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10kg真空中頻感應爐裝置設計畢業(yè)設計--102136707[精選]-閱讀頁

2024-12-18 23:27本頁面
  

【正文】 效率較低,應取 小值 。 τR——爐料的熔煉時間,小時;在這取 小時。小時電能相當于 860 千卡熱量; qJ——爐料在澆注時的熱含量,千卡 /公斤。 查表得, 00Cr18Ni9 在澆注溫度 1535 ℃ 時的含熱量為 千卡 /公斤。對中頻感應爐通常讓感應器完全包圍爐料,即選用 H1=(~)H 式( ) XXXXXXXXXXXXXX(論文) 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 14 按上式得到的 H1 值,對融鋁、鎂、鋅 感應 爐取小值,熔銅、鋼、鑄鐵 感應 爐取較大值。 圖 感應器用銅材截面形狀 無芯真空感應爐一般采用密繞的圓筒形狀。 感應線圈銅管匝數(shù)的計算 感應器傳遞功率的能力取決于電流通過感應器所產(chǎn)生的磁場強度,也即感 應線圈的匝數(shù)。 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器進行強制冷卻。 感應器在工作時,由于集膚效應,電流大部分集中在向著爐料的一側(cè)。各種頻率下銅管壁厚的最佳值和一般選用值見下表。應為 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 則銅線圈內(nèi)水流股的半徑: (厘 米) ????? jRr ? 下面計算感應線圈的匝數(shù),感應線圈匝數(shù)為 1 2 . 31 3 . 9 7 )0 . 9 8(23 . 1 4 616 )Dπ( 2 RN 1 ??????? l 式 ( ) 因為感應器的每一匝之間并不是緊挨著的,所以匝數(shù)應該小于 ,在這匝數(shù)取為 12 圈。 電源頻率的選擇 真空感應 爐 加熱的電流頻率可在 50Hz~10MHz范圍內(nèi),工頻真空感應爐頻率在XXXXXXXXXXXXXX(論文) 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 16 50Hz以下,中頻真空感應爐平率在 50~10000Hz內(nèi),高頻真空感應爐頻率在 10000Hz以上。熔煉工藝要求加熱溫度均勻,同時 考慮功率密度和攪拌力。因此,選擇電源頻率最終需要考慮綜合經(jīng)濟技術指標。 I——感應器中的電流, A; ω——感應器 1cm 長度上的匝數(shù); k——小于 1 的修正系數(shù); μ——被加熱物體的相對磁導率; ρ——被加熱物體電阻率, cmΩ? ; f——電流頻率, Hz。 K與 D/2δC 成正比關系??傻?, k=。當感應加熱圓柱形導體時由于集膚 效應,只有表面會快速升溫,兒中心部分則需要靠熱傳導,從表面高溫區(qū)向內(nèi)部低溫區(qū)傳導熱量。K); XXXXXXXXXXXXXX(論文) 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 17 Kt——小于 1 的修正系數(shù); P0——被加熱物體表面功率, W/cm2; Pr——被加熱物體的散熱損失, W/cm2。 ΔT越小,工作溫度越趨于平均,有利于提高電效率。這種關系列于表 。這種關系見下表。 電流的滲透深度計算: 冷態(tài)時 )厘米1 . 7 7 (2 5 0 0 . 0 0 1 35 0 3 0μfρ5 0 3 0δ 1 ????? 式( ) 熱 態(tài)時 )厘米2 .1 5 (005253 0 .0 1 65030μfρ5030δ 2 ????? 式( ) 式中 ρ——被加熱物體的電阻率,歐姆 磁軛 在中頻感應器的外部,常 常 裝設用 或 毫米厚硅鋼片疊成的磁軛,磁軛主要 起 屏蔽作用, 以 約束感應器的漏磁通向外發(fā)散, 以 防止爐殼、爐架和其他金屬結構發(fā)熱的作用。磁軛的形狀有 L 形, [ 形和 丨 形。目前更多采用形 L 和 丨 形磁軛。 磁軛的形狀、長度、根數(shù)以及排列位置的確定,應主要根據(jù)磁軛在感應器周圍布置和制造的方便,以及感應器和爐架的結構及傳熱效果,此外,還應考慮避免爐料或?qū)щ娵釄宓鹊镁植窟^熱,此外一般都選多個磁軛。 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——感應器兩端的電壓,伏; Bm——磁軛內(nèi)磁感應強度的大小,對于中頻來說,可取 500~4000 高斯,頻 率高者取小值; Wl——感應器每一并聯(lián)路的匝數(shù),若并聯(lián)組數(shù) NZ=1,則 Wl 就是感應器的 總匝數(shù),即 Wl=W。 )(182 則 218F 厘米????? ??? 3. 確定磁軛個數(shù) NF 確定磁軛個數(shù),主要根據(jù)安裝和制造的方便,往往是隨爐子的容量增大而增多。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。 水冷系統(tǒng) 感應爐所需冷卻的主要部位是感應線圈。爐料也向感應線圈傳遞熱量。銅的電阻溫度系數(shù)等于℃ ,其工作溫度每降低 10℃ ,電阻值減少 4%,亦即電能損耗降低 4%。 感應器 每 1h 所需 冷卻 水量( kg)的計算 [2]: )( 366 ??? ?????? S SS TC PG 式 ( ) 式中 PS——為感應器有用功損耗和坩堝內(nèi)融化爐料通過坩堝壁向感應器熱傳 導所損耗的功率之和; CS——水的質(zhì)量熱熔, 103 J/(kg XXXXXXXXXXXXXX(論文) 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 20 本課題感應器線圈內(nèi)表面溫度取 50℃ ,環(huán)境溫度取 30℃ ,則 ΔT=感應器線圈內(nèi)表面溫度 環(huán)境溫度 =5030=20℃ 且 (千瓦) ??????? RCS PPP 下面計算冷卻水流速: 冷卻水流股的半徑 r=,水的密度, ρ=103kg/m3 m /s 0 . 5 2 3 8c m /s 5 2 . 3 80 . 7 63 . 1 4103600 103423600 ρ 6 010Gυ 23 626S ????? ???? 式 ( ) 感應器與爐料系統(tǒng)的熱計算 進行感應器 與 爐料系統(tǒng)的熱計算目的在于確定爐子的熱損失和熱效率,以便和前面假設的熱效率進行比較,如果實際計算值與假設值相差太大,則應對前面確定的坩堝尺寸、感應器尺寸及爐襯結構進行必要的修正。通常按爐料達到最終溫度,即澆注溫度 tJ 時的熱穩(wěn)定狀態(tài)計算。 1)通過爐底和爐襯的傳導熱損失 計算時,可以爐襯中的耐火層、隔熱層和絕緣層都是厚度一致的圓筒,而坩堝底部各層則是厚度一致的平面,因此,爐子的傳導熱損失 PC可以由下式計算 [1]: )千瓦(PPP ccc ????? 式( ) 式中 PC——爐子的傳導熱損失功率,千瓦; cP? ——通過爐襯的傳導熱損失功率,千瓦; cP? ——通過爐底的傳導熱損失功率,千瓦; 根據(jù)爐襯是由兩層組成,因此, (千瓦)31Z3GXJ631Z3GXJ6cDDlnλ1DDlnλ1)tH (t1073DDlnλ1DDlnλ1)tH (t1073P??????????? 式 ( ) )(11)501535( 6千瓦?????? ? XXXXXXXXXXXXXX(論文) 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 21 式中 H——爐料液面高度, 厘米; tJ——爐料澆注溫度,前面已知 1535℃ 。一般水冷感應器可取 50~55℃ ,取 50℃ ; λG——坩堝導熱系數(shù),可根據(jù)打結坩堝所用的材料確定,為 千卡 /米 度; λZ——隔熱層和絕熱層的導熱系數(shù),這兩層因為較薄,可以看成一層,要 想計算的更精確,則應將他們分成兩層計算,為 千卡 /米 度; D1——感應器內(nèi)徑,為 厘米; D3——坩堝外徑,為 厘米。通常可先假設為 200~300℃ , 在這取 250℃ ; t2——坩堝底的溫度, ℃ 。 一般 可取 30~40℃ , 這 取 30℃ 。 D——坩堝口內(nèi)徑,一般可按直徑計算 , 厘米。因此,為了使計算結果更符合實際,可以根據(jù)操作情況,把計算結果乘以系數(shù)( ~)。 應該指出,熱量常常是通過輻射、對流、傳導三種形式散失的,兒前面的計算中,都只考慮通過主要的熱傳導方式散失的熱量。 在這取 10%,因此,總的熱損耗功率為 )千瓦()()PP( fCS ?????? 式( ) 真空感應爐的實際熱效率 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。 總功率 )千瓦( SR ????? 式 ( ) 從實際熱效率 與前面假設的熱效率 相差很小,因此坩堝尺寸、感應器尺寸及爐襯結構比較合理。 傾爐機構 傾爐機構的設計一般應根據(jù)承受載荷的情況,計算爐體傾側(cè)力矩,來設計出軸承,在選擇其動力系統(tǒng),在這本課題就不去計算這些,直接選擇常用的傾爐機構。利用電動機通過減速器帶動絲桿升降裝置,完成爐體XXXXXXXXXXXXXX(論文) 3 10kg 真空中頻感應爐設計理論 計算 23 的傾動過程。 ② 蝸輪蝸桿機構傾爐。 ③ 壓裝置傾爐。 本課題設計的真空感應爐容量為 10kg,因此本課題的輕料機構選擇絲杠傳動機構。按照壓強的大小劃分真空度,列于下表 [2,6]。從感應爐爐體中排除氣體獲得真空,是專門的真空機組進行的。真空感應爐中常用的真空泵類型及使用范圍如下表。常見的配置一種為兩級真空泵配置,前級使用機械泵,后級使用羅茨泵或油擴散泵;另一種為三級真空泵配置,機械泵 —羅茨泵 —油擴散泵。對于真空度,一般10Pa 以下就足夠了,因為主要是隔絕氧氣,這樣 的真空度足夠了。 爐殼 爐殼 有 固定爐殼 和 可動爐殼。小型真空感應爐爐殼采用雙層結構,內(nèi)層用無磁不銹鋼板,外層用普通鋼板。 本課題設計的真空裝置感應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,熔煉石容納了機械和液壓機構,感應圈的冷卻水管線和電纜也占用室內(nèi)空間 。對于這類真空感應爐裝置,內(nèi)層爐殼尺寸設計一般取爐殼高度為感應器線圈高度的 3~4 倍,直徑也為感應器線圈半徑的 4~5 倍,在這我們高度取 4 倍直徑取 5 倍,前面已經(jīng)算的感應器線圈的直徑為 厘米,高度為 厘米,因此爐殼內(nèi)層的直徑和高度分別為 70 厘米和 97 厘米。 其圖形如下圖 所示 [16]: 圖 真空感應爐外形 ; ; ; ; ; ; ; 00000 結 論 25 結 論 本設計是將本科四年中所學的冶金專業(yè)所學理論知識與實踐環(huán)節(jié)相結合的一次設計。 通過對真空感應爐的理論研究和計算,得到了本次真空感應爐設計的各項參數(shù),并且經(jīng)過數(shù)據(jù)驗算它們符合理論和實踐要求,為該模型真空感應爐實際生產(chǎn)奠定了基礎,主要技術經(jīng)濟指標如下: ( 1)電源電壓: 220V;
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