50kg臥式真空感應(yīng)爐的研制

張龍　高國強　楊瑞

摘 要：真空感應(yīng)爐作為獲取高精密合金、高性能特殊材料的一種通用型冶金設(shè)備已得到了迅速發(fā)展與普及。本文介紹了50kg真空感應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)、特點及其工作原理。

關(guān)鍵詞：真空感應(yīng)爐；坩堝；爐殼

1 概述

50公斤真空感應(yīng)爐是在真空條件下利用中頻感應(yīng)加熱的作用融化金屬的自動化設(shè)備。由于它能較嚴(yán)格控制熔煉溫度和化學(xué)成份，并且有電磁攪拌和具有高真空下去氣的效果，因此宜于高純度鋼、耐熱鋼等新型材料與各種重要合金，特別適用于熔煉某些易氧化的元素（如鈦等）。此種電爐可以在熔煉過程中加入合金元素及進(jìn)行測溫、取樣、澆鑄。并可在各種保護(hù)氣體下進(jìn)行熔煉。

2 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)及構(gòu)成

2.1 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)

（1）最大熔化重量：50kg（鎳鉬）；（2）設(shè)備總功率：140kW；（3）電源電壓：380V（三相）；（4）電源頻率：50Hz；（5）中頻電源類型：KGPS；（6）額定功率（中頻輸出）：100kW；（7）額定電壓（中頻輸出）：375V（最大）；（8）額定頻率：2500kHz（最大）；（9）額定溫度：1700°C；（10）融化率（1600°C時）：200公斤/小時；（11）極限真空：6.6×10-3；（12）工作真空度：6.6×10-1；（13）壓升率：0.13帕/分；（14）爐室有效抽速：3000升/秒；（15）抽空時間：由大氣壓力下至工作真空度時間？芨5分鐘（空爐）；（16）耗水量：4.5m3/h，設(shè)備上水溫度：≤35℃；設(shè)備出水溫度：≤55℃；（17）融化時間：25分鐘；（18）測溫方式：熱電偶測溫；（19）坩堝材質(zhì)：石墨坩堝、氧化鎂坩堝；（20）設(shè)備總重：5.5噸。

2.2 設(shè)備的構(gòu)成

該設(shè)備如下圖由主要以下幾部分構(gòu)成：（1）真空系統(tǒng)；（2）液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)；（3）爐室；（4）倒料桿系統(tǒng)；（5）觀察攝像系統(tǒng)；（6）分料倉系統(tǒng)；（7）坩堝及感應(yīng)線圈系統(tǒng)；（8）操作平臺。

3 設(shè)備主要部分工作過程和結(jié)構(gòu)特點

3.1 爐體

臥式爐體（可動部分）：爐體內(nèi)徑為1300毫米，雙層壁當(dāng)中通水冷卻內(nèi)壁用不銹鋼板外層用普通鋼板制作，不銹鋼制作真空爐室內(nèi)壁經(jīng)過拋光，能方便鏟除熔煉中金屬的飛濺物，爐體底部裝有滑輪，可沿軌道用手輕輕拉開或關(guān)閉。

爐體上方后部設(shè)觀察窗2個，已觀察熔煉情況，爐體的側(cè)面另設(shè)觀察窗1個，專為觀察澆鑄時用，觀察窗內(nèi)裝有耐熱玻璃和擋板，擋板可以擋住輻射熱和防止金屬噴濺物附著在玻璃上，另外還有黃銅線刷，裝在一根可以旋轉(zhuǎn)的軸上，用來擦凈玻璃表面的污垢爐體上部設(shè)攪拌裝置，便于熔煉時在不破壞真空情況下?lián)v落坩堝上部不易融化的爐料對準(zhǔn)坩堝的上方在爐體上設(shè)取樣裝置1處，用于澆鑄前取出樣品，取樣在真空狀態(tài)下。

爐體側(cè)面設(shè)有回轉(zhuǎn)式測溫裝置1處，在熔煉過程中可進(jìn)行操作，測量爐料的溫度。

3.2 爐蓋

爐蓋也是雙層壁，外層普通鋼板內(nèi)層不銹鋼板。路蓋上設(shè)置真空接管，加料接管，保溫帽進(jìn)電接管，供轉(zhuǎn)軸密封用的軸套一處，真空爐室內(nèi)各部分金屬件均采用不銹鋼或紫銅材料爐蓋側(cè)面設(shè)置工作臺1個，工作臺上有安全護(hù)欄，以便與加料器加料及搗料、取樣工作。爐蓋內(nèi)設(shè)屏板，以防止熱輻射和防止金屬噴濺物進(jìn)入真空泵內(nèi)。

3.3 加料、測溫、取樣機構(gòu)

50kg電爐有半連續(xù)加料、測溫、取樣機構(gòu)，爐蓋上部有一個￠200 毫米直徑手動或氣動插板閥（半連續(xù)電爐為氣動），當(dāng)需要加料、測溫、取樣時，可先將加料室等用輔助真空管道抽到與爐內(nèi)壓力相同時，開啟￠200閥，然后可以分別加料、測溫、取樣，完成后可關(guān)閉￠200閥（￠200閥是一種耐熱型閥門）使用溫度可達(dá)400℃，50kg加料室容積為7升。

3.4 感應(yīng)線圈

感應(yīng)線圈是用紫銅管壓成的圓管繞制，線圈內(nèi)徑為￠270毫米，高度為350毫米，匝與匝間有5-10毫米的間隙，通過它們外圍的絕緣板來固定位置，感應(yīng)線圈和進(jìn)出電極間的連接是用法蘭連接的，拆卸方便，既能保證良好的導(dǎo)電，又能保證可靠的真空密封。在線圈的底部焊有四塊支撐板，是用來支托坩堝的。從試驗結(jié)果來看，最大的線圈電壓是250伏左右，在特殊情況下，還要低些，以免引起真空放電，尤其在熔融金屬有快速的氣化傾向時，更容易發(fā)生放電現(xiàn)象。

3.5 轉(zhuǎn)動電極與傾爐機構(gòu)

轉(zhuǎn)軸為同軸供電方式。水冷裝配結(jié)構(gòu)，為用戶免去了以往環(huán)氧樹脂澆鑄電極不能自己維護(hù)之苦，可以自行拆卸。內(nèi)電極的尺寸增加到￠45mm，電效率大大的提高。澆鑄傾爐有液壓與機械傾爐兩種結(jié)構(gòu)可供選擇。

3.6 坩堝

當(dāng)坩堝用在真空中熔化金屬時，如要避免熔化金屬和坩堝之間的反應(yīng)，適當(dāng)?shù)倪x擇制造坩堝的材料和坩堝的制造工藝是非常重要的。因為選擇制造坩堝材料，在很大程度上決定于熔化金屬的性質(zhì)，所以我們不能提供標(biāo)準(zhǔn)適用的坩堝，用戶可以根據(jù)金屬的性質(zhì)自己選擇制訂制造坩堝的工藝。

3.7 錠模

錠模的材質(zhì)和尺寸，一般都是根據(jù)不同的使用要求來確定的，因此成套設(shè)備出廠時，一律不帶錠模，但考慮到用戶在生產(chǎn)時使用，一般可為用戶另行設(shè)計制造。錠模應(yīng)放在感應(yīng)線圈的前面，高底及前后左右位置一定要合適，使得澆鑄的鋼水正好流入錠模中心為宜。如果錠模需要通水進(jìn)行快速冷卻請?zhí)崆罢f明，我們將會在爐體上設(shè)計進(jìn)出水口。將爐體側(cè)面的兩個備用孔打開，接上水管接頭，將錠模冷卻水接好。在接真空室內(nèi)水管時一定要牢固可靠，不應(yīng)有滲漏，否則會影響爐內(nèi)真空，同時要做好防止金屬外漏燙壞水管的防護(hù)措施。

3.8 真空機組

真空系統(tǒng)：Z-400油擴泵一臺+ZJ-300羅茨泵一臺+2X-70機械泵一臺。真空系統(tǒng)均由氣動閥門來控制，閥門由￠400氣動擋板閥一臺，￠100氣動擋板閥二臺，￠40輔助真空閥。真空系統(tǒng)的操作是通過程序控制器來實現(xiàn)控制，既可以手動又可以自動操作，閥門壽命長。真空系統(tǒng)用戶可以適當(dāng)選擇，以滿足高真空的需要。

3.9 測溫裝置

在爐蓋上部有一個測溫裝置。當(dāng)需要測溫時，可以裝上熱電偶和熱電偶保護(hù)管（一般用金屬陶瓷）。進(jìn)行測溫時，只須轉(zhuǎn)動手柄，讓熱電偶插進(jìn)坩堝金屬液內(nèi)。有一個齒條操作機構(gòu)，以便使熱電偶在液面停止，從數(shù)字表可讀出溫度數(shù)值，也可以使用光學(xué)測溫或遠(yuǎn)紅外輻射溫度計通過視察窗測量溫度。

4 結(jié)束語

該設(shè)備經(jīng)過安裝調(diào)試后，各項性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，各部分使用情況良好，設(shè)備生產(chǎn)過程中無污染，安全環(huán)保，得到用戶好評。

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