【正文】 渣的輻射系數(shù)代替爐料的輻射系 數(shù)，金屬熔渣的輻射系數(shù)為 。 時 ℃ )； ΔT——冷卻水進出口溫度差。 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 。 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。 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。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 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。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。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)器中的點損失可達到爐子有用功率的 20~30%。 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。 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。 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。 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。 表 電熔鎂 砂的成分和性能 [2] 等級 成 分 /% 灼燒減量/% 真密度/g ⑤ 資源豐富，便宜，而且材料要不容易 “放氣 ”。 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。 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。 3）爐料粒度， 48~96mm。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。對大型真空感應(yīng)爐，精煉期真空度通常控制在 12~150Pa 范圍內(nèi)。升高溫度有利于脫氮反應(yīng)的進行，也有利于微量有害雜質(zhì)元素的揮發(fā)。加入活潑元素時。 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熔化期的主要任務(wù)是熔化爐料。 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。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。 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 。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。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，這就促進了真空感應(yīng)爐的發(fā)展與研究。 為了適應(yīng)尖端技術(shù)對高性能及新型金屬材料的需求，真空冶金已成為現(xiàn)代冶金的一個重要領(lǐng)域。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。電極引線可用同軸線，但 必須 考慮密封。 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]。 熔化期 對于連續(xù)式生產(chǎn)真空感應(yīng)爐，裝料完后，即可送電進行熔化。當(dāng)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。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。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。所以，精煉期的真空度并非越高越好。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。 2）爐子容量， GG=10 公斤；和熔煉時間 τR= 小時。鋼種成分選用爐料，爐料種類及其成分列于表 中。 表 100kg 爐料的配料計算平衡 爐料 加入量 /kg 化學(xué)成分 ω/% C Si Mn P S Cr Ni Al 電解鎳 7 0 0 9 電解錳 48 2 1 硅鐵 65 87 0 5 鉻鐵 5 0 0 工業(yè)純鐵 2 8 鋁 100 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 9 合計（不含呂） 100 9 表中，碳的含量大于 %，但由于真空感應(yīng)爐冶煉的鋼種碳回收率遠小于50%，因此符合要求。 ④ 材料的施工性能良好，填充密度高，不易被熔液潤濕和滲透，不易產(chǎn)生爐內(nèi)結(jié)瘤，維修方便，具有良好的隔熱性和絕緣性。SiO2≥95 2550 1650 中性 尖晶石 MgO70,Al2O330 2135 1800 弱堿性 真空感應(yīng)爐一般選擇電熔鎂砂作為坩堝材料，下表為電熔鎂砂的成分和性能 。 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 11 金屬液體積 )厘米( 1 2 7 3 . 8 9107 . 8 51010rGV 333mGg ????? 式 （ ） 總體積 )厘米( 1 9 1 0 . 8 32 /31 2 7 3 . 8 9KVV 3gG ??? 式 （ ） 式中 rm——熔融金屬比重，克 /厘米 3； GG——爐子額定容量，公斤； K——液態(tài)金屬占坩堝體積率 ,一般為 2/3~3/4。設(shè)計可參考下表來確定 A 值。 一般可以參照表 ，分別確定 δG、 δz的值 取 δz=， δC/D= XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計理論 計算 13 則 δC=== （厘米） δG=δCδZ== (厘米 ) 則感應(yīng)爐內(nèi)徑， D1 =D+2δC=+2= (厘米 ) 坩堝外徑， D3 =D+2δG=+2= （厘米） 感應(yīng)器內(nèi)徑， D2=D+2d0=+2= （厘米） 其中， d0是銅管的外徑，根據(jù)后面 節(jié)計算得 d0= 厘米。小時電能相當(dāng)于 860 千卡熱量； qJ——爐料在澆注時的熱含量，千卡 /公斤。 感應(yīng)線圈銅管匝數(shù)的計算 感應(yīng)器傳遞功率的能力取決于電流通過感應(yīng)器所產(chǎn)生的磁場強度，也即感 應(yīng)線圈的匝數(shù)。應(yīng)為 XL=ωL=R=ρl/d0，銅 管的長度為 [2]： ? ?厘米 . ...ρπ fLdρωLdl 61601750 1053250014329612 400 ????????? ? 式 （ ） 式中 d0——銅管的直徑， 厘米； L——諧振電路的電感， 104哼； ρ——銅管的電阻率，為 歐姆 因此，選擇電源頻率最終需要考慮綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)感應(yīng)加熱圓柱形導(dǎo)體時由于集膚 效應(yīng)，只有表面會快速升溫，兒中心部分則需要靠熱傳導(dǎo)，從表面高溫區(qū)向內(nèi)部低溫區(qū)傳導(dǎo)熱量。這種關(guān)系見下表。目前更多采用形 L 和 丨 形磁軛。國產(chǎn)的 250 公斤爐的磁軛個數(shù)為7，因此，本課題取磁軛個數(shù)為 5 個。 感應(yīng)器 每 1h 所需 冷卻 水量（ kg）的計算 [2]： ）（ 366 ??? ?????? S SS TC PG 式 （ ） 式中 PS——為感應(yīng)器有用功損耗和坩堝內(nèi)融化爐料通過坩堝壁向感應(yīng)器熱傳 導(dǎo)所損耗的功率之和； CS——水的質(zhì)量熱熔， 103 J/(kg一般水冷感應(yīng)器可取 50~55℃ ，取 50℃ ； λG——坩堝導(dǎo)熱系數(shù)，可根據(jù)打結(jié)坩堝所用的材料確定，為 千卡 /米 一般 可取 30~40℃ ， 這 取 30℃ 。 在這取 10%，因此，總的熱損耗功率為 )千瓦()()PP( fCS ?????? 式（ ） 真空感應(yīng)爐的實際熱效率 2 1 . 9 4PPPP Pη RSR RR ?????? 式（ ） 式中 PR——把爐料加熱到澆注溫度所需要的電功率，千瓦。 ② 蝸輪