【正文】 冷系統(tǒng) .............................................................................................................. 19 感應器與爐料系統(tǒng)的熱計算 .................................................................................. 20 傾爐機構 ............................................................................................................ 22 真空系統(tǒng) ............................................................................................................ 23 爐殼 ................................................................................................................... 23 結 論 ............................................................................................................................. 25 XXXXXXXXXXXXX（論文） 目 錄 II 參 考 文 獻 ................................................................................................................... 26 結 論 ............................................................................................................................. 27 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 緒 論 1 1 緒 論 真空中頻感應爐概述 真空感應熔煉（ VIM）就是在真空條件下，利用電磁感應在金屬液導體內產生渦流加熱爐料 進行熔煉的方法。一般應用于金屬及合金的冶煉、提純、精煉及處理。真空冶金可保護金屬液不被大氣中氧等 氣體 物質污染、分離沸點不同的物質并可降低金屬中的氣體或其他雜質含量等，可以實現在大氣壓下無法實行的冶煉過程，提高 冶煉 金屬及合金的質量。 隨著科學技術的進步，對材料的性能要求越來越高，真空感應爐冶煉為新材料的生產提供了保證，滿足了市場需求。 為了適應尖端技術對高性能及新型金屬材料的需求，真空冶金已成為現代冶金的一個重要領域。第二次世界大戰(zhàn)期間和戰(zhàn)后，正是由于各國對高性能金屬材料及新型金屬材料的需求，真空冶金技術的到了快 速的發(fā)展。中國的真空冶煉在 20 世紀 50年代后期開始的，到目前，我國的真空冶金已經處在快速發(fā)展階段。 新型真空感應爐熔煉又稱為真空感應脫氣澆鑄 VIDP（ vacuum induction degassing pouring） ,其具有熔煉室體積小，抽真空時間和熔煉周期短，便于溫度壓力控、回收易揮發(fā)元素和準確控制合金成分等特點 [1,6]。 國內外真空感應爐使用狀況及發(fā)展趨勢 真空感應爐是特殊鋼、精密合金、電熱合金、高溫合金及耐蝕合金等特殊合金生產的重要工序之一，在航天、航空、軍工、核電等領 域的材料生產中起著重要的作用。 近年來，我國鑄件常量一直位居世界首位，連續(xù)幾年位居世界第一。我國的鋼產量和鑄件產量都位居世界前列，但優(yōu)質鋼，高檔鑄件尚需從國外進口。因此，多方面提高我國冶煉設備的裝備水平及其技術水平是十分必要的。多功能真空感應爐，有利于提高鑄造用鋼的質量，增加鑄造鋼和合金的品種，最終目的是為了提高現有冶金裝備與技術水平以及材料質量，得到高水平的優(yōu)質產品。 真空感應爐隨著高產量、高生產率、高質量的要求，冶煉過程和操作又都需要在真空室內完成，容積和體積就越來越大，功能也越來越完善，加上計算機軟降的 發(fā)展，自動化程度也越來越高 ，即出現了多功能真空感應爐 。 很多國內鋼鐵公司、鑄造企業(yè)乃至高校和研究院，都在增添多功能真空感應爐，可以認為，多功能真空感應爐具有廣泛的應用前景。 緊湊型真空感應爐 ( VIDP) 在與其他澆注系統(tǒng)組合方面 , 有很強的適應性 , 從而擴展了真空感應爐的功能 , 實現了一機多用 , 提高了綜合經濟效益 [4,5]。 主要有以下幾種： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 緒 論 2 ① 真空感應爐與粉末霧化和吹氬工藝的組合 ； ② 真空感應爐與鑄錠 、 電極鑄造 、 垂直連鑄 和 粉末霧化的多重組合 ； ③ 真空感應爐與鑄錠 、 電極鑄造和水平連鑄的組合。 真空感應熔煉爐設計特點 在設計、制造和使用真空感應爐時，應緊緊抓著 “真空 ”這一特性。選擇爐體內部件的材料時，應注意這些材料在真空中的性質，不要選擇容易 “放氣 ”的材料。在感應器的結構中應盡量避免出現尖角、銳棱等部位，位于爐內的所有帶電體的表面都應該圓滑并經絕緣處理，以避免真空放電。電極引線可用同軸線，但 必須 考慮密封。坩堝材料應根據被熔煉金屬性質選定，可以 使用由于容易氧化而一般不在空氣中熔煉時使用的材料。例如，石墨作坩堝材料。為加速真空除氣，坩堝深度與平均內徑之比值應比非真空感應熔煉爐的相應值小，一般 取坩堝深度與平均內徑相等。 真空熔煉的目的，主要在于能使液態(tài)金屬得以充分脫氣，兒熔體又不會被氧化，因此應使被熔煉金屬液得到足夠強的攪拌力，從而應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，通過查閱有關資料，了解國內外真空感應爐發(fā)展狀況，設計真空感應爐裝置，有益于我們利用所學的專業(yè)知識解決實際問題，對真空中頻感應爐的工作原理、構造、工作流程等有更深入的認識和理解，為今后從事相關的 工作或進一步深造打下扎實基礎。此外，隨著我國對真空冶煉的研究， 提高鑄造用鋼合金鋼產品的質量，得到高水平的產品，從而提高 國防事業(yè)以及人民生活質量， 因此 研究真空冶金具有很多實際意義。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應爐冶煉工藝 3 2 真空中頻感應爐冶煉工藝 真空感應爐熔煉的整個周期可以分為以下幾個 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 真空感應爐所用的爐料，一般都是經過表面 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，嚴禁使用潮濕的爐料，以免影響成品的質量和在熔煉時發(fā)生噴濺 。裝料時，應做到上 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 “架橋 ”；高熔點又不易氧化的爐料，應裝在坩堝的中、下部高溫區(qū)。大爐子裝料時，應分幾次加入，而且要注意爐料對坩堝壁的沖擊。易氧化的的爐料，應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） ，以保持一定的爐內壓力。 對于大容量的爐子，可以采用熱裝，熱裝料法是將爐料預先在感應爐或電弧爐中按成分要求熔化，然后將鋼液注入真空感應爐內進行冶煉。這種熱裝料法 的優(yōu)點是可以 用較差的爐料，在熔煉爐內可以除磷和硫等雜質，感應爐內省去了熔煉期，總的冶煉時間可以縮短 1/3， 大大 提高了大型真空感應爐的生產效率。 熔化期 對于連續(xù)式生產真空感應爐，裝料完后，即可送電進行熔化。熔化期的主要任務是熔化爐料。熔化初期，由于感應電流的集膚效應，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。噴濺的鋼液會使上部未熔 化的爐料粘結在一起，出現架橋現象。 不同容量真空感應爐熔化速度見表 。當金屬液全部熔化，熔池表面無氣泡逸出的時候，熔煉就進如精煉期。 表 不同容量真空感應爐熔化速度 容量 /t 12 27 60 熔化速度 /th1 2. 精煉期 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應爐冶煉工藝 4 精煉期的主要任務是提高金屬液的純度以及進行合金化操作。同時，還要調整熔池的溫度和進行合金化。隨著精煉期的延長，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)。這時微量有害雜質元素繼續(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，加入活潑元素和微量元素，使鋼液成分達到出鋼要求?；顫娫氐募尤腠樞驗?Al、 Ti、 Zr、 B、 Re。加入是溫度要調整到結膜溫度，防止這些元素與鋼液中的氧反應，大量放熱，使鋼液過熱。加入活潑元素時。應做到均勻、緩慢，以免 鋼液 產生噴濺，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，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有精煉 溫度、精煉時間、精煉真空度。為了順利完成精煉期的任務，必須控制好這些工藝參數。 精煉溫度 精煉溫度影響坩堝內所進行的所有的反應。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的進行，也有利于微量有害雜質元素的揮發(fā)。但精煉期的溫度不能過高，防止鋼液與坩堝之間反應加劇。同時，高溫還會加速合金成分的揮發(fā)損失。因此，在精煉期應嚴格控制熔池溫度，通常合金鋼的精煉溫度控制在所煉合金熔點以上 100℃ 。熔點 tR 的計算公式如下： 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，提高真空度將促進碳的脫氧反應。隨著一氧化碳氣泡從金屬熔池中的上浮排除，有利益 [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品的純凈度。但是，過高的真空度將會導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。對大型真空感應爐，精煉期真空度通?？刂圃?12~150Pa 范圍內。而對于小型爐，一般控制在 ~1Pa 范圍內。 精煉時間 所有精煉反應都有一定的速度，所以精煉時間越長，反應進行就越趨于平衡。當被脫出的元素在精煉過程中沒有來源時，則隨著精煉時間的延長，這些元素的含量就會越來越低，只是脫除的速度越來越小。對于 [O]含量，因為有坩堝材料的供氧，所以金屬熔池中的氧含量隨著精煉時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，到一定時間后，供氧速率就大于脫氧速率，氧降到最低值的時間也就是精煉時間。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應爐冶煉工藝 5 出鋼和澆注 合金化結束后，坩堝中金屬液達到目標成分和溫度后，真空室內的真空度也符合技術要求的規(guī)定， 即 可以出鋼。澆注到保溫帽時，及破真空，立即打開真空室加發(fā)熱劑和保溫劑。對于成分復雜的高溫合金，澆注后在真空下停留 15~20min，再破真空。對于大型連續(xù)式真空感應爐，鑄錠可以讓它在真空下冷卻 。 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 6 3 10kg真空中頻感應爐設計理論計算 計算所需要的原始數據 1) 已知爐料材 質，即被融化金屬或合金的名稱、成分，據此可由有關資料查出爐料的物理參數： 本課題以超低碳型奧氏體不銹鋼 00Cr18Ni9 為基礎 ,其化學成分見下表 表 00Cr18Ni9 化學成分 [7] （ %） C Si Mn Cr Ni S P ≤ ≤ ≤2 17~19 8~10 ≤ ≤ 表 00Cr19Ni10 計算成分 A[7] （ %） C Si Mn Cr Ni S P 18 9 表 爐料的種 類