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1、10kg真空中频感应炉装置设计学生姓名： 0000 学生学号： 0000 院（系）： 0000 年级专业： 00000 指导教师： 0000 助理教师： 0000 二一三年六月0000000000（论文） 摘 要摘 要目前，随着航天、航空、军工、核电、能源、化工等领域的不断向前发展，不仅特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金的的需求量越来越大，而且对其质量要求更加苛刻，这就促进了真空感应炉的发展与研究。与其他冶炼方法相比，真空感应炉熔炼能够精确控制所炼钢种或合金的成分；钢或合金中气体和非金属夹杂物的含量水平远远低于其他熔炼方法；真空感应炉的温度相对来说比较容易控制，而控制压力
2、水平就是真空感应炉最显著的特点。本课题研究的对象是10kg真空中频感应炉装置的设计，包括工艺参数的选择，坩埚材料的选择以及尺寸的设计，感应器材料的选择与结构的设计，倾炉机构的选择，冷却系统的设计等，本课题的设计论述出了各部分的设计方法与原则以及计算设计过程和必要的强度校核。关键词 真空，感应炉，设计IXXXXXXXXXXXXXX论文） ABSTRACTABSTRACT At present,with the continuous development of some areas,such as aerospace,aviation,military industry, nuclear pow
3、er,energy and chemical area, not only the demand of special alloyheat-resisting alloy, high temperature alloy, corrosion resistant alloyare increasing, but the quality requirements of this special alloy are becoming more stringent.All of this promoted the development and research of vaccum induction
4、 furnace. Compared with other smelting method, vaccum induction smelting furnace is able to precisely control composition 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
5、control, and control the pressure level is the most distinguishing feature of vacuum induction furnace.This research sets the target of 10 kg vacuum intermediate frequency induction furnace equipment design, including the selection of process parameters, the selection of crucible materia and size de
6、sign, material selection and structure design of sensors, furnace tilting mechanism and cooling system selection. the topics addressed in the design of the various components of the design principles and calculation methods and design process and the necessary degree of intensity.Key words vacuum, i
7、nduction furnace, designIIXXXXXXXXXXXXX（论文） 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 真空中频感应炉概述11.2 国内外真空感应炉使用状况及发展趋势11.3 真空感应熔炼炉设计特点21.4 本课题研究的目的及意义22 真空中频感应炉冶炼工艺32.1 装料32.2 熔化期32.3 精炼期32.3.1 精炼温度42.3.2 真空度42.3.3 精炼时间42.4 出钢和浇注53 10kg真空中频感应炉设计理论计算63.1 计算所需要的原始数据63.2 配料计算73.2.1 全部使用新料73.2.2 使用部分返回料93.3 真空感应炉炉衬耐
8、火材料93.3.1 真空感应炉用耐火材料的工作条件和特点93.3.2 感应炉坩埚材质93.3.3 坩埚制作方法103.4 坩埚尺寸计算103.4.1 确定坩埚的总体积和金属液的体积103.4.2确定坩埚几何尺寸113.5 感应器123.5.1 确定感应器的直径123.5.2 确定感应器的有用功率133.5.3确定感应器的高度133.5.4 感应器截面形状的选择143.5.5 感应线圈铜管匝数的计算143.6 电源频率的选择153.7 磁轭173.8 水冷系统193.9 感应器与炉料系统的热计算203.10 倾炉机构223.11 真空系统233.12 炉壳23结 论25参 考 文 献26结 论2
9、7IIXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 1 绪 论1 绪 论1.1 真空中频感应炉概述真空感应熔炼（VIM）就是在真空条件下，利用电磁感应在金属液导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的方法。一般应用于金属及合金的冶炼、提纯、精炼及处理。真空冶金可保护金属液不被大气中氧等气体物质污染、分离沸点不同的物质并可降低金属中的气体或其他杂质含量等，可以实现在大气压下无法实行的冶炼过程，提高冶炼金属及合金的质量。随着科学技术的进步，对材料的性能要求越来越高，真空感应炉冶炼为新材料的生产提供了保证，满足了市场需求。为了适应尖端技术对高性能及新型金属材料的需求，真空冶金已成为现代冶金的一个重要领域。第二次世
10、界大战期间和战后，正是由于各国对高性能金属材料及新型金属材料的需求，真空冶金技术的到了快速的发展。中国的真空冶炼在20世纪50年代后期开始的，到目前，我国的真空冶金已经处在快速发展阶段。 新型真空感应炉熔炼又称为真空感应脱气浇铸VIDP（vacuum induction degassing pouring）,其具有熔炼室体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控、回收易挥发元素和准确控制合金成分等特点1,6。1.2 国内外真空感应炉使用状况及发展趋势 真空感应炉是特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金生产的重要工序之一，在航天、航空、军工、核电等领域的材料生产中起着重要的
11、作用。近年来，我国铸件常量一直位居世界首位，连续几年位居世界第一。我国的钢产量和铸件产量都位居世界前列，但优质钢，高档铸件尚需从国外进口。因此，多方面提高我国冶炼设备的装备水平及其技术水平是十分必要的。多功能真空感应炉，有利于提高铸造用钢的质量，增加铸造钢和合金的品种，最终目的是为了提高现有冶金装备与技术水平以及材料质量，得到高水平的优质产品。真空感应炉随着高产量、高生产率、高质量的要求，冶炼过程和操作又都需要在真空室内完成，容积和体积就越来越大，功能也越来越完善，加上计算机软降的发展，自动化程度也越来越高，即出现了多功能真空感应炉。很多国内钢铁公司、铸造企业乃至高校和研究院，都在增添多功能真
12、空感应炉，可以认为，多功能真空感应炉具有广泛的应用前景。紧凑型真空感应炉( VIDP) 在与其他浇注系统组合方面, 有很强的适应性, 从而扩展了真空感应炉的功能, 实现了一机多用, 提高了综合经济效益4,5。主要有以下几种： 真空感应炉与粉末雾化和吹氩工艺的组合； 真空感应炉与铸锭、电极铸造、垂直连铸和粉末雾化的多重组合； 真空感应炉与铸锭、电极铸造和水平连铸的组合。1.3 真空感应熔炼炉设计特点在设计、制造和使用真空感应炉时，应紧紧抓着“真空”这一特性。选择炉体内部件的材料时，应注意这些材料在真空中的性质，不要选择容易“放气”的材料。在感应器的结构中应尽量避免出现尖角、锐棱等部位，位于炉内的
13、所有带电体的表面都应该圆滑并经绝缘处理，以避免真空放电。电极引线可用同轴线，但必须考虑密封。坩埚材料应根据被熔炼金属性质选定，可以 使用由于容易氧化而一般不在空气中熔炼时使用的材料。例如，石墨作坩埚材料。为加速真空除气，坩埚深度与平均内径之比值应比非真空感应熔炼炉的相应值小，一般取坩埚深度与平均内径相等。真空熔炼的目的，主要在于能使液态金属得以充分脱气，儿熔体又不会被氧化，因此应使被熔炼金属液得到足够强的搅拌力，从而应选择较非真空炉低的工作平率。如果采用石墨坩埚，那么选择的工作频率应使电流在石墨中的投入深度等于坩埚厚度的1.52倍3。1.4 本课题研究的目的及意义 本课题，通过查阅有关资料，了
14、解国内外真空感应炉发展状况，设计真空感应炉装置，有益于我们利用所学的专业知识解决实际问题，对真空中频感应炉的工作原理、构造、工作流程等有更深入的认识和理解，为今后从事相关的工作或进一步深造打下扎实基础。此外，随着我国对真空冶炼的研究，提高铸造用钢合金钢产品的质量，得到高水平的产品，从而提高国防事业以及人民生活质量，因此研究真空冶金具有很多实际意义。5XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2 真空中频感应炉冶炼工艺2 真空中频感应炉冶炼工艺真空感应炉熔炼的整个周期可以分为以下几个五主要阶段，即装料、熔炼、精炼、合金化和脱氧浇注等1,2,11。2.1 装料真空感应炉所用的炉料，一般都是经过表面去锈和去油污后的清洁干燥原料，而大部分合金元素以纯金属形式加入。加料时，严禁使用潮湿的炉料，以免影响成品的质量和在熔炼时发生喷溅。装料时，应做到上松下紧，以防止熔化过程中上部炉料因卡住或焊接住而出现“架桥”；高熔点又不易氧化的炉料，应装在坩埚的中、下部高温区。大炉子装料时，应分几次加入，而且要注意炉料对坩埚壁的冲击。易氧化的的炉料，应在金属液脱氧良好的条件下加入；为减
