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MadeinMr.HeppenstallsmillinPittsburgh,MadeinMr.HeppenstallsmillinPittsburgh,Tapping the Induction FurnaceTapping the Induction Furnace,isofconsiderablehistoricalisofconsiderablehistoricalinterestinthatitdepictsinterestinthatitdepictsthe first electric induction furnacesthe first electric induction furnacesusedinUSAforsteelproduction.ThesceneusedinUSAforsteelproduction.Thesceneshowsvariousworkersinavarietyofposes,operatingthelatestinnovationinthemanufacturingofsteel.showsvariousworkersinavarietyofposes,operatingthelatestinnovationinthemanufacturingofsteel.Ref:Ref:http:/http:/Tapping the Induction Furnace,byEdmundAshe,1938.byEdmundAshe,1938.凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备1.第二章合金熔炼浇注设备1 1坩埚炉坩埚炉 2 2电弧炉电弧炉3 3感应电炉感应电炉4 4其它合金熔炼设备其它合金熔炼设备5 5合金浇注设备合金浇注设备凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备2.熔炼设备的用途：熔炼设备的用途：n 熔化配制合金原料；熔化配制合金原料；n 满足合金熔体处理的温度条件；满足合金熔体处理的温度条件；n 满足合金浇注的温度条件。满足合金浇注的温度条件。n能够提能够提供合金升温及熔化所需的能量来源；供合金升温及熔化所需的能量来源；n能够将合金液温度控制在一定的范围内；能够将合金液温度控制在一定的范围内；n能够有效避免不良成分进入、抑制烧损。能够有效避免不良成分进入、抑制烧损。对熔炼设备的要求：对熔炼设备的要求：凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备3.1坩埚炉 分类分类：特征特征：以坩埚盛装金属原料，通过加热坩埚的方式为原料升温及熔化提供热量。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备4.1.1燃料坩埚炉n 常用类型：常用类型：焦炭坩埚炉焦炭坩埚炉燃油坩埚炉燃油坩埚炉煤气坩埚炉煤气坩埚炉n控温方法：控温方法：通过燃料及助燃通过燃料及助燃剂输入量控制加剂输入量控制加热功率，实现温热功率，实现温度控制。度控制。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备5.1.1燃料坩埚炉1.效率高，运行成本低，与电加热坩埚炉相比熔化能力大，能耗低，运行能源费用仅为电加热的4060，无更换电热体之费用。2.尤其适宜于电力紧张及缺电地区使用，单炉减少用电量180300kVA，免除了扩大生产而需电力增容之忧。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备6.1.2电阻坩埚炉n使用通以电流的使用通以电流的电阻电阻(炉炉)加热器发加热器发热，并经由坩埚传热，并经由坩埚传递给合金料；递给合金料；n通过改变电阻通过改变电阻(炉炉)加热体内的电流强加热体内的电流强度控制加热功率，度控制加热功率，实现温度控制。实现温度控制。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备7.1.2电阻坩埚炉n主控制回路主控制回路凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备8.1.2电阻坩埚炉n炉丝的星形接法炉丝的星形接法凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备9.1.2电阻坩埚炉n炉丝的星形接法炉丝的星形接法凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备10.1.2电阻坩埚炉n炉丝的三角形接法炉丝的三角形接法凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备11.计算题：n有三组电阻值为有三组电阻值为1010欧姆的电炉丝，在三相四线欧姆的电炉丝，在三相四线制的工业电源条件下可以得到的最小电炉功率制的工业电源条件下可以得到的最小电炉功率和最大电炉功率分别是多少？和最大电炉功率分别是多少？序号序号使用电源使用电源连接方式连接方式对应功率对应功率1 1220V220V单相单相三组电炉丝串连三组电炉丝串连？2 2220V220V单相单相二组电炉丝串连二组电炉丝串连？3 3220V220V单相单相一组电炉丝直连一组电炉丝直连？4 4380V380V单相单相三组电炉丝串连三组电炉丝串连？5 5380V380V单相单相二组电炉丝串连二组电炉丝串连？6 6380V380V单相单相一组电炉丝直连一组电炉丝直连？7 7三相四线制三相四线制三组电炉丝星形连接三组电炉丝星形连接？8 8三相四线制三相四线制三组电炉丝三角形连接三组电炉丝三角形连接？凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备12.1.2电阻坩埚炉n发热体的选用发热体的选用铁铬铝系列合金的耐热性随着铬和铝的含量增铁铬铝系列合金的耐热性随着铬和铝的含量增加而提高，有优越的抗氧化性、抗硫性和抗渗碳加而提高，有优越的抗氧化性、抗硫性和抗渗碳性，且具有比重轻、表面负荷高、使用寿命长、性，且具有比重轻、表面负荷高、使用寿命长、价格低等一系列优点，被广泛应用于电热器中的价格低等一系列优点，被广泛应用于电热器中的发热元件。发热元件。镍铬、镍铬铁系列合金具有高温抗氧化性好，镍铬、镍铬铁系列合金具有高温抗氧化性好，强度高，不软化等一系列优点。在长时间使用时，强度高，不软化等一系列优点。在长时间使用时，不变形且永久性伸长很小，其中不变形且永久性伸长很小，其中Cr20Ni80Cr20Ni80合金合金更具有优良的综合特性，是制作高质量电热元件更具有优良的综合特性，是制作高质量电热元件的首选品种。的首选品种。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备13.1.2电阻坩埚炉n典型电阻坩埚炉发热体典型电阻坩埚炉发热体凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备14.1.2电阻坩埚炉n电阻坩埚炉的特点电阻坩埚炉的特点热效率相对较低热效率相对较低加热温度不超过发热体工作温度加热温度不超过发热体工作温度电力传输方便，功率易于控制电力传输方便，功率易于控制n电阻坩埚炉的应用电阻坩埚炉的应用多用于低熔点有色合金熔炼或保温多用于低熔点有色合金熔炼或保温需根据熔炼合金种类选用不同类型的发热体需根据熔炼合金种类选用不同类型的发热体凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备15.1.2电阻坩埚炉凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备16.2电弧炉n通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能n以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源n电弧能量集中，弧区温度可达3000以上凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备17.2电弧炉n n常用的炼钢电炉包括电常用的炼钢电炉包括电弧炉和感应炉，目前电弧弧炉和感应炉，目前电弧炉炼钢占电炉炼钢产量的炉炼钢占电炉炼钢产量的绝大部分。一般钢铁冶炼绝大部分。一般钢铁冶炼中电炉即指电弧炉。中电炉即指电弧炉。n n可调整炉内气氛，对熔可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利。钢种极为有利。n n以电炉连铸连轧为以电炉连铸连轧为特点的电炉短流程工艺的特点的电炉短流程工艺的确立，使电弧炉炼钢技术确立，使电弧炉炼钢技术得到了很大的发展。得到了很大的发展。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备18.2.1电弧炉的一般结构n炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成n炉底和炉壁用碱/酸性耐火材料砌筑，目前主要用碱性炉衬，可以有效去硫凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备19.2.2电弧炉分类n按加热方式分为三种类型按加热方式分为三种类型:间接加热电弧炉：电弧在电极间产生，不接触物料，靠间接加热电弧炉：电弧在电极间产生，不接触物料，靠热辐射加热物料。噪声大，效率低，渐被淘汰。热辐射加热物料。噪声大，效率低，渐被淘汰。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备20.2.2电弧炉分类n按加热方式分为三种类型按加热方式分为三种类型:直接加热电弧炉。电弧在电极与物料间产生，直接加热直接加热电弧炉。电弧在电极与物料间产生，直接加热物料；三相电弧炉是最常用的直接加热电弧炉。物料；三相电弧炉是最常用的直接加热电弧炉。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备21.2.2电弧炉分类n按加热方式分为三种类型按加热方式分为三种类型:埋弧电炉，亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料埋弧电炉，亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热；层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热；常用于冶炼铁合金、冰镍、冰铜，以及生产电石等。常用于冶炼铁合金、冰镍、冰铜，以及生产电石等。工作原理介于电阻工作原理介于电阻炉与电弧炉之间炉与电弧炉之间凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备22.2.2电弧炉分类n按单位熔炼容量所配备的变压器容量，可将电弧炉按单位熔炼容量所配备的变压器容量，可将电弧炉分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。弧炉。比功率等级比功率等级按钢液重量按钢液重量kWkW t t-1-1按炉膛容积按炉膛容积kWkW mm-3-3按钢液面积按钢液面积kWkW mm-2-2普通功率普通功率135 215135 215175 300175 300645 970645 970高功率高功率215 300215 300300 500300 500970 1350970 1350超高功率超高功率300 500300 500500 1000500 10001350 20001350 2000凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备23.2.3典型电弧炉结构及参数HXHX型三相电弧炉是型三相电弧炉是我国自行设计的，我国自行设计的，炉盖旋转式普通电炉盖旋转式普通电炉，主要用于各种炉，主要用于各种铸钢材料的冶炼。铸钢材料的冶炼。中小型炉采用整体中小型炉采用整体式炉盖旋转方式，式炉盖旋转方式，大型炉采用分列式大型炉采用分列式炉盖旋转方式。炉盖旋转方式。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备24.2.3.1 HX型三相电弧炉技术参数凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备25.2.3.2超高功率直流电弧炉n早期的大功率电弧炉采用三相交流供电早期的大功率电弧炉采用三相交流供电电弧稳定性较差，功率稳定性较差电弧稳定性较差，功率稳定性较差对电网冲击大，噪音大对电网冲击大，噪音大电极损耗严重电极损耗严重n近年来超高功率直流电弧炉得到迅猛发展近年来超高功率直流电弧炉得到迅猛发展将交流电经变压整流为将交流电经变压整流为300500V300500V直流后供电直流后供电无需频繁起弧，电极损耗约为交流电弧炉的无需频繁起弧，电极损耗约为交流电弧炉的50%50%无集肤效应，电流密度可提高无集肤效应，电流密度可提高20%20%，缩短熔炼时间及能耗，缩短熔炼时间及能耗恒定电流产生的恒定磁场可起搅拌作用，使温度及成分趋恒定电流产生的恒定磁场可起搅拌作用，使温度及成分趋于均匀于均匀凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备26.2.3.2超高功率直流电弧炉组成部分1 1、电炉变压器、电炉变压器2 2、水冷汇流排管、水冷汇流排管(负极负极)3 3、整流器、整流器4 4、水冷汇流排管、水冷汇流排管(正极正极)5 5、水冷电缆、水冷电缆(正极正极)6 6、电极支撑臂、电极支撑臂7 7、石墨电极、石墨电极8 8、液压电极升降装置、液压电极升降装置9 9、电炉炉盖、电炉炉盖1010、导电炉底、导电炉底(镁砂、石墨镁砂、石墨)1111、水冷电缆、水冷电缆(负极负极)1212、炉底通风冷却装置、炉底通风冷却装置凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备27.2.3.2超高功率直流电弧炉技术参数凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备28.2.4电弧炉选型 1)1)铸钢一般选用非真空炉熔炼，钛合金因其与氧具铸钢一般选用非真空炉熔炼，钛合金因其与氧具有极强的亲和力，需选用高真空的单相电弧炉熔炼。有极强的亲和力，需选用高真空的单相电弧炉熔炼。在冶金行业真空电弧炉还可用于特种钢、锡及其合金在冶金行业真空电弧炉还可用于特种钢、锡及其合金和纯金属的熔炼。和纯金属的熔炼。2)2)普通铸钢一般应选用普通功率或高功率、非水冷、普通铸钢一般应选用普通功率或高功率、非水冷、炉盖旋转式顶装料、出钢槽出钢方式的普通型三相电炉盖旋转式顶装料、出钢槽出钢方式的普通型三相电弧炉，其中小型炉应采用整体式炉盖旋转、小车式电弧炉，其中小型炉应采用整体式炉盖旋转、小车式电极升降装置及部分液压传动方式，对大型炉应采用分极升降装置及部分液压传动方式，对大型炉应采用分列式炉盖旋转、立柱式电极升降装置及全液压传动方列式炉盖旋转、立柱式电极升降装置及全液压传动方式。式。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备29.2.4电弧炉选型 3)3)特种铸钢一般应选用相应精炼设备，如耐磨铸钢特种铸钢一般应选用相应精炼设备，如耐磨铸钢可选用氢氧混吹的可选用氢氧混吹的AODAOD转炉转炉;超低碳不锈钢可选用吹超低碳不锈钢可选用吹氧脱碳的氧脱碳的VODVOD炉；大型电站、轧辊铸锻件可选用带炉；大型电站、轧辊铸锻件可选用带有真空脱气工位、保温工位的钢包精炼炉。有真空脱气工位、保温工位的钢包精炼炉。4)4)以海锦钛为原料时，应选用非凝壳真空自耗电极以海锦钛为原料时，应选用非凝壳真空自耗电极电弧炉电弧炉+凝壳真空自耗电极电弧炉熔铸。以纽扣钛合凝壳真空自耗电极电弧炉熔铸。以纽扣钛合金锭为原料时，应选用真空电弧旋转或电极旋转电弧金锭为原料时，应选用真空电弧旋转或电极旋转电弧炉熔炼。以优质钛合金材料为原料时，可选用真空感炉熔炼。以优质钛合金材料为原料时，可选用真空感应电炉熔铸。对钛合金残料的回收可采用真空等离子应电炉熔铸。对钛合金残料的回收可采用真空等离子炉或真空等离子电子炉。对钛合金切屑的回收，可采炉或真空等离子电子炉。对钛合金切屑的回收，可采用真空电子束炉。用真空电子束炉。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备30.3感应电炉n n利用物料的感应电热效应而使物料加热熔化的电炉。利用物料的感应电热效应而使物料加热熔化的电炉。n n在感应炉中的交变电磁场作用下，物料内部产生涡流在感应炉中的交变电磁场作用下，物料内部产生涡流而发热熔化。在交变磁场的搅拌作用下，炉中熔体的而发热熔化。在交变磁场的搅拌作用下，炉中熔体的成分和温度均匀，熔炼温度可高于成分和温度均匀，熔炼温度可高于16501650。n n感应炉除能在大气中熔炼外，还能在真空和氩、氖等感应炉除能在大气中熔炼外，还能在真空和氩、氖等保护气氛中熔炼，以满足特殊质量的要求。保护气氛中熔炼，以满足特殊质量的要求。n n感应炉在熔炼软磁合金、高阻合金、铂族合金、耐热、感应炉在熔炼软磁合金、高阻合金、铂族合金、耐热、耐蚀、耐磨合金以及纯金属方面具有突出的优点。耐蚀、耐磨合金以及纯金属方面具有突出的优点。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备31.3.1感应电炉工作原理n感应加热原理凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备32.3.1感应电炉工作原理n涡流搅拌效应感应电炉的搅拌强度与比功感应电炉的搅拌强度与比功率成正比，与频率成反比。率成正比，与频率成反比。B B 金属液搅拌强度金属液搅拌强度H H 搅拌时驼峰高度搅拌时驼峰高度(mm)(mm)D D 坩埚内径坩埚内径(mm)(mm)P P 比功率比功率(kW/t)(kW/t)f f 电源频率电源频率(Hz)(Hz)凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备33.3.1感应电炉工作原理n涡流搅拌效应感应电炉的搅拌强度与比功感应电炉的搅拌强度与比功率成正比，与频率成反比。率成正比，与频率成反比。B B 金属液搅拌强度金属液搅拌强度H H 搅拌时驼峰高度搅拌时驼峰高度(mm)(mm)D D 坩埚内径坩埚内径(mm)(mm)P P 比功率比功率(kW/t)(kW/t)f f 电源频率电源频率(Hz)(Hz)凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备34.3.1感应电炉工作原理n涡流搅拌效应不同材料抗氧化性能不同，对搅拌强度的要求也不一样；不同材料抗氧化性能不同，对搅拌强度的要求也不一样；根据升温速率核算比功率，而后结合搅拌强度要求核算额根据升温速率核算比功率，而后结合搅拌强度要求核算额定频率，以达到最佳的加热与搅拌效应匹配。定频率，以达到最佳的加热与搅拌效应匹配。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备35.3.1感应电炉工作原理n感应电炉主要部件感 应 器 线圈(水冷)炉 体 炉壳+炉衬电 源 变压+变频电 容 蓄能+感性负载补偿控制系统 电流及频率控制凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备36.3.2感应电炉分类感应电炉感应电炉感应电炉感应电炉工频工频工频工频中频中频中频中频调频调频调频调频调容调容调容调容真真真真 空空空空非真空非真空非真空非真空有芯有芯有芯有芯无芯无芯无芯无芯高频高频高频高频50Hz50-10000Hz10000Hz有铁芯穿有铁芯穿过感应器过感应器改善搅改善搅拌效果拌效果无铁芯穿无铁芯穿过感应器过感应器凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备37.3.3感应电炉选型1)1)对冲天炉熔炼的铁液，特别是优质铁液，尽对冲天炉熔炼的铁液，特别是优质铁液，尽可能选用感应电炉进行温度和成分的调整，可能选用感应电炉进行温度和成分的调整，2)2)对少量的合金铸铁、铸钢可采用感应电炉熔对少量的合金铸铁、铸钢可采用感应电炉熔炼；炼；3)3)对精铸、有色金属宜采用感应电炉熔炼；对精铸、有色金属宜采用感应电炉熔炼；4)4)高质量的合金钢或铜合金，可选真空感应电高质量的合金钢或铜合金，可选真空感应电炉；炉；5)5)根据合金种类对设备比功率和工作频率进行根据合金种类对设备比功率和工作频率进行匹配。匹配。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备38.3.4感应电炉系统 布置图1 1、控制柜、控制柜2 2、补偿电容器、补偿电容器3 3、平衡电容器、平衡电容器4 4、电抗器、电抗器5 5、高压开关、高压开关6 6、变压器、变压器7 7、大电流开关、大电流开关8 8、液压装置、液压装置9 9、操作台、操作台1010、电炉本体、电炉本体凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备39.3.4感应电炉系统 典型技术指标凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备40.3.4感应电炉系统凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备41.3.5电磁悬浮熔炼利用两种频率的交流电流：利用两种频率的交流电流：一种频率实现电磁悬浮，另一种频率实现电磁悬浮，另一频率实现感应加热。一频率实现感应加热。避免污染金属；避免污染金属；避免引入异质核心。避免引入异质核心。凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备42.3.5电磁悬浮熔炼电磁悬浮熔炼系统电磁悬浮熔炼系统凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备43.4其它合金熔炼设备n冲天炉n反射炉 n 凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备44.5合金浇注设备5.1 倾转式自动浇注机凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备45.5合金浇注设备5.2 气压式自动浇注机凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备46.5合金浇注设备5.3 电磁泵自动浇注机凝固成形设备 第二章 合金熔炼浇注设备47.