣體 物質(zhì)污染、分離沸點(diǎn)不同的物質(zhì)并可降低金屬中的氣體或其他雜質(zhì)含量等，可以實(shí)現(xiàn)在大氣壓下無(wú)法實(shí)行的冶煉過程，提高 冶煉 金屬及合金的質(zhì)量。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料的性能要求越來(lái)越高，真空感應(yīng)爐冶煉為新材料的生產(chǎn)提供了保證，滿足了市場(chǎng)需求。 為了適應(yīng)尖端技術(shù)對(duì)高性能及新型金屬材料的需求，真空冶金已成為現(xiàn)代冶金的一個(gè)重要領(lǐng)域。第二次世界大戰(zhàn)期間和戰(zhàn)后，正是由于各國(guó)對(duì)高性能金屬材料及新型金屬材料的需求，真空冶金技術(shù)的到了快 速的發(fā)展。中國(guó)的真空冶煉在 20 世紀(jì) 50年代后期開始的，到目前，我國(guó)的真空冶金已經(jīng)處在快速發(fā)展階段。 新型真空感應(yīng)爐熔煉又稱為真空感應(yīng)脫氣澆鑄 VIDP（ vacuum induction degassing pouring） ,其具有熔煉室體積小，抽真空時(shí)間和熔煉周期短，便于溫度壓力控、回收易揮發(fā)元素和準(zhǔn)確控制合金成分等特點(diǎn) [1,6]。 國(guó)內(nèi)外真空感應(yīng)爐使用狀況及發(fā)展趨勢(shì) 真空感應(yīng)爐是特殊鋼、精密合金、電熱合金、高溫合金及耐蝕合金等特殊合金生產(chǎn)的重要工序之一，在航天、航空、軍工、核電等領(lǐng) 域的材料生產(chǎn)中起著重要的作用。 近年來(lái)，我國(guó)鑄件常量一直位居世界首位，連續(xù)幾年位居世界第一。我國(guó)的鋼產(chǎn)量和鑄件產(chǎn)量都位居世界前列，但優(yōu)質(zhì)鋼，高檔鑄件尚需從國(guó)外進(jìn)口。因此，多方面提高我國(guó)冶煉設(shè)備的裝備水平及其技術(shù)水平是十分必要的。多功能真空感應(yīng)爐，有利于提高鑄造用鋼的質(zhì)量，增加鑄造鋼和合金的品種，最終目的是為了提高現(xiàn)有冶金裝備與技術(shù)水平以及材料質(zhì)量，得到高水平的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 真空感應(yīng)爐隨著高產(chǎn)量、高生產(chǎn)率、高質(zhì)量的要求，冶煉過程和操作又都需要在真空室內(nèi)完成，容積和體積就越來(lái)越大，功能也越來(lái)越完善，加上計(jì)算機(jī)軟降的 發(fā)展，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高 ，即出現(xiàn)了多功能真空感應(yīng)爐 。 很多國(guó)內(nèi)鋼鐵公司、鑄造企業(yè)乃至高校和研究院，都在增添多功能真空感應(yīng)爐，可以認(rèn)為，多功能真空感應(yīng)爐具有廣泛的應(yīng)用前景。 緊湊型真空感應(yīng)爐 ( VIDP) 在與其他澆注系統(tǒng)組合方面 , 有很強(qiáng)的適應(yīng)性 , 從而擴(kuò)展了真空感應(yīng)爐的功能 , 實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用 , 提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益 [4,5]。 主要有以下幾種： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 緒 論 2 ① 真空感應(yīng)爐與粉末霧化和吹氬工藝的組合 ； ② 真空感應(yīng)爐與鑄錠 、 電極鑄造 、 垂直連鑄 和 粉末霧化的多重組合 ； ③ 真空感應(yīng)爐與鑄錠 、 電極鑄造和水平連鑄的組合。 真空感應(yīng)熔煉爐設(shè)計(jì)特點(diǎn) 在設(shè)計(jì)、制造和使用真空感應(yīng)爐時(shí)，應(yīng)緊緊抓著 “真空 ”這一特性。選擇爐體內(nèi)部件的材料時(shí)，應(yīng)注意這些材料在真空中的性質(zhì)，不要選擇容易 “放氣 ”的材料。在感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)尖角、銳棱等部位，位于爐內(nèi)的所有帶電體的表面都應(yīng)該圓滑并經(jīng)絕緣處理，以避免真空放電。電極引線可用同軸線，但 必須 考慮密封。坩堝材料應(yīng)根據(jù)被熔煉金屬性質(zhì)選定，可以 使用由于容易氧化而一般不在空氣中熔煉時(shí)使用的材料。例如，石墨作坩堝材料。為加速真空除氣，坩堝深度與平均內(nèi)徑之比值應(yīng)比非真空感應(yīng)熔煉爐的相應(yīng)值小，一般 取坩堝深度與平均內(nèi)徑相等。 真空熔煉的目的，主要在于能使液態(tài)金屬得以充分脫氣，兒熔體又不會(huì)被氧化，因此應(yīng)使被熔煉金屬液得到足夠強(qiáng)的攪拌力，從而應(yīng)選擇較非真空爐低的工作平率。如果采用石墨坩堝，那么選擇的工作頻率應(yīng)使電流在石墨中的投入深度等于坩堝厚度的 ~2 倍 [3]。 本課題研究的目的及意義 本課題，通過查閱有關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外真空感應(yīng)爐發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計(jì)真空感應(yīng)爐裝置，有益于我們利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題，對(duì)真空中頻感應(yīng)爐的工作原理、構(gòu)造、工作流程等有更深入的認(rèn)識(shí)和理解，為今后從事相關(guān)的 工作或進(jìn)一步深造打下扎實(shí)基礎(chǔ)。此外，隨著我國(guó)對(duì)真空冶煉的研究， 提高鑄造用鋼合金鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，得到高水平的產(chǎn)品，從而提高 國(guó)防事業(yè)以及人民生活質(zhì)量， 因此 研究真空冶金具有很多實(shí)際意義。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應(yīng)爐冶煉工藝 3 2 真空中頻感應(yīng)爐冶煉工藝 真空感應(yīng)爐熔煉的整個(gè)周期可以分為以下幾個(gè) 五 主要階段，即裝料、熔煉、精煉、合金化和脫氧澆注等 [1,2,11]。 裝料 真空感應(yīng)爐所用的爐料，一般都是經(jīng)過表面 去 銹和去油污后的清潔 干燥 原料，而大部分合金元素 以 純金屬形式加入。加料時(shí)，嚴(yán)禁使用潮濕的爐料，以免影響成品的質(zhì)量和在熔煉時(shí)發(fā)生噴濺 。裝料時(shí)，應(yīng)做到上 松 下緊，以防止熔化過程中上部爐料因卡住或焊接 住 而出現(xiàn) “架橋 ”；高熔點(diǎn)又不易氧化的爐料，應(yīng)裝在坩堝的中、下部高溫區(qū)。大爐子裝料時(shí)，應(yīng)分幾次加入，而且要注意爐料對(duì)坩堝壁的沖擊。易氧化的的爐料，應(yīng)在金屬液脫氧良好的條件下加入；為減少易揮發(fā)元素的揮發(fā)損失，可以以合金的形式加入金屬熔池中，或在熔煉池中充入一定量的惰性氣體 （如氦氣） ，以保持一定的爐內(nèi)壓力。 對(duì)于大容量的爐子，可以采用熱裝，熱裝料法是將爐料預(yù)先在感應(yīng)爐或電弧爐中按成分要求熔化，然后將鋼液注入真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行冶煉。這種熱裝料法 的優(yōu)點(diǎn)是可以 用較差的爐料，在熔煉爐內(nèi)可以除磷和硫等雜質(zhì)，感應(yīng)爐內(nèi)省去了熔煉期，總的冶煉時(shí)間可以縮短 1/3， 大大 提高了大型真空感應(yīng)爐的生產(chǎn)效率。 熔化期 對(duì)于連續(xù)式生產(chǎn)真空感應(yīng)爐，裝料完后，即可送電進(jìn)行熔化。熔化期的主要任務(wù)是熔化爐料。熔化初期，由于感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，爐料逐層熔化。這種逐層熔化非常有利于去氣和去除非金屬夾雜物，所以熔化期要保持較高真空度和緩慢的融化速度。熔化期由于有大量的氣體析出，要保證真空系統(tǒng)有足夠的抽氣速度。如果熔化速度過快，氣體將急劇地從鋼液析出，容易引起鋼液噴濺。噴濺的鋼液會(huì)使上部未熔 化的爐料粘結(jié)在一起，出現(xiàn)架橋現(xiàn)象。 不同容量真空感應(yīng)爐熔化速度見表 。當(dāng)金屬液全部熔化，熔池表面無(wú)氣泡逸出的時(shí)候，熔煉就進(jìn)如精煉期。 表 不同容量真空感應(yīng)爐熔化速度 容量 /t 12 27 60 熔化速度 /th1 2. 精煉期 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應(yīng)爐冶煉工藝 4 精煉期的主要任務(wù)是提高金屬液的純度以及進(jìn)行合金化操作。同時(shí)，還要調(diào)整熔池的溫度和進(jìn)行合金化。隨著精煉期的延長(zhǎng)，熔體中氧含量氧迅速降低，沸騰慢慢地減弱，最后鋼液面處于平靜狀態(tài)。這時(shí)微量有害雜質(zhì)元素繼續(xù)揮發(fā)，夾雜 物部分分解去除。精煉后期，在充分脫氧和脫氮條件下，鋼液中氣體及夾雜物含量降低到較低水平時(shí)，加入活潑元素和微量元素，使鋼液成分達(dá)到出鋼要求?；顫娫氐募尤腠樞?yàn)?Al、 Ti、 Zr、 B、 Re。加入是溫度要調(diào)整到結(jié)膜溫度，防止這些元素與鋼液中的氧反應(yīng)，大量放熱，使鋼液過熱。加入活潑元素時(shí)。應(yīng)做到均勻、緩慢，以免 鋼液 產(chǎn)生噴濺，加入后用大功率攪拌鋼液 1~2min，以加速合金的熔化和分布均勻。由于錳的揮發(fā)性很強(qiáng)，一般在出鋼前 3~5min 加入。 鎂和鈣要以中間合金形式加入，這樣可以大大提高回收率。精煉期的主要工藝參數(shù)有精煉 溫度、精煉時(shí)間、精煉真空度。為了順利完成精煉期的任務(wù)，必須控制好這些工藝參數(shù)。 精煉溫度 精煉溫度影響坩堝內(nèi)所進(jìn)行的所有的反應(yīng)。升高溫度有利于氮氧化物的分解，可以降低鋼液中的氮含量。升高溫度有利于脫氮反應(yīng)的進(jìn)行，也有利于微量有害雜質(zhì)元素的揮發(fā)。但精煉期的溫度不能過高，防止鋼液與坩堝之間反應(yīng)加劇。同時(shí)，高溫還會(huì)加速合金成分的揮發(fā)損失。因此，在精煉期應(yīng)嚴(yán)格控制熔池溫度，通常合金鋼的精煉溫度控制在所煉合金熔點(diǎn)以上 100℃ 。熔點(diǎn) tR 的計(jì)算公式如下： tR=153565[C]+30[P]25[S]20[Ti]8[Si]7[Cu]5[Mn][Ni][Al]2[V][Mo] [Cr][Co]1[W]1300[H]90[N]80[B]80[O]5[Ce][Ni] 真空度 真空熔煉的精煉期，提高真空度將促進(jìn)碳的脫氧反應(yīng)。隨著一氧化碳?xì)馀輳慕饘偃鄢刂械纳细∨懦欣?[N]、 [H]的析出，以及非金屬夾雜的上浮 ，所以 真空度的高低直接影響著所煉產(chǎn)品的純凈度。但是，過高的真空度將會(huì)導(dǎo)致坩堝耐火材料與金屬液相互作用的加劇，合金 元素的損失增大。所以，精煉期的真空度并非越高越好。對(duì)大型真空感應(yīng)爐，精煉期真空度通?？刂圃?12~150Pa 范圍內(nèi)。而對(duì)于小型爐，一般控制在 ~1Pa 范圍內(nèi)。 精煉時(shí)間 所有精煉反應(yīng)都有一定的速度，所以精煉時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行就越趨于平衡。當(dāng)被脫出的元素在精煉過程中沒有來(lái)源時(shí)，則隨著精煉時(shí)間的延長(zhǎng)，這些元素的含量就會(huì)越來(lái)越低，只是脫除的速度越來(lái)越小。對(duì)于 [O]含量，因?yàn)橛雄釄宀牧系墓┭酰越饘偃鄢刂械难鹾侩S著精煉時(shí)間的變化取決于脫氧速度與供氧速率之和 。在真空保持的最初階段，脫氧速率大于供氧 速率，所以氧的含量是下降的，到一定時(shí)間后，供氧速率就大于脫氧速率，氧降到最低值的時(shí)間也就是精煉時(shí)間。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應(yīng)爐冶煉工藝 5 出鋼和澆注 合金化結(jié)束后，坩堝中金屬液達(dá)到目標(biāo)成分和溫度后，真空室內(nèi)的真空度也符合技術(shù)要求的規(guī)定， 即 可以出鋼。澆注到保溫帽時(shí)，及破真空，立即打開真空室加發(fā)熱劑和保溫劑。對(duì)于成分復(fù)雜的高溫合金，澆注后在真空下停留 15~20min，再破真空。對(duì)于大型連續(xù)式真空感應(yīng)爐，鑄錠可以讓它在真空下冷卻 。 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計(jì)理論 計(jì)算 6 3 10kg真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計(jì)理論計(jì)算 計(jì)算所需要的原始數(shù)據(jù) 1) 已知爐料材 質(zhì)，即被融化金屬或合金的名稱、成分，據(jù)此可由有關(guān)資料查出爐料的物理參數(shù)： 本課題以超低碳型奧氏體不銹鋼 00Cr18Ni9 為基礎(chǔ) ,其化學(xué)成分見下表 表 00Cr18Ni9 化學(xué)成分 [7] （ %） C Si Mn Cr Ni S P ≤ ≤ ≤2 17~19 8~10 ≤ ≤ 表 00Cr19Ni10 計(jì)算成分 A[7] （ %） C Si Mn Cr Ni S P 18 9 表 爐料的種 類