【正文】 其圖形如下圖 所示 [16]： 圖 真空感應(yīng)爐外形 ； ； ； ； ； ； ； 00000 結(jié) 論 25 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)是將本科四年中所學(xué)的冶金專業(yè)所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的一次設(shè)計(jì)。 本課題設(shè)計(jì)的真空裝置感應(yīng)圈坩堝和錠模裝在同一熔煉室內(nèi)，由于坩堝在熔煉室內(nèi)翻轉(zhuǎn)澆注，熔煉石容納了機(jī)械和液壓機(jī)構(gòu)，感應(yīng)圈的冷卻水管線和電纜也占用室內(nèi)空間 。 爐殼 爐殼 有 固定爐殼 和 可動(dòng)爐殼。常見的配置一種為兩級(jí)真空泵配置，前級(jí)使用機(jī)械泵，后級(jí)使用羅茨泵或油擴(kuò)散泵；另一種為三級(jí)真空泵配置，機(jī)械泵 —羅茨泵 —油擴(kuò)散泵。從感應(yīng)爐爐體中排除氣體獲得真空，是專門的真空機(jī)組進(jìn)行的。 本課題設(shè)計(jì)的真空感應(yīng)爐容量為 10kg，因此本課題的輕料機(jī)構(gòu)選擇絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 ② 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傾爐。 傾爐機(jī)構(gòu) 傾爐機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般應(yīng)根據(jù)承受載荷的情況，計(jì)算爐體傾側(cè)力矩，來設(shè)計(jì)出軸承，在選擇其動(dòng)力系統(tǒng)，在這本課題就不去計(jì)算這些，直接選擇常用的傾爐機(jī)構(gòu)。 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(shí)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。因此，為了使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際，可以根據(jù)操作情況，把計(jì)算結(jié)果乘以系數(shù)（ ~）。 一般 可取 30~40℃ ， 這 取 30℃ 。度； D1——感應(yīng)器內(nèi)徑，為 厘米； D3——坩堝外徑，為 厘米。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 通常按爐料達(dá)到最終溫度，即澆注溫度 tJ 時(shí)的熱穩(wěn)定狀態(tài)計(jì)算。 感應(yīng)器 每 1h 所需 冷卻 水量（ kg）的計(jì)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爐料也向感應(yīng)線圈傳遞熱量。國產(chǎn)的 250 公斤爐的磁軛個(gè)數(shù)為7，因此，本課題取磁軛個(gè)數(shù)為 5 個(gè)。 φ m 8m1i W U因 為 ??? ? 式 （ ） 18im 4 . 4 4 f W10U 故 ??? 式 （ ） 2. 磁通量的總截面積 AF[1] )厘米(fWB4 .4 4 k 10UkBk φkA 21mF8ilmFmlF ??? 式 （ ） 式中 Kl——漏磁系數(shù)，其值取決于感 應(yīng)器外側(cè)磁通通過磁軛部分的多少，一般 可取 ~； kF——硅鋼片的疊片系數(shù)，一般為 ~； Ui——感應(yīng)器兩端的電壓，伏； Bm——磁軛內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，對(duì)于中頻來說，可取 500~4000 高斯，頻 率高者取小值； Wl——感應(yīng)器每一并聯(lián)路的匝數(shù)，若并聯(lián)組數(shù) NZ=1，則 Wl 就是感應(yīng)器的 總匝數(shù)，即 Wl=W。目前更多采用形 L 和 丨 形磁軛。 磁軛 在中頻感應(yīng)器的外部，常 常 裝設(shè)用 或 毫米厚硅鋼片疊成的磁軛，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?fàn)t殼、爐架和其他金屬結(jié)構(gòu)發(fā)熱的作用。這種關(guān)系見下表。 ΔT越小，工作溫度越趨于平均，有利于提高電效率。當(dāng)感應(yīng)加熱圓柱形導(dǎo)體時(shí)由于集膚 效應(yīng)，只有表面會(huì)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。 K與 D/2δC 成正比關(guān)系。因此，選擇電源頻率最終需要考慮綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。 電源頻率的選擇 真空感應(yīng) 爐 加熱的電流頻率可在 50Hz~10MHz范圍內(nèi)，工頻真空感應(yīng)爐頻率在XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計(jì)理論 計(jì)算 16 50Hz以下，中頻真空感應(yīng)爐平率在 50~10000Hz內(nèi)，高頻真空感應(yīng)爐頻率在 10000Hz以上。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 感應(yīng)器在工作時(shí)，由于集膚效應(yīng)，電流大部分集中在向著爐料的一側(cè)。 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)。對(duì)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（ ） XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計(jì)理論 計(jì)算 14 按上式得到的 H1 值，對(duì)融鋁、鎂、鋅 感應(yīng) 爐取小值，熔銅、鋼、鑄鐵 感應(yīng) 爐取較大值。小時(shí)電能相當(dāng)于 860 千卡熱量； qJ——爐料在澆注時(shí)的熱含量，千卡 /公斤。 已知爐子額定容量 GG=10（公斤），則 )千瓦( τ8 6 0η qGP RR JGR ? （ ） 式中 ηR——爐子的熱效率，通?？扇?~ 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 。 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(jì)理論 計(jì)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(jì)算得 d0= 厘米。同時(shí)，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(huì)帶來大量的熱損失，且對(duì)感應(yīng)線圈的工作不利，所以 δz也不能太小。設(shè)計(jì)可參考下表來確定 A 值。 3） 打結(jié)坩堝時(shí)，為了便于拔出模具，坩堝必須具有一定錐度。 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計(jì)理論 計(jì)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。 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(shí)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(shí)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。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 。Al2O3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。 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。 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(duì)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 。 表 100kg 爐料的配料計(jì)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(jì)理論 計(jì)算 9 合計(jì)（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(yuǎn)小于50%，因此符合要求。鋁、工業(yè)純鐵和鉻鐵中含有硅，忽略鋁中的含量，工業(yè)純鐵XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應(yīng)爐設(shè)計(jì)理論 計(jì)算 8 的量按照估計(jì)值帶入，則硅鐵量為 : [（ ） %]247。鋼種成分選用爐料，爐料種類及其成分列于表 中。 全部使用新料 下面以 100kg 爐料為基準(zhǔn)進(jìn)行配料計(jì)算。 2）爐子容量， GG=10 公斤；和熔煉時(shí)間 τR= 小時(shí)。 為了簡化這以所煉鋼種的成分代替爐料成分計(jì)算熔點(diǎn)，根據(jù)表 得 [1]： 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] =153565+30 59 =1435℃ 而澆注溫度一般比熔點(diǎn)高 100℃ ，因此， tJ=tR+100=1435+100=1535 ℃ 式（ ） ② 查 [3]表 附表一得爐料在澆注溫度時(shí)的熱含量 qJ= 千卡 /公斤； ③ 常溫時(shí)爐料的比熱 qB=103千卡 /公斤 澆注到保溫帽時(shí)，及破真空，立即打開真空室加發(fā)熱劑和保溫劑。當(dāng)被脫出的元素在精煉過程中沒有來源時(shí)，則隨著精煉時(shí)間的延長，這些元素的含量就會(huì)越來越低，只是脫除的速度越來越小。所以，精煉期的真空度并非越高越好。因此，在精煉期應(yīng)嚴(yán)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(diǎn)以上 100℃ 。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。 鎂和鈣要以中間合金形式加入，這樣可以大大提高回收率。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。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)。當(dāng)金屬液全部熔化，熔池表面無氣泡逸出的時(shí)候，熔煉就進(jìn)如精煉期。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。 熔化期 對(duì)于連續(xù)式生產(chǎn)真空感應(yīng)爐，裝料完后，即可送電進(jìn)行熔化。大爐子裝料時(shí)，應(yīng)分幾次加入，而且要注意爐料對(duì)坩堝壁的沖擊。 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(gè)周期可以分為以下幾個(gè) 五 主要階段，即裝料、熔煉、精煉、合金化和脫氧澆注等 [1,2,11]。 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(huì)被氧化，因此應(yīng)使被熔煉金屬液得到足夠強(qiáng)的攪拌力，從而應(yīng)選擇較非真空爐低的工作平率。電極引線可用同軸線，但 必須 考慮密封。 主要有以下幾種： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 緒 論 2 ① 真空感應(yīng)爐與粉末霧化和吹氬工藝的組合 ； ② 真空感應(yīng)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(yīng)爐與鑄錠