【正文】 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。 一般可根據(jù)經(jīng)驗來確定 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 。坩堝內(nèi)徑應上大下小，一般錐度應大于 1%，但為增加坩堝強度及便于制作感應器， 坩堝外經(jīng)應該大小一致。 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。 3G /,kg10G 其中 cmgK m ??? ，取 確定坩堝尺寸是，應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。為了 簡化運算 , 以所煉鋼種固態(tài)體積代替鋼液體積。 本課題所設計的真空感應爐容量為 10kg，因此，本課題選擇在爐外成形預制坩堝。隔熱層材料本課題選 擇石棉板。 表 電熔鎂 砂的成分和性能 [2] 等級 成 分 /% 灼燒減量/% 真密度/gSiO2≥95 2550 1650 中性 普通鎂砂 MgO≥90 2020 1700 堿性 電容鎂砂 MgO≥98 2300 1800 堿性 鋯英石 ZrO2常用坩堝材料的允許使用最高工作溫度見 表 。用于制作XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 10 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、MgO ⑤ 資源豐富，便宜，而且材料要不容易 “放氣 ”。 ③ 具有高的高溫機械強度。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。 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。 假設鋼液澆注成 1 只重量為 9kg 的鋼錠，并假設鋼液在熔煉及澆注過程損失率為 10%，則裝入量為： m=9= (kg) 當裝入量為 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 表明， C、 S、 P 沒有超標，其他合金元素量都滿足要求。%=(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。%＝ (kg) 由此帶入的碳、硫、磷、硅量為： C %＝ (kg) ； S %＝ (kg)； P %＝ (kg)； Si %＝ (kg) 硅鐵量 的計算。 表 合金元素回收率和需要量 [2] 計算內(nèi)容 化學成分 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。計算結(jié)果列于表 中。根據(jù)熔煉 工藝特點確定元素回收率 P列于表 中。為此在真空感應爐熔煉時，就不安排去除多余元素的冶煉任務了，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)品的成分達到預定的成分。 3）爐料粒度， 48~96mm。厘米 [7]； ⑥ 相對導磁率：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。度 [7]； ④ 爐料在冷態(tài)（常溫）時的電阻率 ρL= 歐姆 XXXXXXXXXXXXXX（論文） 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 6 3 10kg真空中頻感應爐設計理論計算 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 ,其化學成分見下表 表 00Cr18Ni9 化學成分 [7] （ %） C Si Mn Cr Ni S P ≤ ≤ ≤2 17~19 8~10 ≤ ≤ 表 00Cr19Ni10 計算成分 A[7] （ %） C Si Mn Cr Ni S P 18 9 表 爐料的種 類及其成分 [1] 爐料 化學成分 ω/% C Si Mn P S Cr Ni Al Fe 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℃ 。對于成分復雜的高溫合金，澆注后在真空下停留 15~20min，再破真空。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中頻感應爐冶煉工藝 5 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要求的規(guī)定， 即 可以出鋼。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 。 精煉時間 所有精煉反應都有一定的速度，所以精煉時間越長，反應進行就越趨于平衡。對大型真空感應爐，精煉期真空度通?？刂圃?12~150Pa 范圍內(nèi)。但是，過高的真空度將會導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。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，提高真空度將促進碳的脫氧反應。同時，高溫還會加速合金成分的揮發(fā)損失。升高溫度有利于脫氮反應的進行，也有利于微量有害雜質(zhì)元素的揮發(fā)。 精煉溫度 精煉溫度影響坩堝內(nèi)所進行的所有的反應。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。由于錳的揮發(fā)性很強，一般在出鋼前 3~5min 加入。加入活潑元素時?；顫娫氐募尤腠樞驗?Al、 Ti、 Zr、 B、 Re。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。同時，還要調(diào)整熔池的溫度和進行合金化。 表 不同容量真空感應爐熔化速度 容量 /t 12 27 60 熔化速度 /t 不同容量真空感應爐熔化速度見表 。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。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。熔化期的主要任務是熔化爐料。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爐的生產(chǎn)效率。易氧化的的爐料，應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。裝料時，應做到上 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，應裝在坩堝的中、下部高溫區(qū)。 裝料 真空感應爐所用的爐料，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。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。如果采用石墨坩堝，那么選擇的工作頻率應使電流在石墨中的投入深度等于坩堝厚度的 ~2 倍 [3]。為加速真空除氣，坩堝深度與平均內(nèi)徑之比值應比非真空感應熔煉爐的相應值小，一般 取坩堝深度與平均內(nèi)徑相等。坩堝材料應根據(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。在感應器的結(jié)構(gòu)中應盡量避免出現(xiàn)尖角、銳棱等部位，位于爐內(nèi)的所有帶電體的表面都應該圓滑并經(jīng)絕緣處理，以避免真空放電。 真空感應熔煉爐設計特點 在設計、制造和使用真空感應爐時，應緊緊抓著 “真空 ”這一特性。 緊湊型真空感應爐 ( VIDP) 在與其他澆注系統(tǒng)組合方面 , 有很強的適應性 , 從而擴展了真空感應爐的功能 , 實現(xiàn)了一機多用 , 提高了綜合經(jīng)濟效益 [4,5]。 真空感應爐隨著高產(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)了多功能真空感應爐 。因此，多方面提高我國冶煉設備的裝備水平及其技術水平是十分必要的。 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。 新型真空感應爐熔煉又稱為真空感應脫氣澆鑄 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]。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，真空冶金技術的到了快 速的發(fā)展。 隨著科學技術的進步，對材料的性能要求越來越高，真空感應爐冶煉為新材料的生產(chǎn)提供了保證，滿足了市場需求。一般應用于金屬及合金的冶煉、提純、精煉及處理。 本課題研究的對象是 10kg 真空中頻感 應爐裝置的設計，包括工藝參數(shù)的選擇，坩堝材料的選擇以及尺寸的設計，感應器材料的選擇與結(jié)構(gòu)的設計，傾爐機構(gòu)的選擇，冷卻系統(tǒng)的設計等， 本課題的設計論述出了各部分的設計方法與原則以及計算設計過程和必要的強度校核。0000000000（論文） 摘 要 I 10kg真空中頻感應爐裝置設計 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爐的發(fā)展與研究。與其他冶煉方法相比，真空感應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爐最顯著的特點。 關鍵詞 真空 ， 感應爐 ， 設計 XXXXXXXXXXXXXX 論文） ABSTRACT Ⅱ II ABSTRACT At present,with the continuous development of some areas,such as aerospace,aviation,military industry, nuclear power,energy and chemical area, not only the demand of special alloy—heatresisting alloy, high temperature alloy, corrosion resistant alloy—are increasing, but the quality requirements of this special alloy are being more of this promoted the development and research of vaccum induction furnace. Compared with other smelting method, vaccum induction smelting furnace is able to precisely control position of steel or alloy, and gas and nonmetallic inclusions in steel or alloy are far below other smelting method. The temperature of the vacuum induction furnace is relatively easy to control, and control the pressure level is the most disti