【文章內(nèi)容簡介】 項(xiàng)填入配料平衡表中。，C、S、P沒有超標(biāo)，其他合金元素量都滿足要求。 100kg爐料的配料計(jì)算平衡爐料加入量/kg化學(xué)成分 ω/%CSiMnPSCrNiAl電解鎳9電解錳硅鐵鉻鐵工業(yè)純鐵鋁100合計(jì)（不含呂）1009 表中，%，但由于真空感應(yīng)爐冶煉的鋼種碳回收率遠(yuǎn)小于50%，因此符合要求。 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)。 各爐料量（kg）爐料電解鎳電解錳硅鐵鉻鐵工業(yè)純鐵加入量 使用部分返回料有時利用返回料進(jìn)行熔煉鋼種，可分為以下三種情況：① 返回料與熔煉鋼種的成分相似；② 返回料中相應(yīng)成分低于熔煉鋼；③ 返回料成分高于相應(yīng)成分。以上三種情況中，只有最后一種情況返回料的用量受到限制，在這本課題不對此作討論。 真空感應(yīng)爐爐襯耐火材料 真空感應(yīng)爐用耐火材料的工作條件和特點(diǎn)在冶煉過程中爐襯耐火材料反復(fù)受到急冷急熱，金屬液對爐襯耐火材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械沖刷，而且爐襯材料的溫度梯度非常大。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)。② 具有良好的熱震穩(wěn)定性。③ 具有高的高溫機(jī)械強(qiáng)度。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。 ⑤ 資源豐富，便宜，而且材料要不容易“放氣”。 感應(yīng)爐坩堝材質(zhì) 真空感應(yīng)爐坩堝有三種類型，即堿性坩堝、酸性坩堝和中性坩堝。用于制作堿性坩堝的耐火材料一般為氧化鎂，用于制作中性坩堝的材料有氧化鋁、MgOAl2O3復(fù)合氧化物、石墨等，但用于制作酸性坩堝的材料只有氧化硅。 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(diǎn)/℃最高工作溫度/℃?zhèn)渥営⑹痁rO2SiO2≥9525501650中性普通鎂砂MgO≥9020001700堿性電容鎂砂MgO≥9823001800堿性鋯英石ZrO2SiO2≥9525501650中性尖晶石MgO70,Al2O33021351800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。 電熔鎂砂的成分和性能[2]等級成 分/%灼燒減量/%真密度/gcm3MgOCaOSiO2Fe2O3+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(jì)選擇2級電熔鎂砂。隔熱層材料本課題選擇石棉板。 坩堝制作方法 坩堝制作方法有3種：爐外成形預(yù)制坩堝是將砂料裝入磨具內(nèi)加壓制成，適用于容量較小的感應(yīng)爐；爐內(nèi)成形坩堝時利用手工或機(jī)械的方法在爐內(nèi)打結(jié)制成，適用于中小型感應(yīng)爐；砌筑式坩堝時用耐火材料磚和填料在爐內(nèi)砌筑而成，適用于大容量感應(yīng)爐。本課題所設(shè)計(jì)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。 坩堝尺寸計(jì)算 確定坩堝的總體積和金屬液的體積 實(shí)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%。為了簡化運(yùn)算, 以所煉鋼種固態(tài)體積代替鋼液體積。 金屬液體積 式（） 總體積 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。 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(qiáng)度便分布不均勻，而無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定熔煉，而且占地面積比較大。對于真空感應(yīng)爐來說，則要求有較大的爐室容積。2） 坩堝的高度偏高時，線圈匝數(shù)增多，裝料、澆注多有不便，而且漏磁通增加，效率降低。3） 打結(jié)坩堝時，為了便于拔出模具，坩堝必須具有一定錐度。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(qiáng)度及便于制作感應(yīng)器，坩堝外經(jīng)應(yīng)該大小一致。4） 本課題設(shè)計(jì)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。一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定A值，坩堝容積越小比值越小這樣便有一定高度來布置線圈，因而小容量爐子的高度通常比直徑大得多 。設(shè)計(jì)可參考下表來確定A值。 A值和δc/D值選擇表爐子容量，公斤500500~15001500~30003000A=D/H值~~~~1δc/D值~~~~ 式 （） 式（） 式（） 式中 H——熔體高度，即坩堝有效高度； HG——坩堝的高度。 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。 確定感應(yīng)器的直徑爐襯厚度與爐子的容量有關(guān)，確定爐襯厚度δC值時，必須考慮兩個因素：一是盡量減少爐子的無功損耗，δC值越大，爐子的無用功損耗就越大，從減少無用功損耗、提高爐子功率因素的角度出發(fā)，δC值越小越好；二是坩堝必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和一定的壽命，這顯然δC值大一點(diǎn)好。同時，絕緣層應(yīng)保證能耐受線圈的工作電壓，由于隔熱層太薄會帶來大量的熱損失，且對感應(yīng)線圈的工作不利，所以δz也不能太小。總之，感應(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]。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，~。 δC=δG+δz——爐襯厚度，厘米。，分別確定δG、δz的值取 δz=，δC/D=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，=。 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。PR值決定于生產(chǎn)、金屬的熱容量及爐子的熱效率。確定PR值時，可以先假設(shè)爐子的熱效率，利用爐子額定容量進(jìn)行近似計(jì)算，然后根據(jù)熱量平衡方式進(jìn)行感應(yīng)器—爐料系統(tǒng)的熱計(jì)算結(jié)果來校正[1]。已知爐子額定容量GG=10（公斤），則 （） 式中 ηR——爐子的熱效率，~ 爐料的能量被利用的程度，一般，爐子容量小，熱效率較低，應(yīng)取 小值。 τR——爐料的熔煉時間，小時；。 860——電熱當(dāng)量，即每一千瓦小時電能相當(dāng)于860千卡熱量； qJ——爐料在澆注時的熱含量，千卡/公斤。 為了簡化，在這直接用00Cr18Ni9不銹鋼代替爐料計(jì)算qJ，而澆注溫度一般在熔點(diǎn)以上100℃左右。 查表得，00Cr18Ni9在澆注溫度1535 ℃。 感應(yīng)器的高度H1可以由已選定的熔體高度H求得，因?yàn)楦袘?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。對中頻感應(yīng)爐通常讓感應(yīng)器完全包圍爐料，即選用 H1=(~)H 式（） 按上式得到的H1值，對融鋁、鎂、鋅感應(yīng)爐取小值，熔銅、鋼、鑄鐵感應(yīng)爐取較大值。對于本課題設(shè)計(jì)的真空感應(yīng)爐取， H1===（厘米）坩堝的各項(xiàng)尺寸如下圖所示（單位：厘米）： 圓形無芯坩堝各項(xiàng)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。 感應(yīng)器用銅材截面形狀無芯真空感應(yīng)爐一般采用密繞的圓筒形狀。因此，本課題也選用圓筒形狀。 感應(yīng)線圈銅管匝數(shù)的計(jì)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(qiáng)度，也即感應(yīng)線圈的匝數(shù)。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(diǎn)損失可達(dá)到爐子有用功率的20~30%。這一部分損失將變?yōu)楹艽蟮臒?，加上由被熔金屬通過爐襯傳來的熱量，就使得在一般情況下必須對感應(yīng)器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。因此，感應(yīng)器要用空心銅管制成，里面通水冷卻。