中頻感應(yīng)爐(設(shè)備篇)

中頻感應(yīng)電爐

(設(shè)備篇)概述(感應(yīng)爐組成、電源裝置、工作原理)中頻感應(yīng)電爐的筑爐技術(shù)2/4/20231一、概述工頻感應(yīng)爐：是以工業(yè)頻率的電流（50Hz或60Hz）作為電源的感應(yīng)爐。我國(guó)采用50Hz的電源。工頻感應(yīng)爐不需要變頻設(shè)備。工頻感應(yīng)爐主要用于鑄鐵的熔煉，此外還可用為保溫爐使用。中頻感應(yīng)爐：所用電源頻率在150～10000Hz范圍內(nèi)，其常用頻率在150～2500Hz范圍內(nèi)。中頻感應(yīng)爐需要變頻設(shè)備。中頻感應(yīng)爐廣泛地用于鋼與合金的生產(chǎn)部門，而且在鑄造部門也得到了廣泛的應(yīng)用。高頻感應(yīng)爐：所用電源的頻率在10000Hz以上，最高達(dá)1MHz。高頻感應(yīng)爐需要變頻設(shè)備。高頻感應(yīng)爐的容量因受電源功率的限制，一般在100kg以下。高頻感應(yīng)爐主要用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)研究。高頻電源設(shè)備可以配置淬火設(shè)備，用于熱處理部門進(jìn)行機(jī)械零件的表面淬火。2/4/20232一、概述中頻感應(yīng)爐的設(shè)備可分為機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備兩大部分。機(jī)械設(shè)備包括爐體、傾爐裝置及水冷系統(tǒng)。電氣設(shè)備包括中頻電源、補(bǔ)償電容器組及電氣控制保護(hù)系統(tǒng)。中頻電源是中頻感應(yīng)爐的關(guān)鍵設(shè)備，為了提高電氣設(shè)備的利用率，通常一套電源設(shè)備配置兩臺(tái)爐體，一臺(tái)爐體生產(chǎn)使用，另一臺(tái)爐體備用。當(dāng)一臺(tái)爐體的坩堝用壞了需要拆換時(shí)，電氣設(shè)備可以接到另一臺(tái)坩堝已制作好的爐體上，繼續(xù)工作。爐體輪換工作，而電氣設(shè)備不停歇。

2/4/202331中頻感應(yīng)爐的組成感應(yīng)爐的構(gòu)造見(jiàn)圖1，用銅管單層卷制成感應(yīng)線圈，而在水冷感應(yīng)線圈內(nèi)有耐火材料打結(jié)的坩堝用以容納熔煉金屬。感應(yīng)爐通常由4部分組成：電源、爐體(主要是感應(yīng)圈以及感應(yīng)圈內(nèi)用耐火材料制備的坩堝)、電容器組(用來(lái)提高功率因數(shù))、控制和操作系統(tǒng)。2/4/20234感應(yīng)爐的爐體結(jié)構(gòu)圖1.感應(yīng)器2.坩堝3.轉(zhuǎn)動(dòng)軸4.爐架5.電源線6.傾爐液壓缸采用單缸或雙缸液壓系統(tǒng)傾爐是應(yīng)用最廣泛的方法。它具有操作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。2/4/202352/4/202362中頻感應(yīng)爐的電源裝置中頻感應(yīng)爐的電源裝置主要有中頻發(fā)電機(jī)組、可控硅中頻電源和倍頻器三種。中頻發(fā)電機(jī)組中頻發(fā)電機(jī)組是較早采用的中頻感應(yīng)爐電源裝置，在60年代以前居感應(yīng)爐電源的統(tǒng)治地位。它是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)中頻發(fā)電機(jī)發(fā)出中頻電源的，其原動(dòng)機(jī)就是普通的交流或直流電動(dòng)機(jī)。中頻發(fā)電機(jī)又分為普通中頻發(fā)電機(jī)和感應(yīng)式中頻發(fā)電機(jī)兩類。普通中頻發(fā)電機(jī)的輸出頻率低于500Hz，而感應(yīng)式中頻發(fā)電機(jī)的輸出頻率最高可達(dá)10kHz，故感應(yīng)式發(fā)電機(jī)應(yīng)用較普遍。中頻發(fā)電機(jī)組供電的感應(yīng)爐的主電路如下圖所示。主電路包括斷路器、中頻發(fā)電機(jī)組、電容器及感應(yīng)器線圈等。2/4/202372/4/202382中頻感應(yīng)爐的電源裝置可控硅中頻電源可控硅中頻電源（晶閘管變頻器電源）是近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的新型感應(yīng)爐電源裝置。1966年瑞士制造出第一臺(tái)可控硅中頻電源設(shè)備。我國(guó)于1971年制造出可控硅中頻電源設(shè)備，此后逐漸形成系列，并逐步取代了中頻發(fā)電機(jī)組。由可控硅中頻電源供電的感應(yīng)爐主電路如下圖所示。由于可控硅中頻電源克服了中頻發(fā)電機(jī)組的一系列缺點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但使用中必須注意它的過(guò)載能力較差的弱點(diǎn)。2/4/202392/4/2023102中頻感應(yīng)爐的電源裝置倍頻器倍額器于20世紀(jì)初在國(guó)外出現(xiàn)，直到50年代才應(yīng)用于感應(yīng)爐上。倍額器是適合于大型感應(yīng)爐的電源，容量大、效率高、制造簡(jiǎn)便，國(guó)際上仍有廣泛應(yīng)用。倍頻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)結(jié)構(gòu)特殊的倍頻變壓器，常見(jiàn)的是三倍頻變壓器，在其初級(jí)線圈中通入工頻電流(我國(guó)工頻是50Hz)。在其次級(jí)線圈即可得到三倍于工頻電流的中頻電源。2/4/2023112中頻感應(yīng)爐的電源裝置由三倍頻器供電的感應(yīng)爐主電路見(jiàn)下圖。三倍頻器的主要設(shè)備是一個(gè)與飽和電抗器形狀相似的變壓器。接線方式有兩種（如圖示）。大功率的三倍頻器多采用圖中a的接線方式。變壓器的鐵芯工作在飽和狀態(tài)，當(dāng)外施三相正弦交流電壓時(shí)，變壓器線圈中的會(huì)發(fā)生畸變，除基波外尚有顯著的3次諧波，三相中3個(gè)3次諧波電流方向相同，大小相等，在變壓器次級(jí)繞組中也感應(yīng)出諧波電勢(shì)。由于相位相同，3次諧波振動(dòng)最大，而所含的奇次諧波很弱。這樣負(fù)載中通過(guò)的主要是3次諧波電流。三倍頻變壓器的鐵芯應(yīng)使用低損耗的硅鋼片來(lái)制作，在理想的條件下，三倍頻電源裝置的效率可達(dá)90％以上。輕載時(shí)效率很低。三倍頻電源裝置優(yōu)點(diǎn)：是一種靜止的電源裝置，噪聲和振動(dòng)小，過(guò)載能力大，電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)方便。2/4/2023122/4/2023132/4/2023143中頻感應(yīng)爐的工作原理感應(yīng)爐類似1臺(tái)空氣芯(沒(méi)有鐵芯)的變壓器，感應(yīng)圈相當(dāng)于變壓器的主線圈，坩堝中的爐料相當(dāng)于變壓器的副線圈，但這個(gè)副線圈只有一圈而且是閉合的。當(dāng)感應(yīng)圈接通交流電源時(shí)，在感應(yīng)圈中間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)切割坩堝中的金屬爐料，在爐料中產(chǎn)生感應(yīng)電路，所以在爐料中同時(shí)產(chǎn)生了感應(yīng)電流—“渦流”，爐料就是靠“渦流”加熱和熔化的。感應(yīng)爐熔煉是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，靠感應(yīng)圈把電能傳遞給要熔煉的金屬,在金屬內(nèi)部將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，以達(dá)到熔煉目的。感應(yīng)圈與熔煉的金屬不是直接接觸的，電能是通過(guò)電磁感應(yīng)傳遞的，這就是感應(yīng)爐與電弧爐等其它電爐在作用原理上的不同之處。2/4/2023153中頻感應(yīng)爐的工作原理加熱電源向感應(yīng)圈通入交變電流而產(chǎn)生同頻率的交流磁通，在感應(yīng)圈內(nèi)的爐料產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使?fàn)t料發(fā)熱，按此原理進(jìn)行的加熱稱為感應(yīng)加熱。為了將爐料加熱到一定溫度使之熔化，要求爐料中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e盡可能地大。這有兩條途徑：增大通過(guò)線圈的電流I或提高電源頻率f。在感應(yīng)爐中，采用較高頻率的電源，則磁場(chǎng)就較強(qiáng)，在同一金屬內(nèi)所產(chǎn)生的功率密度就較大，爐料受熱速度較快。感應(yīng)電流及爐料發(fā)熱量的大小，不僅與爐料的外形有關(guān),還與材料有關(guān)，與金屬爐料的電阻率、磁導(dǎo)率有關(guān)。2/4/2023163中頻感應(yīng)爐的工作原理在冶煉過(guò)程中，可以看到熔化了的金屬液在坩堝的中心部分向上隆起（“駝峰”現(xiàn)象），上下翻騰。這是因?yàn)樵诮饘僖褐斜桓袘?yīng)生成的渦流的方向與感應(yīng)圈中通過(guò)的電流方向正好相反，因此在它們之間產(chǎn)生了互相排斥的作用；另一方面，可以設(shè)想把坩堝內(nèi)的外圍金屬柱分成一系列平行于感應(yīng)圈的“圓環(huán)”，因?yàn)樗鼈冎g感應(yīng)電流方向相同，這些“圓環(huán)”之間將互相吸引，造成外圍液體金屬柱力圖壓縮。這樣，使熔化了的金屬液被推向坩堝中心，引起攪拌。電磁攪拌作用有利于夾雜、氣體的排除及溫度、合金成分的均勻化，但使金屬液中部突起，必須增加渣量才能覆蓋熔池，而渣量增加對(duì)爐襯壽命是不利的，因?yàn)楫?dāng)猛烈攪拌時(shí)，一部分爐渣可能被帶入金屬熔池，使金屬加渣，此外還會(huì)增強(qiáng)金屬液對(duì)坩堝壁的機(jī)械沖刷。2/4/2023172/4/2023182/4/202319二、中頻感應(yīng)電爐的筑爐技術(shù)中頻感應(yīng)電爐的坩堝是在一系列物理、化學(xué)作用條件下進(jìn)行工作的。在工作過(guò)程中，它要承受熔煉過(guò)程中的高溫作用；加料時(shí)，金屬爐料對(duì)其的沖擊；爐渣的化學(xué)侵蝕以及間斷生產(chǎn)時(shí)所產(chǎn)生的急冷急熱的溫度變化等。使用中坩堝因裂紋、局部侵蝕和局部剝落等因素而造成損壞，甚至引起“穿爐”。所以，坩堝質(zhì)量(包括坩堝打制的質(zhì)量和使用過(guò)程中的維護(hù)質(zhì)量)的好壞將直接影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。2/4/2023201坩堝的打制技術(shù)A坩堝打制前的準(zhǔn)備（1）打制工具（見(jiàn)圖l）①搗固錘。由鋼板與圓鋼焊成，用來(lái)打結(jié)爐底和爐壁。搗固錘的錘頭根據(jù)搗打坩堝不同位置而制成相應(yīng)的形狀，如圖la所示為打結(jié)爐底用搗固錘，圖1b為打結(jié)爐壁用搗固錘。②搗固叉。見(jiàn)圖1c，其作用是用來(lái)劃毛已搗固好的打結(jié)表面，使后續(xù)打爐料和已搗固好的打結(jié)表面在打結(jié)時(shí)能緊密結(jié)合。搗固叉由圓鋼焊接制成，制作時(shí)，齒頭不應(yīng)太尖利，以免劃破、損壞石棉布等絕緣隔熱材料，造成打爐材料在坩堝打制或使用中的泄漏。此外，為方便使用，叉頭最好具有一定的隨形弧度，以便劃毛坩堝模邊緣的爐襯。2/4/2023212/4/202322A坩堝打制前的準(zhǔn)備

（2）坩堝模坩堝模（見(jiàn)圖2）用于打結(jié)時(shí)形成坩堝（爐膛）的尺寸。根據(jù)其制作材料的不同，分為金屬模與石墨模二種。①金屬模。金屬模由鋼板卷制焊成或鑄造而成。一般做成中空的，根據(jù)使用狀況，又分為一次性金屬模（即爐子打結(jié)完畢，坩堝模不必從爐膛中起出，隨同爐料一起熔化掉）與永久性金屬模（即每次爐子打結(jié)完畢，將柑禍模從爐中取出，反復(fù)使用）。②石墨模。石墨模由石墨電極加工而成。主要是利用石墨模在烘烤、燒結(jié)過(guò)程中的感應(yīng)加熱作用，充分燒結(jié)坩堝。但由于其不易取出，一般不使用。2/4/2023232/4/202324A坩堝打制前的準(zhǔn)備

（3）坩堝模制作時(shí)應(yīng)注意的有關(guān)事項(xiàng)坩堝模決定了坩堝(爐膛)的尺寸，因而直接影響著坩堝的使用狀況。若坩堝模圓度在增禍打制時(shí)發(fā)生變形，不僅不易取出，而且會(huì)造成爐襯各處厚度不均，從而影響坩堝使用壽命。如坩堝模尺寸設(shè)計(jì)過(guò)小，則造成爐襯厚度過(guò)大，坩堝厚層內(nèi)的磁力線起不到感應(yīng)加熱的作用，降低設(shè)備的電效率及功率因數(shù)值。若坩堝模尺寸設(shè)計(jì)過(guò)大，則爐襯厚度不足，會(huì)造成坩堝散熱嚴(yán)重，經(jīng)受沖擊的能力降低，縮短坩堝使用壽命。因此，坩堝模在制作時(shí)，除了要具有準(zhǔn)確的兒何尺寸，還應(yīng)有較好的幾何形狀及外殼強(qiáng)度。為方便起模，坩堝模應(yīng)具有一定的錐度，其外表面要無(wú)銹、光滑，焊接處要盡量磨光。為便于烘爐時(shí)坩堝內(nèi)氣體的排出，允許在金屬模上均勻地鉆一些φ3～φ5mm的出氣孔，但不得影響其強(qiáng)度。2/4/202325A坩堝打制前的準(zhǔn)備

（4）隔熱絕緣層隔熱絕緣層是坩堝爐與感應(yīng)圈內(nèi)壁之間的填充層，用以提高感應(yīng)圈的耐壓性能，減少爐子的熱損失通常用做填充層材料的有云母紙、石棉布、石棉板和玻璃絲布等。2/4/202326B坩堝用材料感應(yīng)爐坩堝要求有下列特點(diǎn)：

（1）較高的耐火度。煉鋼坩堝要求有1700℃。（2）穩(wěn)定的物化性質(zhì)。要求坩堝制品耐熔渣和鋼液浸蝕；（3）有良好的抗熱震性及高溫強(qiáng)度；（4）有一定的絕緣性能；（5）較小的導(dǎo)熱性；（6）成本低，無(wú)污染。常用的制造坩堝的耐火材料有鎂砂，鎂鋁尖晶石和石英砂3種。其中，鎂砂可分為普通燒結(jié)鎂砂、熱選鎂砂（優(yōu)質(zhì)燒結(jié)鎂砂）、海水鎂砂和電熔鎂砂。常用的添加劑是硼酸（H3BO3），其作用是降低砂料的燒結(jié)溫度，促進(jìn)鎂鋁尖晶石的合成，并且改變坩堝的體積變化率。2/4/2023272/4/202328B坩堝用材料根據(jù)打結(jié)坩堝用耐火材料的性質(zhì)，分酸性、堿性和中性三種坩堝用耐火材料。（1）酸性耐火材料坩堝由于其主要化學(xué)成分為硅砂，所以不適合冶煉高錳鋼、含鋁及含欽的鋼種。表l列出了常用酸性坩堝材料配比。制作酸性坩堝采用硼酸作粘結(jié)劑，加入量為1.7%～2.0%（砂料重的百分比）。硼酸的化學(xué)成分及粒度要求見(jiàn)表2。2/4/2023292/4/202330B坩堝用材料

（2）堿性耐火材料坩堝堿性耐火材料坩堝適合冶煉鑄鐵、碳鋼和各種合金鋼。主要化學(xué)成分為鎂砂。鎂砂分冶金鎂砂與電熔鎂砂二種。表3列出了幾種常用堿性坩堝材料的組成。要注意的是，在使用冶金鎂砂時(shí)，應(yīng)先經(jīng)過(guò)磁選，消除其中的含鐵雜質(zhì)，保證鉗竭的絕緣性能。冶金鎂砂的化學(xué)成分見(jiàn)表4，制作堿性坩堝所用的粘結(jié)劑有硼酸、水玻璃等，其加入量見(jiàn)表5。2/4/2023312/4/2023322/4/202333B坩堝用材料

（3）中性耐火材料坩堝中性耐火材料坩堝適用于生產(chǎn)鑄鐵、碳鋼和各種合金鋼。主要成分為高鋁礬土熟料。生產(chǎn)中采用特級(jí)或一級(jí)高鋁礬土熟料。表6列出了幾種常用中性坩堝材料的顆度組成。高鋁礬土熟料技術(shù)條件見(jiàn)表7。2/4/2023342/4/2023352/4/202336B坩堝用材料制作中性爐襯時(shí)常采用磷酸(60%濃度)，水玻璃等作粘結(jié)劑，其加人量見(jiàn)表8。2/4/2023372坩堝打結(jié)材料的混制及坩堝打結(jié)坩堝的制作方法可以分為爐外成型坩堝、爐內(nèi)成型坩堝和砌筑坩堝三種。爐外成型坩堝是將耐火材料和添加劑等混合攪拌均勻裝入模具內(nèi)加壓制成坩堝，然后烘干再裝入感應(yīng)器內(nèi)。適用于200kg以下的小爐子。其優(yōu)點(diǎn)是更換方便。2/4/202338爐內(nèi)成型坩堝是將耐火材料和添加劑等混合攪拌均勻在感應(yīng)器內(nèi)打結(jié)成型?，F(xiàn)在絕大部分中小容量感應(yīng)爐都采用此法制作坩堝。大容量坩堝(>2t)采用振動(dòng)成型法。方法：第一步，按規(guī)定的粒度配制好砂料，并與添加劑混合。采用濕法打結(jié)時(shí)，可加入1％～2％的水分。第二步，在感應(yīng)器內(nèi)側(cè)鋪以玻璃纖維布和石棉布。第三步，進(jìn)行爐底打結(jié)。第四步，放入坩堝型芯，即控制坩堝形狀和容積的胎具。第五步，爐口打結(jié)。由于爐口區(qū)不易燒結(jié)，必須在砂料中增加細(xì)粉料的比例，或添加適量的黏土、水玻璃等，以得到較結(jié)實(shí)的水口。2坩堝打結(jié)材料的混制及坩堝打結(jié)2/4/2023392/4/202340大容量感應(yīng)爐坩堝，采用人工打結(jié)成型，質(zhì)量很難保證，常采用振動(dòng)成型法。這樣不但改善了勞動(dòng)條件，還節(jié)省了制作時(shí)間。振動(dòng)成型法所用設(shè)備為振動(dòng)筑爐機(jī)。它由氣動(dòng)振動(dòng)機(jī)、爐底振動(dòng)塊和爐壁振動(dòng)器組成。2/4/2023412坩堝打結(jié)材料的混制及坩堝打結(jié)砌筑式坩堝是采用特制的耐火磚（弧形磚）和填充料（在內(nèi)外層磚之間，墊耐高溫和可壓縮的絕緣材料）在感應(yīng)器內(nèi)砌筑成一定容量和形狀的坩堝，這種方法主要適用于5t以上較大容量的爐子。這種坩堝一般都采用鎂鋁尖晶石等特制的耐火磚砌筑。也有采用酸性耐火磚砌筑的。優(yōu)點(diǎn)是制作時(shí)間短，更換方便，減少烘烤時(shí)間。2/4/2023422坩堝打結(jié)材料的混制及坩堝打結(jié)A坩堝打結(jié)材料的混制坩堝打結(jié)材料的混制是采用人工或機(jī)械將耐火材料和粘接劑充分混勻。坩堝打制分干法打結(jié)和濕法打結(jié)。采用坩堝干法打結(jié)工藝，制得的坩堝致密度高。但由于打坩堝時(shí)，粉塵較大，不利于操作者的健康，所以通常采用濕法打結(jié)工藝，即在混制坩堝材料時(shí)，加入適量的水。但應(yīng)注意的是：加入水分以后，在烘爐時(shí)，由于水汽逸出而使?fàn)t襯的致密度受到影響，爐襯的干燥時(shí)間也需延長(zhǎng)，同時(shí)還有損感應(yīng)器的絕緣性能?；熘坪玫拇蚪Y(jié)料可用手握成團(tuán)，且不粘手，料團(tuán)上留有清晰的手紋。2/4/202343B坩堝打結(jié)工藝（1）爐子底部及上口砌耐火磚，磚縫≤2mm，并用混制好的打結(jié)料填實(shí)。（2）徹底清除感應(yīng)器表面的灰塵與細(xì)小的粘附鐵屑，然后鋪設(shè)隔熱絕緣材料，并使其緊貼在感應(yīng)器的內(nèi)壁上，用脹圈脹緊。鋪設(shè)時(shí)，避免隔熱絕緣材料橫向搭接，縱向搭接寬度應(yīng)在100mm左右。（3）采用薄層加料，逐層打結(jié)工藝。隨著爐膛直徑的變化，每次加料高度約30~50mm。搗固叉要能從上層插到下層。一次加料量如果過(guò)多，會(huì)使上下層交界處粗料富集，而出現(xiàn)分層。（4）加料時(shí)，盡量低倒，均勻分散、鋪平。不可倒成一堆。（5）打結(jié)時(shí)，搗固錘垂直下?lián)v，先輕后重，落點(diǎn)均勻，用力一致，保證打結(jié)處致密。打結(jié)致密的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以搗固叉插人困難，手腕感到有明顯反擊力。打結(jié)過(guò)程中，不可將石棉布等絕緣隔熱層損壞。（6）打完一層后，用掏固叉輕輕撥松打結(jié)層表面，然后再加人下一層打結(jié)料，繼續(xù)打結(jié)。2/4/202344B坩堝打結(jié)工藝（7）打結(jié)爐底層時(shí)，先邊緣后中心，有次序地逐排打結(jié)。（8）打完?duì)t底層后，安裝好坩堝模，做到安放平衡、端正。為防止坩堝模在打結(jié)時(shí)移動(dòng)或上浮，在坩堝模定位以后，模內(nèi)可放入壓鐵壓緊，模的四周要用木楔楔牢。（9）打結(jié)爐襯時(shí)，先繞著模具外緣均勻打?qū)崳缓?，再逐次向外打結(jié)。打完一層后，用搗固叉輕輕撥松打結(jié)層表面(以利打結(jié)層上下層密結(jié))，然后再加人下一層打結(jié)料，繼續(xù)打結(jié)。直至爐領(lǐng)處。（10）打結(jié)爐領(lǐng)與爐嘴時(shí)，為提高其燒結(jié)強(qiáng)度，抵抗金屬爐料的沖擊，可往打結(jié)料內(nèi)再添加一定量的水玻璃粘結(jié)劑(一般加入量為10%)或添加粘土—水玻璃(加入量為20%+3%)作為粘結(jié)劑。2/4/202345B坩堝打結(jié)工藝（11）爐口、爐嘴用小錘錘實(shí)，用壓勺壓光、修平，靠坩堝內(nèi)側(cè)要留有倒角。（12）打結(jié)過(guò)程中，嚴(yán)防雜物(尤其是金屬)掉入爐內(nèi)。（13）連續(xù)打結(jié)，一次完成。（14）打結(jié)完畢，用壓縮空氣或刷子清除掉落在感應(yīng)器表面上的灰塵、砂粒等雜物。打結(jié)好的坩堝應(yīng)是爐襯厚度均勻，各打結(jié)層密結(jié)，無(wú)偏層、分層現(xiàn)象，并具有較大的體積密度，且爐襯各部分都均勻一致。2/4/202346C坩堝的燒結(jié)坩堝燒結(jié)就是通過(guò)使耐火材料的基體在高溫下發(fā)生再結(jié)晶，使雜質(zhì)達(dá)到最合理的重新分布，從而使坩堝成為一個(gè)整體，并且有合適的燒結(jié)結(jié)構(gòu)及光滑的表面，以滿足冶煉要求。燒結(jié)好的坩堝應(yīng)是燒結(jié)層占爐襯厚度的30%，最小應(yīng)有10~15mm。如果燒結(jié)層太薄，則無(wú)法承受加料時(shí)的機(jī)械沖擊與高溫時(shí)鋼液的沖刷。反之，燒結(jié)層太厚，則往往會(huì)裂穿，（但應(yīng)指出，很厚的燒結(jié)層是在爐子使用后期才會(huì)出現(xiàn)的)，過(guò)渡層（半燒結(jié)層）約占爐襯厚度的30％～40％，作為緩沖層的松散層（未燒結(jié)層）占30％～40％。2/4/202347C坩堝的燒結(jié)燒結(jié)時(shí)要求做到：低溫緩慢烘烤，高溫滿爐燒結(jié)。使用的第一爐爐料應(yīng)潔凈、無(wú)銹且含雜質(zhì)少。最好往爐內(nèi)加入5%左右的碎玻璃，以使?fàn)t襯燒結(jié)成釉質(zhì)表面。250kg中頻感應(yīng)電爐坩堝燒結(jié)工藝見(jiàn)圖3。2/4/202348C坩堝的燒結(jié)爐內(nèi)成型的燒結(jié)方法有兩種：高溫?zé)Y(jié)，1800～1900℃；低溫?zé)Y(jié)，低于1700℃；鎂砂坩堝的高溫?zé)Y(jié)，四個(gè)階段：第一階段，850℃以下，砂料脫水；第二階段，850～1500℃，低熔點(diǎn)化合物開(kāi)始熔化；第三階段，1500～1700℃，新生化合物開(kāi)始形成，坩堝體積急劇收縮，密度和強(qiáng)度顯著增加；第四階段，1700～1850℃，得到較理想的燒結(jié)層厚度和坩堝斷面的燒結(jié)結(jié)構(gòu)。高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)厚度較大。低溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)厚度較小。2/4/202349C坩堝的燒結(jié)鎂砂坩堝的低溫?zé)Y(jié)。分兩步：第一步利用感應(yīng)加熱；通過(guò)鋼板型芯使砂料加熱至1300℃，達(dá)到初步燒結(jié)。然后取出型芯，裝入低碳鋼料或工業(yè)純鐵進(jìn)行第二步燒結(jié)，利用鋼液溫度來(lái)加熱砂料。過(guò)程分三個(gè)階段：850℃以下；850～1400℃；1500～1650℃。2/4/202350C坩堝的燒結(jié)鎂鋁尖晶石坩堝都采用高溫?zé)Y(jié)，三個(gè)階段：850℃以下；850～1400℃；1300～1700℃。2/4/202351C坩堝的燒結(jié)石英砂坩堝的低溫?zé)Y(jié)。過(guò)程大致分三個(gè)階段：850℃以下；850～1300℃；1300～1600℃。2/4/202352D洗爐

冶煉合金及高質(zhì)量合金鋼時(shí)，坩堝經(jīng)過(guò)燒結(jié)后不能馬上進(jìn)行冶煉，還需要進(jìn)行洗爐，經(jīng)洗爐后才能進(jìn)行正式冶煉。這是由于：

(1)坩堝燒結(jié)層晶界上有大量液相，冶煉時(shí)會(huì)有一部分進(jìn)入合金液。

(2)坩堝表面空隙較多，氣體和不潔凈物也較多。

(3)坩堝燒結(jié)后降溫速度很快，相應(yīng)數(shù)量的固溶于方鎂石晶?；虿Ａ嘀械母呷埸c(diǎn)雜質(zhì)來(lái)不及析出，燒結(jié)層未達(dá)到最好狀態(tài)。

(4)爐口部分溫度較低，需進(jìn)一步燒結(jié)。洗爐的目的如下：

(1)進(jìn)一步使坩堝燒結(jié)，析出高熔點(diǎn)雜質(zhì)，提高燒結(jié)層的軟化點(diǎn)，使坩堝表面鈍化。

(2)由于熔融金屬的滲透作用，使坩堝表面空隙減少，在正式冶煉中使合金液與坩堝材料間的反應(yīng)降至最低程度。2/4/202353D洗爐冶煉一般合金鋼和碳素鋼時(shí)不需要洗爐，坩堝燒結(jié)后，合理安排冶煉鋼種即可開(kāi)始正式冶煉。洗爐用工業(yè)純鐵(或鎳)進(jìn)行，一般洗兩次爐。洗爐裝料量比正式冶煉時(shí)的裝料量多5％～10％。小容量坩堝還可以更多一些。洗爐最高溫度要高于正式合金或鋼種的最高冶煉溫度，洗爐第一爐在最高溫度下保持時(shí)間不少于40min，第二爐可適當(dāng)縮短。2/4/2023543坩堝的日常使用和維護(hù)A坩堝主要的日常使用規(guī)范坩堝使用初期燒結(jié)層很薄，任何機(jī)械沖擊與強(qiáng)烈的電磁攪拌都會(huì)引起坩堝破裂。因此，不允許倒空爐內(nèi)鋼液再加料，以防加料時(shí)產(chǎn)月幾較大的應(yīng)力沖擊。同時(shí)采用適當(dāng)?shù)墓β嗜蹮?，避免過(guò)強(qiáng)的電磁攪拌損壞坩堝。每次開(kāi)爐前，嚴(yán)格檢查坩堝情況，如坩堝的直徑和高度變化、爐襯有無(wú)裂紋或損壞、爐底有無(wú)凹坑以及爐口、爐嘴是否損壞等。一發(fā)現(xiàn)坩堝損壞，應(yīng)及時(shí)予以修補(bǔ)。為減輕坩堝侵蝕，應(yīng)使坩堝工作溫度不超過(guò)鋼液的出鋼溫度。銹蝕嚴(yán)重的爐料不要使用，回爐料上的型砂須清理干凈后方可使用。長(zhǎng)期使用不經(jīng)處理的硬水，會(huì)使感應(yīng)圈內(nèi)逐漸形成水垢，造成冷卻水道截而積變小，冷卻水流量不足，從而降低對(duì)鉗鍋的冷卻效果。因此，要定期檢查感應(yīng)圈冷卻水道暢通狀況。如有堵塞，及時(shí)清理。如條件允許，最好對(duì)硬水進(jìn)行軟化處理。2/4/202355B坩堝的維護(hù)和修補(bǔ)坩堝使用過(guò)程中，尤其是到使用中后期，每熔煉一爐后，均應(yīng)仔細(xì)檢查坩堝狀況，若發(fā)現(xiàn)裂紋或局部損壞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。坩堝維護(hù)和修補(bǔ)一般分為冷補(bǔ)工藝規(guī)范和熱補(bǔ)工藝規(guī)范。坩堝冷補(bǔ)工藝規(guī)范開(kāi)爐前，先將損壞部位的爐渣，殘鋼清理干凈，將裂紋擴(kuò)大呈60°的缺日，用水玻璃或硼酸水溶液刷一下，然后將混勻的打結(jié)料填入此處，用木錘打緊，最后將表面抹平，用隨形的金屬料塊壓好，再加人其余料塊，即可送電進(jìn)行生產(chǎn)。爐底的處理與爐壁的處理有所不同。當(dāng)爐底出現(xiàn)凹坑需要修補(bǔ)時(shí)，首先鏟除凹坑內(nèi)的爐渣、殘鋼，然后將打結(jié)料填入坑內(nèi)，用平錘打?qū)?。修補(bǔ)處高出周圍爐襯20～30mm，打?qū)嵑笥霉伟骞纹?，用比較平整的爐料壓上，再輕輕地加人其他爐料，低功率送電烘烤。熔化一爐后，爐內(nèi)需留有鋼液，避免下?tīng)t加料時(shí)金屬料塊碰壞爐底。2/4/202356B坩堝的維護(hù)和修補(bǔ)

坩堝熱補(bǔ)工藝規(guī)范對(duì)熔煉過(guò)程中出現(xiàn)的局部損壞，可采用熱補(bǔ)工藝予以修補(bǔ)。其工藝要點(diǎn)是：將爐內(nèi)鋼液全部?jī)A空，迅速清除掉增禍損壞處的鋼液和鋼渣。將頂先混好的補(bǔ)爐料填于此處，井迅速打緊，用隨形的金屬料塊壓好，防止后續(xù)爐料將其損壞。加入其余金屬料塊，送電燒結(jié)一會(huì)，就可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。2/4/2023574中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（1）

A開(kāi)爐前的檢查工作

(1)檢查坩堝內(nèi)側(cè)壁爐襯和出鋼口交界處有無(wú)裂縫，坩堝底及渣線部位爐襯有無(wú)局部蝕損。

(2)檢查感應(yīng)線圈表面、匝間、底部有無(wú)導(dǎo)電塵屑和鐵液飛濺物，須清除干凈。

(3)試運(yùn)行油泵，檢查液壓系統(tǒng)壓力及泄漏，檢查傾爐裝置和爐蓋動(dòng)作是否靈活、平穩(wěn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

(4)坩堝內(nèi)裝入適當(dāng)爐料，打開(kāi)外循環(huán)水源閥門，使水分配器進(jìn)水壓力表指示達(dá)到設(shè)計(jì)要求(一般為0.2~0.3MPa)，觀察感應(yīng)線圈、水冷電纜、上下水冷圈、磁軛、短路環(huán)等各支路水流量(是否暢通)，進(jìn)水溫度是否達(dá)到要求(高于5℃，低于35℃)；啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)水泵，使中頻電源柜內(nèi)其進(jìn)水壓力表指示≥0.1MPa，并觀察各支路回水是否暢通；檢查水箱水位，若低于下限水位應(yīng)補(bǔ)充純凈水至上位水限(嚴(yán)禁添加自來(lái)水)，檢查內(nèi)外循環(huán)各支路管路是否老化、破損、滲漏、堵塞等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。2/4/2023584中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（2）B開(kāi)機(jī)、停機(jī)操作

(1)合上進(jìn)線低壓柜開(kāi)關(guān)，觀察三相進(jìn)線電壓表指示是否正常；將調(diào)功電位器旋鈕調(diào)至最小位。

(2)按“控制電源接通”鈕，經(jīng)2~3s后，按“主電路接通”鈕，再按“逆變起動(dòng)”鈕，中頻電源開(kāi)始工作，直流電壓表、電流表、中頻頻率表、功率表均有指示。

(3)啟動(dòng)成功后，慢旋調(diào)功電位器至所需輸出功率。如果中頻沒(méi)有建立(即啟動(dòng)失敗)，按“逆變停止”鈕，使之復(fù)位，再重新按“逆變啟動(dòng)”鈕即可。

(4)停機(jī)時(shí)，先將調(diào)功電位器旋至較小位置，再按“逆變停止”鈕。

(5)需較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，先按“逆變停止”鈕，再按“主電路斷開(kāi)”鈕，最后按“控制電源斷開(kāi)”鈕，順序不得顛倒。此時(shí),可關(guān)閉內(nèi)循環(huán)(中頻電源、電熱電容器)冷卻水，但外循環(huán)(感應(yīng)線圈、水冷電纜等)冷卻水須待爐襯表面溫度降至100℃以下時(shí)方能關(guān)閉。2/4/2023594中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（3）C使用中操作項(xiàng)

(1)隨時(shí)觀察內(nèi)外循環(huán)冷卻水溫度、壓力、流量，發(fā)現(xiàn)某支路水流量小、滲漏、堵塞或溫度過(guò)高時(shí)，應(yīng)降低功率運(yùn)行或立即停機(jī)進(jìn)行處理，如發(fā)生外循環(huán)冷卻系統(tǒng)停電或故障停泵使感應(yīng)器斷水，應(yīng)立即打開(kāi)自來(lái)水或高位貯備水箱向感應(yīng)器供應(yīng)冷卻水。

(2)隨時(shí)觀察中頻電源柜門上指示儀表，及時(shí)調(diào)整中頻功率的輸出，以獲得最佳熔化效果，避免長(zhǎng)期低功率運(yùn)行，影響電源利用率和功率因數(shù)。

(3)正常運(yùn)行時(shí)若突然出現(xiàn)保護(hù)指示，應(yīng)先將調(diào)功鈕旋至最小位置，并立即按“逆變停止”鈕，再重新起動(dòng)，若起動(dòng)不了或仍出現(xiàn)保護(hù)應(yīng)查明原因及時(shí)排除。2/4/2023604中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（4）

(4)若出現(xiàn)緊急或異常情況時(shí)，如不正常響聲、氣味、冒煙、打火或輸出電壓急劇下降、輸出電流急劇升高且中頻頻率較正常運(yùn)行時(shí)升高，可能是爐襯變薄、滲漏鋼液、感應(yīng)圈匝間短路,應(yīng)立即按“逆變停止”鈕停機(jī)，及時(shí)處理，防止事故擴(kuò)大。

(5)加料、扒渣時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)低功率，傾爐出鐵液時(shí)須將變頻電源置于“逆變停止”態(tài)。

(6)冷爐冷料熔化時(shí)，開(kāi)始應(yīng)低功率送電約10min。然后逐漸升高功率至額定功率的20%~30%約15min，以使?fàn)t襯冷卻時(shí)在坩堝壁四周出現(xiàn)的細(xì)小裂紋愈合，最后將功率調(diào)至額定輸出值。

(7)熱爐襯冷料熔化時(shí)，開(kāi)始裝料只能裝到坩堝高度的50%處，待電流下降至能使電壓升高到額定值時(shí)，再繼續(xù)往坩堝內(nèi)加料；因冷爐料電阻系數(shù)小，電流較大，調(diào)節(jié)電壓受電流限制而影響功率輸出。2/4/2023614中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（5）(8)生產(chǎn)過(guò)程中，不允許一次性裝料過(guò)滿甚至超出爐口。因感應(yīng)圈的上端一般有三匝不通電的水冷圈，感應(yīng)圈上端面以上爐料磁場(chǎng)弱，主要靠下面鐵液傳遞熱量加熱，故熔化速度慢；同時(shí)由于不能蓋爐蓋，大量熱能通過(guò)爐口散發(fā)，降低熔化率；另感應(yīng)圈上端的坩堝及與爐嘴結(jié)合部爐襯不易夯實(shí)，烘爐不完善，燒結(jié)不好，但其承受的機(jī)械應(yīng)力最大，故此段最易發(fā)生漏爐，因此坩鍋內(nèi)熔鐵面須控制與感應(yīng)圈上端面齊平。(9)中頻爐爐料塊度應(yīng)根據(jù)電源頻率考慮。500Hz中頻電源合適的爐料塊度為8cm；1000Hz中頻電源合適的爐料塊度為5.7cm。小容量中頻爐空爐時(shí)坩堝底部加小料塊使之緊密，中部加大料塊，縫隙間填小料塊，上部爐料可適當(dāng)稀松，嚴(yán)禁大料塊直接往坩堝底部投擲。2/4/2023624中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（6）(10)經(jīng)常觀察爐內(nèi)熔化情況，爐料尚未完全熔化之前應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充加料。發(fā)現(xiàn)搭棚及時(shí)用鋼釬捅散，使?fàn)t料下沉至鋼液中，以免搭棚時(shí)，上部爐料搭接不能進(jìn)入下部鋼液，使下面較少鋼液在額定功率下溫度急劇上升，超過(guò)爐襯材料熔點(diǎn)而發(fā)生穿爐。(11)一爐鋼液完全熔化后應(yīng)及時(shí)扒渣、測(cè)溫，達(dá)到出爐溫度及時(shí)出爐。出爐完成后要檢查爐襯壁及與爐嘴的結(jié)合部，發(fā)現(xiàn)損壞應(yīng)停爐修補(bǔ)，坩堝壁損超過(guò)原壁厚的1/3時(shí)，需拆除重新筑爐。2/4/2023634中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（7）D筑爐、烘爐等操作

(1)筑爐之前要選擇合適的坩堝模，坩堝模需采用6~10mm厚的鋼板卷制焊接而成，模體帶有一定錐度，焊接處應(yīng)作連續(xù)焊接(以免通電時(shí)接縫處打火，造成電流不穩(wěn)甚至過(guò)流保護(hù))。模外表面焊接處應(yīng)鏟平磨光，清除氧化鐵銹(以免滲入爐襯與之結(jié)渣，影響爐襯壽命)；坩堝模外表面要光滑平整，特別是側(cè)壁與底部相接圓弧應(yīng)選擇較大為宜(通常取爐襯內(nèi)徑的0.1倍為最大容許圓弧半徑)。2/4/2023644中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（8）(2)填筑新?tīng)t襯須嚴(yán)格按筑爐工藝，填筑過(guò)程中應(yīng)避免鐵磁等物質(zhì)混入筑爐材料中；坩堝模放置時(shí)應(yīng)緊壓于感應(yīng)線圈中心。夯結(jié)爐襯前可以在坩堝內(nèi)裝一定量干凈爐料塊，防止坩堝移動(dòng)。(3)嚴(yán)格按烘爐曲線烘爐燒結(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓嚴(yán)格控制中頻輸出功率以控制升溫。燒結(jié)過(guò)程中最高電壓不能超過(guò)額定電壓的70%~80%。嚴(yán)格控制冷卻水流量,在爐溫升高過(guò)程中逐漸增大水流量。烘爐溫度達(dá)1100℃左右時(shí)，應(yīng)裝入清潔無(wú)銹回爐料，逐漸提高功率至額定值，繼續(xù)加料至金屬液面與爐襯上端口齊平。溫度達(dá)燒結(jié)溫度(約1550℃)時(shí)，降低功率保溫3~4h，出爐。2/4/2023654中頻感應(yīng)熔煉爐的使用與維護(hù)（9）(4)每天熔煉結(jié)束時(shí)，為避免爐襯迅速冷卻產(chǎn)生裂縫，可在坩堝內(nèi)裝入第二天需熔化的爐料，蓋好爐蓋，堵住爐嘴且適當(dāng)調(diào)小感應(yīng)圈冷卻水流量。(5)新筑爐襯須連