真空熔煉爐設(shè)計分析解析

1、畢業(yè)設(shè)計論文學(xué)院機電工程與自動化學(xué)院專業(yè)機械制造及自動化（專升本）學(xué)號124A1144姓名郭利娜指導(dǎo)教師任伯航日期二O五年九月十三日摘要目前，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、高溫合金等特殊合金的需求量越來越大，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.與其他冶煉方法相比，真空感應(yīng)熔煉爐能更精確的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圓圓低于其他熔煉方法；真空熔煉爐的溫度相對來來說比較容易控制，而控制壓力水平就是真空感應(yīng)熔煉爐最顯著的特點。本設(shè)計研究的對象是25KG的真空感應(yīng)熔煉爐裝置的設(shè)計，

2、包括此爐的總功率的熱工計算、中頻電源的電參數(shù)技術(shù)計算，坩堝材質(zhì)的選擇以及坩堝尺寸的設(shè)計，感應(yīng)器材料的選擇與機構(gòu)設(shè)計，真空系統(tǒng)泵閥的選擇以及真空管的布置，爐殼的強度校核，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等，本課題的設(shè)計論述出來各部分的設(shè)計方法與原則以及計算設(shè)計過程和必要的強度校核。關(guān)鍵詞真空感應(yīng)爐設(shè)計9ABSTRACTAtpresent，withthecontinuousdevelopmentofsomeareas，suchasacrospace，avaiation，militaryindustry，nuclearpower，energyandchemicalarea,notonlythedemandofspec

3、ialalloy-heatresistingalloy，hightemperaturealloy，corrosionresistantalloyareasincreasing，butthequalityrequirementsofthisspecialalloyarebecomingmorestringent.Allofthispromotedthedevelopmentandresearchofvaccuminductionfurnace.Comparedwithothersmeltingmethod,vaccuminductionsmeltingfurnaceisabletoprecise

4、lycontrolcompositionofsteeloralloy,andgasandnonmetallicinclusionsinsteeloralloyarefarbelowothersmeltingmethod.Thetemperatureofthevacuuminductionfurnaceisrelativelyeasytocontrol,andcontrolthepressurelevelisthemostdistinguishingfeatureofvacuuminductionfurnace.Thisresearchsetsthetargetof10kgvacuuminter

5、mediatefrequencyinductionfurnace。Thisresearchsetsthetargetof25kgvacuumintermediatefrequencyinductionfurenaceequipmentdesign，includingthermalcalculationofPower，electricparemeterscalculationofmediumfrequencypowersuppl，yTheselectionofcruciblematerialandsizedesign，materialselectionandstructuredesignofse

6、nsors，selectionofvacuumpumpvalveandthearrangementofvacuumline，strengthcheckofshell，coolingsystemdesign.Thetopicsaddressedinthedesignofthevariouscomponentsofthedesignprinciplesandcalculationmethodsanddesignprocessandthenecessarydegreeofintensity.Keywordsvacuum，inductionfurenace，design第一章緒論1.真空中頻感應(yīng)爐概述

7、真空感應(yīng)熔煉(VIM)就是在真空條件下，利用電磁感應(yīng)在金屬液導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流加熱爐料進行熔煉的方法。一般應(yīng)用于金屬及合金的冶煉、提純、精煉及處理。真空冶金可保護金屬液不被大氣中氧等氣體物質(zhì)污染、分離沸點不同的物質(zhì)并可降低金屬中的氣體或其他雜質(zhì)含量等，可以實現(xiàn)在大氣壓下無法實行的冶煉過程，提高冶煉金屬及合金的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，對材料的性能要求越來越高，真空感應(yīng)爐冶煉為新材料的生產(chǎn)提供了保證，滿足了市場需求。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。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)

8、展。中國的真空冶煉在20世紀(jì)50年代后期開始的，到目前，我國的真空冶金已經(jīng)處在快速發(fā)展階段。新型真空感應(yīng)爐熔煉又稱為真空感應(yīng)脫氣澆鑄VIDP(vacuuminductiondegassingpouring),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(zhǔn)確控制合金成分等特點。2.3.Hhh4.第二章Hh第三章第四章緒論1) 國內(nèi)外真空感應(yīng)爐使用狀況及發(fā)展趨勢真空感應(yīng)爐是特殊鋼、精密合金、電熱合金、高溫合金及耐蝕合金等特殊合金生產(chǎn)的重要工序之一，在航天、航空、軍工、核電等領(lǐng)域的材料生產(chǎn)中起著重要的作用。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。我

9、國的鋼產(chǎn)量和鑄件產(chǎn)量都位居世界前列，但優(yōu)質(zhì)鋼，高檔鑄件尚需從國外進口。因此，多方面提高我國冶煉設(shè)備的裝備水平及其技術(shù)水平是十分必要的。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。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。很多國內(nèi)鋼鐵公司、鑄造企業(yè)乃至高校和研究院，都在增添多功能真空感應(yīng)爐，可以認(rèn)為，多功能真空感應(yīng)爐具有廣泛的應(yīng)用前景。緊湊型真空感

10、應(yīng)爐(VIDP)在與其他澆注系統(tǒng)組合方面,有很強的適應(yīng)性,從而擴展了真空感應(yīng)爐的功能,實現(xiàn)了一機多用,提高了綜合經(jīng)濟效益。2)真空感應(yīng)熔煉爐設(shè)計特點在設(shè)計、制造和使用真空感應(yīng)爐時，應(yīng)緊緊抓著“真空”這一特性。選擇爐體內(nèi)部件的材料時，應(yīng)注意這些材料在真空中的性質(zhì)，不要選擇容易“放氣”的材料。在感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)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(yīng)該圓滑并經(jīng)絕緣處理，以避免真空放電。電極引線可用同軸線，但必須考慮密封。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。例如，石墨作坩堝材料。為加速真空除氣，坩堝深度與平均內(nèi)徑之比值應(yīng)比非真空

11、感應(yīng)熔煉爐的相應(yīng)值小，一般取坩堝深度與平均內(nèi)徑相等。真空熔煉的目的，主要在于能使液態(tài)金屬得以充分脫氣，兒熔體又不會被氧化，因此應(yīng)使被熔煉金屬液得到足夠強的攪拌力，從而應(yīng)選擇較非真空爐低的工作平率。如果采用石墨坩堝，那么選擇的工作頻率應(yīng)使電流在石墨中的投入深度等于坩堝厚度的1.52倍。3)本課題研究的目的及意義本課題，通過查閱有關(guān)資料，了解國內(nèi)外真空感應(yīng)爐發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計真空感應(yīng)爐裝置，有益于我們利用所學(xué)的專業(yè)知識解決實際問題，對真空中頻感應(yīng)爐的工作原理、構(gòu)造、工作流程等有更深入的認(rèn)識和理解，為今后從事相關(guān)的工作或進一步深造打下扎實基礎(chǔ)。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

12、，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1.Kk2.3.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)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。加料時，嚴(yán)禁使用潮濕的爐料，以免影響成品的質(zhì)量和在熔煉時發(fā)生噴濺。裝料時，應(yīng)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(yīng)裝在坩堝的中、下部高溫區(qū)。大爐子裝料時，應(yīng)分幾次加入，而且要注意爐料對坩堝壁的沖擊。易氧化的的爐料，應(yīng)在金

13、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。對于大容量的爐子，可以采用熱裝，熱裝料法是將爐料預(yù)先在感應(yīng)爐或電弧爐中按成分要求熔化，然后將鋼液注入真空感應(yīng)爐內(nèi)進行冶煉。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(yīng)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(yīng)爐的生產(chǎn)效率。2)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。熔化期的主要任務(wù)是熔化爐料。熔化初期，由于感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，爐料逐層熔化。這種逐層熔化非常有利于去氣和去除

14、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。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。噴濺的鋼液會使上部未熔化的爐料粘結(jié)在一起，出現(xiàn)架橋現(xiàn)象。不同容量真空感應(yīng)爐熔化速度見表2.1。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。表2.1不同容量真空感應(yīng)爐熔化速度容量/t0.20.5122760熔化速度/th".73.153)精煉期精煉期的主要任務(wù)是提高金屬液的純度以及進行合金化操作。同時，還要調(diào)整熔池的溫度和進行合金化。隨著精煉期的延長，熔體中氧含量氧迅速降低，

15、沸騰慢慢地減弱，最后鋼液面處于平靜狀態(tài)。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。精煉后期，在充分脫氧和脫氮條件下，鋼液中氣體及夾雜物含量降低到較低水平時，加入活潑元素和微量元素，使鋼液成分達到出鋼要求?；顫娫氐募尤腠樞驗锳l、Ti、Zr、B、Re。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。加入活潑元素時。應(yīng)做到均勻、緩慢，以免鋼液產(chǎn)生噴濺，加入后用大功率攪拌鋼液12min,以加速合金的熔化和分布均勻。由于錳的揮發(fā)性很強，一般在出鋼前35min加入。鎂和鈣要以中間合金形式加入,這樣可以大大提高回收率。精煉期的主要工藝參數(shù)有精煉溫度、精煉時間、精煉

16、真空度。為了順利完成精煉期的任務(wù),必須控制好這些工藝參數(shù)。a)精煉溫度精煉溫度影響坩堝內(nèi)所進行的所有的反應(yīng)。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。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)。但精煉期的溫度不能過高,防止鋼液與坩堝之間反應(yīng)加劇。同時,高溫還會加速合金成分的揮發(fā)損失。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以上100°C。熔點tR的計算公式如下：tR=1535-65C+30P-25S-20Ti-8Si-7Cu-5Mn-2.5Ni-2.7Al-2V-1.7Mo-1.5Cr-1.7Co-1W-1300H-90N

17、-80B-80O-5Ce-6.5Nib)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(yīng)。隨著一氧化碳氣泡從金屬熔池中的上浮排除，有利益N、H的析出，以及非金屬夾雜的上浮，所以真空度的高低直接影響著所煉產(chǎn)品的純凈度。但是，過高的真空度將會導(dǎo)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。所以，精煉期的真空度并非越高越好。對大型真空感應(yīng)爐，精煉期真空度通常控制在12150Pa范圍內(nèi)。而對于小型爐，一般控制在0.11Pa范圍內(nèi)。c)精煉時間所有精煉反應(yīng)都有一定的速度，所以精煉時間越長，反應(yīng)進行就越趨于平衡。當(dāng)被脫出的元素在精煉過程中沒有來源時，則隨著精煉時間的延長，這些元素的含量就會

18、越來越低，只是脫除的速度越來越小。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。在真空保持的最初階段，脫氧速率大于供氧速率，所以氧的含量是下降的，到一定時間后，供氧速率就大于脫氧速率，氧降到最低值的時間也就是精煉時間。4)出鋼和澆注合金化結(jié)束后，坩堝中金屬液達到目標(biāo)成分和溫度后，真空室內(nèi)的真空度也符合技術(shù)要求的規(guī)定，即可以出鋼。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。對于成分復(fù)雜的高溫合金，澆注后在真空下停留1520min，再破真空。對于大型連續(xù)式真空感應(yīng)爐，鑄錠可以讓它在真空下冷卻。上海大學(xué)1緒論4.結(jié)構(gòu)組成1)爐體

19、采用雙層水夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)壁為不銹鋼(SUS304)拋光，外壁為優(yōu)質(zhì)碳鋼與法蘭組焊成筒型結(jié)構(gòu)，法蘭平面開設(shè)密封槽，采用“O”型圈真空密封并設(shè)水冷裝置(防止因溫度過高“O”型圈老化)，設(shè)抽氣孔與真空機組連接。爐體設(shè)有臺階方便操作。2) 爐蓋采用雙層水夾層封頭結(jié)構(gòu)與法蘭組焊成整體，內(nèi)壁為不銹鋼拋光，外壁為碳鋼設(shè)有水冷裝置、加料裝置(容裝多種合金輔料)、多工位旋轉(zhuǎn)式觀察窗、鎖緊裝置等。爐蓋采用手動彈簧翻轉(zhuǎn)打開、手動關(guān)閉，工作時手動鎖緊。3) 爐底同樣采用雙層水夾層封頭結(jié)構(gòu)與筒體組焊為一體，內(nèi)設(shè)澆鑄平臺或孔(澆鑄長錠用)并設(shè)水冷裝置，爐底外壁焊有立柱支撐爐體。4) 爐架由型鋼鋼板組焊成柜架結(jié)構(gòu)，爐體安置在爐

20、架上5) 水冷系統(tǒng)由冷卻塔、各種閥、壓力表、進出水管道等相關(guān)裝置組成并有報警和切斷加熱電源功能。6) 感應(yīng)線圈由優(yōu)質(zhì)矩型紫銅管繞制成內(nèi)通冷卻水，外設(shè)接管聯(lián)接裝置。借鑒國外感應(yīng)器結(jié)構(gòu)，操作方便，功率配合好，壽命長不易變形。7) 中頻電源與控制柜：采用100KVA、KGPS中頻電源和水冷電纜。最大功率在lOOkVA,采用KGPS可控硅變頻電源，三相整流導(dǎo)通，能保持較高直流電壓。相應(yīng)操作簡單，維修方便。中頻電源通過同軸電極送入爐內(nèi)感應(yīng)器，同軸電極與爐外水冷電纜聯(lián)接供電。8) 主電極及回轉(zhuǎn)軸承操作機構(gòu)由電極、彎電極等與感應(yīng)線圈聯(lián)為一整體，通過手柄操作機構(gòu)來翻轉(zhuǎn)坩堝完成澆鑄過程。9）真空系統(tǒng)采用三級泵配

21、置，由壹臺2X-70旋片式機械泵配真空壓差閥（防止真空泵油因突然停電而倒灌），壹臺K-300擴散泵配真空冷阱（防油蒸汽進入爐腔）、壹臺ZJP-150羅茨泵、一個過濾器、手動高真空蝶閥、手動真空蝶閥、充氣閥（熔煉過程中可充惰性氣體）、放氣閥等組成，泵與真空管道的聯(lián)接采用金屬波紋軟管快速聯(lián)接（減緩震動），真空度的測量由數(shù)顯復(fù)合真空計執(zhí)行。我公司采用國內(nèi)最先進的氦質(zhì)譜真空檢漏儀進行壓升率檢測，可保證技術(shù)指標(biāo)的可信和準(zhǔn)確，壓升率指標(biāo)優(yōu)于國標(biāo)的最小值。5. 25KG熔爐的溫場及熔爐電參數(shù)計算1)爐子的容量與坩堝幾何尺寸的確定無芯感應(yīng)熔煉爐的坩堝的主要部分幾何尺寸見圖示4-1.再設(shè)計該爐子之前，首先要確定

22、的是爐子的熔煉GL.般情況下，25KG真空感應(yīng)爐是為了科研單位做研究或者小企業(yè)做研發(fā)作用，25KG真空熔煉爐的需要熔化金屬或每小時需要熔化金屬的量是已知的，則爐子融化率N(kg/h)為N二旦6-T爐子輸入功率越大，融化時間越短，爐子的生產(chǎn)率也相應(yīng)提高，但是無芯感應(yīng)熔煉爐中由于電磁力的作用，在金屬液內(nèi)產(chǎn)生強烈的攪拌如圖10-2電磁攪拌力F=K*即電磁攪拌力'F與爐料的吸收功率P成正比，與電流f的平方根成反比。因此,中頻無芯感應(yīng)熔煉爐的功率越大，電磁攪拌力就越大，如果攪拌力過大，攪拌作用過于劇烈，講加速爐襯的侵蝕，影響爐襯的的壽命，同時與空氣接觸的金屬液容易氧化，因此感應(yīng)器的輸入功率受到一

23、定的限制，除有特殊要求外，25KG熔煉爐一般按45min-1h左右熔煉一爐金屬來考慮。則GL=NX1金屬液體積V(cm3)V=GLX103/r式中r-液態(tài)金屬的密度(g/cm3)坩堝平均直徑d2(cm)與金屬溶液的高度h2(cm)之比h2/d2=y,25KG熔爐的容量，按表4-1選用表10-1y值得選用表容量GL/kg<500500-3000>3000y=h2/d22.01.2左右d2=3nh2=yd2線圈感應(yīng)器內(nèi)徑d1（cm）dl=d2+2A式中-坩堝壁厚，按表10-2選用表l0-2坩堝壁厚的選用表容量GL/kg<500500-3000>3000壁厚

24、A/cm（0.250.2）d2（0.20.15）d2（0.150.1）d2鋼液密度為7.2g/cm3，金屬液態(tài)體積V=G/r=25x103/7.2（cm3）=3.472x103（cm3）坩堝的平均直徑d2與液體爐料高度h2取h2/d2=2d2=3n=3f3.472xl03/n/4X1.5（cm）=14cmh2=28cm坩堝的幾何尺寸如圖10-7所示感應(yīng)器尺寸：感應(yīng)器內(nèi)徑dl=d2+2A=14+2x3=20cm（取坩堝壁厚為3cm）感應(yīng)線圈高度：h1=1.1xh2=1.1x28=30.8cm2）電流頻率的選擇無芯感應(yīng)熔煉爐電流頻率的選擇，目的是為了獲得最小的投資費用與運營的經(jīng)濟性。在電源容量相同

25、的條件下，隨著電流頻率的增高，其投資費用也相應(yīng)增大。在兩種電流頻率都可以使用的情況下，選擇較低的電流頻率，可以省一次投資費用。設(shè)備運行經(jīng)濟性的指標(biāo)是總的功率，包括電源設(shè)備的效率與感應(yīng)熔煉爐的效率。電源的效率是指變壓器、調(diào)壓器、可控硅變頻裝置等的效率。感應(yīng)熔煉爐的效率包括熱效率與電率，熱效率與電流頻率無關(guān)，而感應(yīng)器爐料系統(tǒng)的電效率隨著電流頻率的增加而增加。由于熔煉爐與感應(yīng)加熱爐不同，沒有徑向溫差的限制，故其電流頻率可去高些，一般取d2/A2±10時，其電效率已基本達到極限值。從d2/A2±10導(dǎo)出的電流頻率的下限為f±25x108p2/d22式中p2爐料電阻率（Q.

26、cm）d2坩堝平均直徑（cm）2爐料的電流穿透深度（cm）綜上所述,25KG真空感應(yīng)爐頻率f±25xl08p2/d22=(5x108x110x10-6)/28X28=2750HZ3) 爐料熔化所需的功率要計算爐料熔化所需的功率，也就是說變壓器的熔煉，所需的電容的容量和電容的件數(shù)根據(jù)f=2n/LC式10-1電感L=(k*U0*Us*N2*S)/h2式10-2式中f:電流的頻率C：電容的總?cè)萘縇:電感K:R/l值進行查表h2：線圈的高度S:線圈的橫截面積N2:線圈圈數(shù)U0：真空磁導(dǎo)率=4X3.14X10=7US=線圈內(nèi)部磁芯的相對磁導(dǎo)率(空心線圈=1)其中K值表K值表10-32R/10.

27、1.52.03.04.05.01020K根據(jù)式10-1，式10-2電感L=4) 電參數(shù)的計算a)感應(yīng):1=5030.電流穿透深度(cm)24p1=2x10-6.cm式中p1在工作溫度下純銅的電阻率，一般工作溫度為50°C,25kg感應(yīng)器的電流穿透深度1=0.14cmb) 爐料的電流穿透深度A2(cm)2=5030、P2式中式中p2在工作溫度下鋼液的電阻率，一般工作溫度為1600C,p1=110x10-6Q.cm25kg鋼液的電流穿透深度2=1.06cmc) 計算電參數(shù)感應(yīng)線圈的計算直徑d1'二dl+A1=20+0.14=20.14cm爐料

28、的計算直徑d2'二d2+A2=14+1.06=15.06cm爐料的計算高度h2',即被感應(yīng)器所包圍的爐料高度(見圖10-1)電感修正系數(shù)參見圖10-3圖10-3電感校正系數(shù)KKl=f(di'/hl)電感校正系數(shù)，查圖10-1K2=f(d2/h2')電感校正系數(shù)，查圖10-1Am=f(d1'/h1*d2'/h2'感應(yīng)線圈與爐料的互感校正系數(shù)，查圖10-4電感修正系數(shù)K1=f(20.14/30.8)=f(0.654)=0.7745d) Ffe)f)e) CVCCh)5) 感應(yīng)器的水冷計算6)6. 25Kg真空感應(yīng)熔煉爐的基本計算1)真空室殼體

29、的強度計算大多數(shù)真空室的殼體都是圓筒形的，原因是制造容易而且強度好。真空室除用板材制造外，對于直徑較小的真空室筒體亦是可用熱軋無縫鋼管制造。圓筒體焊接后應(yīng)進行整形和矯直。根據(jù)需要可以做成立式或者臥式。由于本課題的體積小，臥式真空熔煉爐占地面積大，加工和裝配比較復(fù)雜，所以選擇立式真空感應(yīng)熔煉爐，這樣的結(jié)構(gòu)操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積相對較小。圓筒體的內(nèi)徑D建議選用表5-1中的數(shù)值.B表4-1圓筒體內(nèi)徑D(單位：mm)B40050060080090010001200140020002400260030003200340036003800表4-2各種溫度下材料的許用應(yīng)力材料工作溫度廠C2020024

30、0250260280300320350360380400A3A3F13712311310810389771515g13912811711110697928681772020g153139129122117105100948984不銹鋼144137133132表4-3材料的安全系數(shù)安全系數(shù)碳鋼、合金鋼奧氏體不銹鋼有色金屬及合金nb3.03.03.0nsnD1.61.6nn1.01.0對于直接受火焰或用電加熱器輻射加熱的容器，則需要將上述許用應(yīng)力乘以減弱系數(shù)0.85.碳鋼和合金鋼工作溫度超過420°C，低合金鉻鉬鋼的工作壁溫超過450C，不銹鋼的工作溫度壁溫超過550C

31、，必須進行持久極限的驗算；無持久極限時可以按蠕變極限驗算。圖4-1彈性模量的計算與溫度的關(guān)系（奧氏體鋼）2）圓筒形殼體計算a）按計算公式確定外圓筒形殼體壁厚圓筒殼體只承受外壓時，可按穩(wěn)定條件計算，其壁厚為(4-1)PLS=1.25D(一-)0.40BEDtB式中S一圓筒計算壁厚（mm）0D一圓筒內(nèi)徑（mm）BP外壓設(shè)計壓力（MPa）,真空容器選擇P=0.1MPaL圓筒計算長度(mm)Et材料溫度為t時的彈性模量(MPa),圖4-1給出了奧氏體鋼在各種溫度下的Et值圓筒的實際壁厚應(yīng)為S=S+C(4-2)0壁厚的附加量按下式確定：C=C+C+C(4-3)123上式中S-圓筒實際壁厚(mm)；S一圓

32、筒計算壁厚(mm)；0C壁厚附加量(mm)；C鋼板的最大負(fù)公差附加量(mm),見表4-4,一般情況下均取10.5mm；C腐蝕裕度(mm)2C封頭沖壓時拉伸減薄量(mm)3表4-4碳鋼及低碳鋼板的最大負(fù)公差附加量鋼板厚度/mm2.5344.55682526303234最大負(fù)公差/mm當(dāng)介質(zhì)對容器材質(zhì)的腐蝕速度0.05mm/年時，其腐蝕裕度應(yīng)根據(jù)腐蝕速度和設(shè)計的使用壽命來決定。當(dāng)介質(zhì)對容器材料的腐蝕速度W0.05mm年時(包括大氣腐蝕)，單面腐蝕取C=1mm，雙面腐蝕取C=2mm。22在一般情況下，C取計算厚度的10%，并且不大于4mm；對于

33、需要加熱手工3敲打的封頭，根據(jù)加工具體情況，考慮增加由于氧化及拉伸所減薄的厚度，并表明在圖紙上；對于圓筒體等不經(jīng)沖壓的原件，取C=0。2計算公式(4-1)除了滿足材料的泊松系數(shù)“=0.3(實際上全部金屬材料均可滿足)外，還必須滿足下面兩個條件方可應(yīng)用：Q1WL/DBW8(4-4a)(p/Et.L/D)0.4W0.523(4-4b)Bb) 查表確定圓筒形殼體壁厚表4-5給出了外壓力為0.1MPa時圓筒壁厚，可供設(shè)計者參考。表4-5圓筒壁厚(P=0.1MPa)單位：mm400500600700800900100012001400160018001334444.55668823444.55668810103444.55688881012444.5568881010121454566881010121214注：本表適用于工作溫度W150C，屈服限O為206MPa265MPa的A