【正文】 期的主要任務(wù)是提高金屬液的純度以及進行合金化操作。噴濺的鋼液會使上部未熔化的爐料粘結(jié)在一起，出現(xiàn)架橋現(xiàn)象。熔化初期，由于感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，爐料逐層熔化。對于大容量的爐子，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)進行冶煉。加料時，嚴禁使用潮濕的爐料，以免影響成品的質(zhì)量和在熔煉時發(fā)生噴濺。 本課題研究的目的及意義 本課題，通過查閱有關(guān)資料，了解國內(nèi)外真空感應(yīng)爐發(fā)展狀況，設(shè)計真空感應(yīng)爐裝置，有益于我們利用所學(xué)的專業(yè)知識解決實際問題，對真空中頻感應(yīng)爐的工作原理、構(gòu)造、工作流程等有更深入的認識和理解，為今后從事相關(guān)的工作或進一步深造打下扎實基礎(chǔ)。例如，石墨作坩堝材料。選擇爐體內(nèi)部件的材料時，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。很多國內(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，可以認為，多功能真空感應(yīng)爐具有廣泛的應(yīng)用前景。我國的鋼產(chǎn)量和鑄件產(chǎn)量都位居世界前列，但優(yōu)質(zhì)鋼，高檔鑄件尚需從國外進口。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(jīng)處在快速發(fā)展階段。真空冶金可保護金屬液不被大氣中氧等氣體物質(zhì)污染、分離沸點不同的物質(zhì)并可降低金屬中的氣體或其他雜質(zhì)含量等，可以實現(xiàn)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(zhì)量。與其他冶煉方法相比，真空感應(yīng)爐熔煉能夠精確控制所煉鋼種或合金的成分；鋼或合金中氣體和非金屬夾雜物的含量水平遠遠低于其他熔煉方法；真空感應(yīng)爐的溫度相對來說比較容易控制，而控制壓力水平就是真空感應(yīng)爐最顯著的特點。本課題研究的對象是10kg真空中頻感應(yīng)爐裝置的設(shè)計，包括工藝參數(shù)的選擇，坩堝材料的選擇以及尺寸的設(shè)計，感應(yīng)器材料的選擇與結(jié)構(gòu)的設(shè)計，傾爐機構(gòu)的選擇，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等，本課題的設(shè)計論述出了各部分的設(shè)計方法與原則以及計算設(shè)計過程和必要的強度校核。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，對材料的性能要求越來越高，真空感應(yīng)爐冶煉為新材料的生產(chǎn)提供了保證，滿足了市場需求。 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]。因此，多方面提高我國冶煉設(shè)備的裝備水平及其技術(shù)水平是十分必要的。緊湊型真空感應(yīng)爐( VIDP) 在與其他澆注系統(tǒng)組合方面, 有很強的適應(yīng)性, 從而擴展了真空感應(yīng)爐的功能, 實現(xiàn)了一機多用, 提高了綜合經(jīng)濟效益[4,5]。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。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。此外，隨著我國對真空冶煉的研究，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際意義。裝料時，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”；高熔點又不易氧化的爐料，應(yīng)裝在坩堝的中、下部高溫區(qū)。這種熱裝料法的優(yōu)點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。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。同時，還要調(diào)整熔池的溫度和進行合金化?；顫娫氐募尤腠樞驗锳l、Ti、Zr、B、Re。由于錳的揮發(fā)性很強，一般在出鋼前3~5min加入。 精煉溫度 精煉溫度影響坩堝內(nèi)所進行的所有的反應(yīng)。同時，高溫還會加速合金成分的揮發(fā)損失。但是，過高的真空度將會導(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。 精煉時間所有精煉反應(yīng)都有一定的速度，所以精煉時間越長，反應(yīng)進行就越趨于平衡。 出鋼和澆注 合金化結(jié)束后，坩堝中金屬液達到目標成分和溫度后，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。XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論計算3 10kg真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論計算 計算所需要的原始數(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 00Cr18Ni9化學(xué)成分[7] （%）CSiMnCrNiSP≤≤≤217~198~10≤≤ 00Cr19Ni10計算成分A[7] （%）CSiMnCrNiSP189 爐料的種類及其成分[1]爐料化學(xué)成分 ω/%CSiMnPSCrNiAlFe電解鎳其余電解錳其余硅鐵其余鉻鐵其余工業(yè)純鐵其余鋁①融化溫度tR=1435℃；澆注溫度tJ=1535℃。厘米[7]；⑥相對導(dǎo)磁率：冷態(tài)μrL=，熱態(tài)μrR=；⑦爐料的比重：冷態(tài)γL=，熱態(tài)γR=，克/厘米3。為此在真空感應(yīng)爐熔煉時，就不安排去除多余元素的冶煉任務(wù)了，要求定量地知道入爐的每種爐料的成分，并通過計算以保證最終產(chǎn)品的成分達到預(yù)定的成分。 合金元素回收率和需要量[2]計算內(nèi)容化學(xué)成分 ω/%CSiMnCrNiSP回收率 P/%≤50909598100100100需要量/kg 9 各種爐料需要量計算如下：電解鎳 9247。%=(kg)由硅鐵帶入的碳、硫、磷、錳量為： C %＝ (kg) ； S %＝ (kg)； P %＝ (kg)； Mn %＝ (kg)同理，點解錳量為： [（）%]247。 假設(shè)鋼液澆注成1只重量為9kg的鋼錠，并假設(shè)鋼液在熔煉及澆注過程損失率為10%，則裝入量為： m=9= (kg)。因此，爐襯耐火材料必須具有以下特性[10]： ① 具有足夠高的耐火度和荷重軟化溫度，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易與金屬熔渣及其熔化時所存在的成分等發(fā)生反應(yīng)。 ⑤ 資源豐富，便宜，而且材料要不容易“放氣”。 常用坩堝耐火材料的允許使用的最高工作溫度[2]坩堝材料礦物成分/%熔點/℃最高工作溫度/℃?zhèn)渥営⑹痁rO2cm3MgOCaOSiO2Fe2O3+Al2O3197~98≤≤≤≤296~97≤≤≤≤394~96≤≤≤≤492~94≤≤≤≤，2級產(chǎn)品可用作真空感應(yīng)爐坩堝材料,本設(shè)計選擇2級電熔鎂砂。 坩堝尺寸計算 確定坩堝的總體積和金屬液的體積 實際上，由于金屬液的攪動和可能的超裝，坩堝的裝料體積應(yīng)比有效容積大25%~30%。對于真空感應(yīng)爐來說，則要求有較大的爐室容積。4） 本課題設(shè)計的熔煉爐采用圓無芯形坩堝，其各部分尺寸如圖所示： 圓形無芯坩堝[1]由于坩堝內(nèi)徑D和有效高度H（即金屬熔體高度）有一個合適比值A(chǔ)=D/H。 感應(yīng)器感應(yīng)器（感應(yīng)線圈）是真空感應(yīng)爐的關(guān)鍵部分，電源通過感應(yīng)器把功率傳遞到冶煉的金屬爐料中。感應(yīng)器的內(nèi)徑D1與坩堝內(nèi)徑D、壁厚及隔熱絕緣層的厚度有關(guān)，即 D1=D+2δG+2δz=D+δC 式（）式中 δG——坩堝壁厚（平均值），厘米； δz——隔熱和絕緣層厚度，~。PR值決定于生產(chǎn)、金屬的熱容量及爐子的熱效率。 860——電熱當量，即每一千瓦 感應(yīng)器的高度H1可以由已選定的熔體高度H求得，因為感應(yīng)器要保證坩堝內(nèi)部的爐料充分加熱，就必須使所有爐料處于感應(yīng)器產(chǎn)生的電磁場中。因此，本課題也選用圓筒形狀。因此，感應(yīng)器要用空心銅管制成，里面通水冷卻。 感應(yīng)線圈銅管的內(nèi)側(cè)壁厚選用表[2]滲透深度及壁厚，毫米電源頻率，赫茲50100150200400500100025008000滲透深度最佳壁厚5壁厚的一般選用值10~209~127~106~9~4~63~52~41~2 因本課題設(shè)計的真空感應(yīng)爐頻率為2500Hz，所以選擇壁厚δj=感應(yīng)器銅管的長度與諧振電路的電感L有關(guān)。為了簡便，本課題取感應(yīng)線圈的聯(lián)組數(shù)NZ=1。但頻率高的電源設(shè)備價格較貴。 從上式看出，感應(yīng)器內(nèi)電流保持不變時，電流頻率越大，單位面積的金屬接收功率越高，即熱效率高。在考慮熱效率的同時，也要考慮加熱時的溫度分布。從上式中可知，ΔT與Kt有關(guān)，Kt與D/2δc的值有關(guān)，當D/2δc增大，Kt值迅速增大。這種關(guān)系見下表。 磁軛在中頻感應(yīng)器的外部，磁軛主要起屏蔽作用，以約束感應(yīng)器的漏磁通向外發(fā)散，以防止爐殼、爐架和其他金屬結(jié)構(gòu)發(fā)熱的作用。目前更多采用形L和 丨形磁軛。 式（） 式（） 2. 磁通量