真空熔煉爐設(shè)計(jì)分析解析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文學(xué)院機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)機(jī)械制造及自動(dòng)化（專升本）學(xué)號(hào)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(lái)越大，而且對(duì)其質(zhì)量要求更加苛刻，這就促進(jìn)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(duì)來(lái)來(lái)說(shuō)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(diǎn)。本設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是25KG的真空感應(yīng)熔煉爐裝置的設(shè)計(jì)，

2、包括此爐的總功率的熱工計(jì)算、中頻電源的電參數(shù)技術(shù)計(jì)算，坩堝材質(zhì)的選擇以及坩堝尺寸的設(shè)計(jì)，感應(yīng)器材料的選擇與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，真空系統(tǒng)泵閥的選擇以及真空管的布置，爐殼的強(qiáng)度校核，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，本課題的設(shè)計(jì)論述出來(lái)各部分的設(shè)計(jì)方法與原則以及計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程和必要的強(qiáng)度校核。關(guān)鍵詞真空感應(yīng)爐設(shè)計(jì)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(jìn)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(hù)金屬液不被大氣中氧等氣體物質(zhì)污染、分離沸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)在大氣壓下無(wú)法實(shí)行的冶煉過(guò)程，提高冶煉金屬及合金的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料的性能要求越來(lái)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(chǎng)需求。為了適應(yīng)尖端技術(shù)對(duì)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(gè)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(guó)對(duì)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(guó)的真空冶煉在20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始的，到目前，我國(guó)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(shí)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(diǎn)。2.3.Hhh4.第二章Hh第三章第四章緒論1) 國(guó)內(nèi)外真空感應(yīng)爐使用狀況及發(fā)展趨勢(shì)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(lái)，我國(guó)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(guó)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(guó)外進(jìn)口。因此，多方面提高我國(guó)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(guò)程和操作又都需要在真空室內(nèi)完成，容積和體積就越來(lái)越大，功能也越來(lái)越完善，加上計(jì)算機(jī)軟降的發(fā)展，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，即出現(xiàn)了多功能真空感應(yīng)爐。很多國(guó)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(qiáng)的適應(yīng)性,從而擴(kuò)展了真空感應(yīng)爐的功能,實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用,提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。2)真空感應(yīng)熔煉爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)在設(shè)計(jì)、制造和使用真空感應(yīng)爐時(shí)，應(yīng)緊緊抓著“真空”這一特性。選擇爐體內(nèi)部件的材料時(shí)，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(shí)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(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。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(guò)查閱有關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外真空感應(yīng)爐發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計(jì)真空感應(yīng)爐裝置，有益于我們利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，對(duì)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(shí)和理解，為今后從事相關(guān)的工作或進(jìn)一步深造打下扎實(shí)基礎(chǔ)。此外，隨著我國(guó)對(duì)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(guó)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(shí)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(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)裝料真空感應(yīng)爐所用的爐料，一般都是經(jīng)過(guò)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(shí)，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(shí)發(fā)生噴濺。裝料時(shí)，應(yīng)做到上松下緊，以防止熔化過(guò)程中上部爐料因卡住或焊接住而出現(xiàn)“架橋”；高熔點(diǎn)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(shí)，應(yīng)分幾次加入，而且要注意爐料對(duì)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(duì)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(jìn)行冶煉。這種熱裝料法的優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(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。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(guò)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(huì)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(jiàn)表2.1。當(dāng)金屬液全部熔化，熔池表面無(wú)氣泡逸出的時(shí)候，熔煉就進(jìn)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(jìn)行合金化操作。同時(shí)，還要調(diào)整熔池的溫度和進(jìn)行合金化。隨著精煉期的延長(zhǎng)，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(shí)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(shí)，加入活潑元素和微量元素，使鋼液成分達(dá)到出鋼要求。活潑元素的加入順序?yàn)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(guò)熱。加入活潑元素時(shí)。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(qiáng)，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(shí)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(jìn)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(jìn)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(guò)高,防止鋼液與坩堝之間反應(yīng)加劇。同時(shí),高溫還會(huì)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(diǎn)以上100°C。熔點(diǎn)tR的計(jì)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(jìn)碳的脫氧反應(yīng)。隨著一氧化碳?xì)馀輳慕饘偃鄢刂械纳细∨懦?，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(guò)高的真空度將會(huì)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(duì)大型真空感應(yīng)爐，精煉期真空度通?？刂圃?2150Pa范圍內(nèi)。而對(duì)于小型爐，一般控制在0.11Pa范圍內(nèi)。c)精煉時(shí)間所有精煉反應(yīng)都有一定的速度，所以精煉時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行就越趨于平衡。當(dāng)被脫出的元素在精煉過(guò)程中沒(méi)有來(lái)源時(shí)，則隨著精煉時(shí)間的延長(zhǎng)，這些元素的含量就會(huì)

18、越來(lái)越低，只是脫除的速度越來(lái)越小。對(duì)于O含量，因?yàn)橛雄釄宀牧系墓┭?，所以金屬熔池中的氧含量隨著精煉時(shí)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(shí)間后，供氧速率就大于脫氧速率，氧降到最低值的時(shí)間也就是精煉時(shí)間。4)出鋼和澆注合金化結(jié)束后，坩堝中金屬液達(dá)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(shí)，及破真空，立即打開(kāi)真空室加發(fā)熱劑和保溫劑。對(duì)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(duì)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(kāi)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(guò)高“O”型圈老化)，設(shè)抽氣孔與真空機(jī)組連接。爐體設(shè)有臺(tái)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(dòng)彈簧翻轉(zhuǎn)打開(kāi)、手動(dòng)關(guān)閉，工作時(shí)手動(dòng)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(tái)或孔(澆鑄長(zhǎng)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(jìn)出水管道等相關(guān)裝置組成并有報(bào)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(guó)外感應(yīng)器結(jié)構(gòu)，操作方便，功率配合好，壽命長(zhǎng)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(jiǎn)單，維修方便。中頻電源通過(guò)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(jī)構(gòu)由電極、彎電極等與感應(yīng)線圈聯(lián)為一整體，通過(guò)手柄操作機(jī)構(gòu)來(lái)翻轉(zhuǎn)坩堝完成澆鑄過(guò)程。9）真空系統(tǒng)采用三級(jí)泵配

21、置，由壹臺(tái)2X-70旋片式機(jī)械泵配真空壓差閥（防止真空泵油因突然停電而倒灌），壹臺(tái)K-300擴(kuò)散泵配真空冷阱（防油蒸汽進(jìn)入爐腔）、壹臺(tái)ZJP-150羅茨泵、一個(gè)過(guò)濾器、手動(dòng)高真空蝶閥、手動(dòng)真空蝶閥、充氣閥（熔煉過(guò)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(dòng)），真空度的測(cè)量由數(shù)顯復(fù)合真空計(jì)執(zhí)行。我公司采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的氦質(zhì)譜真空檢漏儀進(jìn)行壓升率檢測(cè)，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(guó)標(biāo)的最小值。5. 25KG熔爐的溫場(chǎng)及熔爐電參數(shù)計(jì)算1)爐子的容量與坩堝幾何尺寸的確定無(wú)芯感應(yīng)熔煉爐的坩堝的主要部分幾何尺寸見(jiàn)圖示4-1.再設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)間越短，爐子的生產(chǎn)率也相應(yīng)提高，但是無(wú)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(qiáng)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(wú)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(guò)大，攪拌作用過(guò)于劇烈，講加速爐襯的侵蝕，影響爐襯的的壽命，同時(shí)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(lái)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(wú)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(fèi)用與運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)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(fèi)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(fèi)用。設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(wú)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(méi)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(shí)，其電效率已基本達(dá)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(jì)算爐料熔化所需的功率，也就是說(shuō)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(jìn)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(duì)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(jì)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(jì)算電參數(shù)感應(yīng)線圈的計(jì)算直徑d1'二dl+A1=20+0.14=20.14cm爐料

28、的計(jì)算直徑d2'二d2+A2=14+1.06=15.06cm爐料的計(jì)算高度h2',即被感應(yīng)器所包圍的爐料高度(見(jiàn)圖10-1)電感修正系數(shù)參見(jiàn)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(jì)算6)6. 25Kg真空感應(yīng)熔煉爐的基本計(jì)算1)真空室殼體

29、的強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度好。真空室除用板材制造外，對(duì)于直徑較小的真空室筒體亦是可用熱軋無(wú)縫鋼管制造。圓筒體焊接后應(yīng)進(jìn)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(jiǎn)單，占地面積相對(duì)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(duì)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(guò)420°C，低合金鉻鉬鋼的工作壁溫超過(guò)450C，不銹鋼的工作溫度壁溫超過(guò)550C

31、，必須進(jìn)行持久極限的驗(yàn)算；無(wú)持久極限時(shí)可以按蠕變極限驗(yàn)算。圖4-1彈性模量的計(jì)算與溫度的關(guān)系（奧氏體鋼）2）圓筒形殼體計(jì)算a）按計(jì)算公式確定外圓筒形殼體壁厚圓筒殼體只承受外壓時(shí)，可按穩(wěn)定條件計(jì)算，其壁厚為(4-1)PLS=1.25D(一-)0.40BEDtB式中S一圓筒計(jì)算壁厚（mm）0D一圓筒內(nèi)徑（mm）BP外壓設(shè)計(jì)壓力（MPa）,真空容器選擇P=0.1MPaL圓筒計(jì)算長(zhǎng)度(mm)Et材料溫度為t時(shí)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(shí)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(shí)際壁厚(mm)；S一圓

32、筒計(jì)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(jiàn)表4-4,一般情況下均取10.5mm；C腐蝕裕度(mm)2C封頭沖壓時(shí)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(duì)容器材質(zhì)的腐蝕速度0.05mm/年時(shí)，其腐蝕裕度應(yīng)根據(jù)腐蝕速度和設(shè)計(jì)的使用壽命來(lái)決定。當(dāng)介質(zhì)對(duì)容器材料的腐蝕速度W0.05mm年時(shí)(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(jì)算厚度的10%，并且不大于4mm；對(duì)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(duì)于圓筒體等不經(jīng)沖壓的原件，取C=0。2計(jì)算公式(4-1)除了滿足材料的泊松系數(shù)“=0.3(實(shí)際上全部金屬材料均可滿足)外，還必須滿足下面兩個(gè)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(shí)圓筒壁厚，可供設(shè)計(jì)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