【正文】 ................................................ 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。0000000000（論文） 摘 要 I 10kg真空中頻感應(yīng)爐裝置設(shè)計 0000000000（論文） 摘 要 II 摘 要 目前，隨著 航天、航空、軍工、核電、能源、化工等領(lǐng)域的不斷向前發(fā)展，不僅特殊鋼、精密合金、電熱合金、高溫合金及耐蝕合金等特殊合金的的需求量越來越大，而且對其質(zhì)量要求更加苛刻，這就促進(jìn)了真空感應(yīng)爐的發(fā)展與研究。一般應(yīng)用于金屬及合金的冶煉、提純、精煉及處理。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(shù)的到了快 速的發(fā)展。 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。 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(xiàn)了多功能真空感應(yīng)爐 。 真空感應(yīng)熔煉爐設(shè)計特點 在設(shè)計、制造和使用真空感應(yīng)爐時，應(yīng)緊緊抓著 “真空 ”這一特性。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使用的材料。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]。 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。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。熔化期的主要任務(wù)是熔化爐料。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。 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 /t這時微量有害雜質(zhì)元素繼續(xù)揮發(fā)，夾雜 物部分分解去除。加入活潑元素時。精煉期的主要工藝參數(shù)有精煉 溫度、精煉時間、精煉真空度。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)。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(jìn)碳的脫氧反應(yīng)。對大型真空感應(yīng)爐，精煉期真空度通?？刂圃?12~150Pa 范圍內(nèi)。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 。對于成分復(fù)雜的高溫合金，澆注后在真空下停留 15~20min，再破真空。度 [7]； ④ 爐料在冷態(tài)（常溫）時的電阻率 ρL= 歐姆 3）爐料粒度， 48~96mm。根據(jù)熔煉 工藝特點確定元素回收率 P列于表 中。 表 合金元素回收率和需要量 [2] 計算內(nèi)容 化學(xué)成分 ω/% C Si Mn Cr Ni S P 回收率 P/% ≤50 90 95 98 100 100 100 需要量 m? /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) 當(dāng)裝入量為 時，平衡表中各種元素或特合金加入量乘以系數(shù) ，則各種爐料量如表 所示。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 ”。常用坩堝材料的允許使用最高工作溫度見 表 。 表 電熔鎂 砂的成分和性能 [2] 等級 成 分 /% 灼燒減量/% 真密度/g 本課題所設(shè)計的真空感應(yīng)爐容量為 10kg，因此，本課題選擇在爐外成形預(yù)制坩堝。 3G /,kg10G 其中 cmgK m ??? ，取 確定坩堝尺寸是，應(yīng)考慮的一些主要因素如下 [3]： 1） 坩堝的高度和直徑必須有一定比例，坩堝高度偏矮時，坩堝內(nèi)的電磁場強度便分布不 均勻 ，而無法實現(xiàn)穩(wěn)定熔煉，而且占地面積 比較 大。坩堝內(nèi)徑應(yīng)上大下小，一般錐度應(yīng)大于 1%，但為增加坩堝強度及便于制作感應(yīng)器， 坩堝外經(jīng)應(yīng)該大小一致。 表 A 值和 δc/D值選擇表 爐子容量，公斤 500 500~1500 1500~3000 3000 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 12 A=D/H 值 ~ ~ ~ ~1 δc/D值 ~ ~ ~ ~ ,A真空熔爐， 取 10k g 為 由于本次 課 于本次 課題 C ?? 均值）便可導(dǎo)出坩堝直徑（平根據(jù)坩堝有效容積 H4πDV 2g ? )( 9 . 3 3π1 2 7 3 . 8 90 . 54π4 A VD 33 g 厘米????? 式 （ ） （厘米）熔體高度 18. 66D /AH ?? 式 （ ） （厘米）坩堝高度 2 7 . 9 59 . 3 3π 1 9 1 0 . 8 34πD4VH 22GG ????? 式 （ ） 式中 H——熔體高度，即坩堝有效高度； HG——坩堝的高度?？傊袘?yīng)器 線圈 與爐料之間的距離，即爐襯的厚度，應(yīng)在保證爐襯具有足夠長的使用壽命和 較 高的熱效率的條件下盡可能短，以提高爐子的電效率和功率因素 [3]。 確定感應(yīng)器的有用功率 感應(yīng)爐 的有用功率 PR表示單位時間內(nèi)，電源通過感應(yīng)器傳給爐料的能量，其中包括感應(yīng)器本身的熱損失。在這取 。 為了簡化，在這直接用 00Cr18Ni9 不銹鋼代替爐料計算 qJ，通過表 計算00Cr18Ni9 的熔點，而澆注溫度一般在熔點以上 100℃ 左右。對于本課題設(shè)計的真空感應(yīng)爐取， H1===（厘米） 坩堝的各項尺寸如下圖所示（單位：厘米）： 圖 圓形無芯坩堝各項具體尺寸 感應(yīng)器截面形狀的選擇 感應(yīng) 線圈 材料一般都 選 銅管，銅管可以由各種形狀：圓管、扁圓管、方形管、長方形管、偏心方空管和偏心圓孔管等。為了的到大的加熱功率，流過感應(yīng)器的電流很大，以致在感應(yīng)器中的點損失可達(dá)到爐子有用功率的 20~30%。從經(jīng)濟(jì)上的合理性以及由電磁場理論推出的電能損失最小條件考慮，都要求感應(yīng)器面對爐料一側(cè)的銅管壁厚，即所謂最佳壁厚 δj=， Δ 為電流滲透深度，實際上XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 15 一般可取 δj 即可。厘米； 假設(shè)銅線圈是緊密繞在坩堝外面的，那么就有： 11 H2R)Dπ(2 R ???l 式 （ ） 變形得 )厘米0 .9 8 (3 .1 42 4 .226162 3 .1 42 4 .21 3 .9 7π2H2 πHDR 111 ????? ????? l 式 （ ） 式中 R 為銅管線圈的外半徑。選擇頻率的重要依據(jù)是加熱效率和溫度分布。 感應(yīng)線圈加熱坩堝中金屬，金屬得到的單位有用功功率用下式表示 [2]： ρμf)k (I102P 24 ???? 式 （ ） 式中 P——被加熱金屬物體單位表面接收的功率， W/cm2。 圖 K 與 D/2δC 的關(guān)系曲線 前面一算出 δc/D=，則 D/2δc=2,從上圖。表面與中心的溫差 ΔT，可用下式表示 [2]： )P(PKKD25ΔT r0tc ??? 式（ ） 式中 Kc——被加熱金屬物體熱導(dǎo)率， W/（ c 因為 D/2δc 與熱效率成正比，與電效率成反比，所以，為提高感應(yīng)加熱的效率，頻率與爐容有個合適的關(guān)系。 表 電源電壓與爐子容量關(guān)系 [1] 爐子容量 /kg 250 250~500 500~3000 3000~8000 電源電壓 /V 220,380 750~1500 1000~2021 1500~3000 本課題設(shè)計爐子容量為 10kg，因此感應(yīng)爐頻率選擇 2500Hz，電壓選擇 220V。設(shè)置磁軛后，爐子的電效率和功率因數(shù)均有所改善。 磁軛還起著支撐和固定感應(yīng)器的作用，在爐子工作和翻轉(zhuǎn)時使感應(yīng)器不發(fā)生XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 18 松動。 漏磁系數(shù)取 ，硅鋼片的疊片系數(shù)取 ，感應(yīng)器兩端的電壓為 220V，磁軛內(nèi)磁感應(yīng)強度的大小取 1000， W1=10。 1FA )(5182 21 厘米??? FFF NAA 式 （ ） XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 19 根據(jù)每個磁軛的面積和感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸從便于施工安裝，又能減少漏磁出發(fā)選擇測形狀和尺寸如下： 圖 L 型磁軛 NP )片90(0 .0 550 .9δ akN P FFP ???? 式 （ ） 式中 P? ——每片硅鋼片厚度，厘米 ，一般用 或 厘米，取 厘米； Fa ——磁軛沿感應(yīng)爐圓周方向的寬度，即疊片厚度，取 5 厘米； Fk ——硅鋼片的疊片系數(shù)，一般為 ~，取 。這兩部分熱量有冷卻水帶走，冷卻水的另外一個作用是降低銅感線圈的電阻?！?)； ΔT——冷卻水進(jìn)出口溫度差。有時，為更精確，則按加熱過程的平均值計算。 時 爐底也可以看成是由兩層組成的，因此 ?????? ??????? ? 2221211 104)()(86