nwpu材料成形設(shè)備-鑄造2

MadeinMr.Heppenstall'smillinPittsburgh,TappingtheInductionFurnace,isofconsiderablehistoricalinterestinthatitdepictsthefirstelectricinductionfurnacesusedinUSAforsteelproduction.Thesceneshowsvariousworkersinavarietyofposes,operatingthelatestinnovationinthemanufacturingofsteel.Ref:

TappingtheInductionFurnace,byEdmundAshe,1938.凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備1第二章合金熔煉澆注設(shè)備

1．坩堝爐2．電弧爐3．感應(yīng)電爐4．其它合金熔煉設(shè)備5．合金澆注設(shè)備凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備2熔煉設(shè)備的用途：

熔化配制合金原料；滿足合金熔體處理的溫度條件；滿足合金澆注的溫度條件。能夠提供合金升溫及熔化所需的能量來源；能夠?qū)⒑辖鹨簻囟瓤刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)；能夠有效避免不良成分進(jìn)入、抑制燒損。

對熔煉設(shè)備的要求：

凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備31．坩堝爐分類：特征：以坩堝盛裝金屬原料，通過加熱坩堝的方式為原料升溫及熔化提供熱量。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備41.1．燃料坩堝爐

常用類型：焦炭坩堝爐燃油坩堝爐煤氣坩堝爐控溫方法：通過燃料及助燃劑輸入量控制加熱功率，實現(xiàn)溫度控制。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備51.1．燃料坩堝爐1.效率高，運行成本低，與電加熱坩堝爐相比熔化能力大，能耗低，運行能源費用僅為電加熱的40％～60％，無更換電熱體之費用。

2.尤其適宜于電力緊張及缺電地區(qū)使用，單爐減少用電量180～300kVA，免除了擴(kuò)大生產(chǎn)而需電力增容之憂。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備61.2．電阻坩堝爐使用通以電流的電阻(爐)加熱器發(fā)熱，并經(jīng)由坩堝傳遞給合金料；通過改變電阻(爐)加熱體內(nèi)的電流強(qiáng)度控制加熱功率，實現(xiàn)溫度控制。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備71.2．電阻坩堝爐主控制回路凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備81.2．電阻坩堝爐爐絲的星形接法凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備91.2．電阻坩堝爐爐絲的星形接法凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備101.2．電阻坩堝爐爐絲的三角形接法凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備11計算題：有三組電阻值為10歐姆的電爐絲，在三相四線制的工業(yè)電源條件下可以得到的最小電爐功率和最大電爐功率分別是多少？序號使用電源連接方式對應(yīng)功率1220V單相三組電爐絲串連？2220V單相二組電爐絲串連？3220V單相一組電爐絲直連？4380V單相三組電爐絲串連？5380V單相二組電爐絲串連？6380V單相一組電爐絲直連？7三相四線制三組電爐絲星形連接？8三相四線制三組電爐絲三角形連接？凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備121.2．電阻坩堝爐發(fā)熱體的選用

鐵鉻鋁系列合金的耐熱性隨著鉻和鋁的含量增加而提高，有優(yōu)越的抗氧化性、抗硫性和抗?jié)B碳性，且具有比重輕、表面負(fù)荷高、使用壽命長、價格低等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電熱器中的發(fā)熱元件。鎳鉻、鎳鉻鐵系列合金具有高溫抗氧化性好，強(qiáng)度高，不軟化等一系列優(yōu)點。在長時間使用時，不變形且永久性伸長很小，其中Cr20Ni80合金更具有優(yōu)良的綜合特性，是制作高質(zhì)量電熱元件的首選品種。

凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備131.2．電阻坩堝爐典型電阻坩堝爐發(fā)熱體凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備141.2．電阻坩堝爐電阻坩堝爐的特點熱效率相對較低加熱溫度不超過發(fā)熱體工作溫度電力傳輸方便，功率易于控制電阻坩堝爐的應(yīng)用多用于低熔點有色合金熔煉或保溫需根據(jù)熔煉合金種類選用不同類型的發(fā)熱體凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備151.2．電阻坩堝爐凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備162．電弧爐通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源

電弧能量集中，弧區(qū)溫度可達(dá)3000℃以上凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備172．電弧爐常用的煉鋼電爐包括電弧爐和感應(yīng)爐，目前電弧爐煉鋼占電爐煉鋼產(chǎn)量的絕大部分。一般鋼鐵冶煉中電爐即指電弧爐?？烧{(diào)整爐內(nèi)氣氛，對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利。以電爐－連鑄－連軋為特點的電爐短流程工藝的確立，使電弧爐煉鋼技術(shù)得到了很大的發(fā)展。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備182.1．電弧爐的一般結(jié)構(gòu)爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成爐底和爐壁用堿/酸性耐火材料砌筑，目前主要用堿性爐襯，可以有效去硫凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備192.2．電弧爐分類按加熱方式分為三種類型:①間接加熱電弧爐：電弧在電極間產(chǎn)生，不接觸物料，靠熱輻射加熱物料。噪聲大，效率低，漸被淘汰。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備202.2．電弧爐分類按加熱方式分為三種類型:②直接加熱電弧爐。電弧在電極與物料間產(chǎn)生，直接加熱物料；三相電弧爐是最常用的直接加熱電弧爐。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備212.2．電弧爐分類按加熱方式分為三種類型:③埋弧電爐，亦稱還原電爐或礦熱電爐。電極一端埋入料層，在料層內(nèi)形成電弧并利用料層自身的電阻發(fā)熱加熱；常用于冶煉鐵合金、冰鎳、冰銅，以及生產(chǎn)電石等。工作原理介于電阻爐與電弧爐之間凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備222.2．電弧爐分類按單位熔煉容量所配備的變壓器容量，可將電弧爐分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。比功率等級按鋼液重量kWt-1按爐膛容積kWm-3按鋼液面積kWm-2普通功率135–215175–300645–970高功率215–300300–500970–1350超高功率300–500500–10001350–2000凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備232.3．典型電弧爐結(jié)構(gòu)及參數(shù)HX型三相電弧爐是我國自行設(shè)計的，爐蓋旋轉(zhuǎn)式普通電爐，主要用于各種鑄鋼材料的冶煉。中小型爐采用整體式爐蓋旋轉(zhuǎn)方式，大型爐采用分列式爐蓋旋轉(zhuǎn)方式。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備242.3.1．

HX型三相電弧爐技術(shù)參數(shù)凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備252.3.2．超高功率直流電弧爐早期的大功率電弧爐采用三相交流供電電弧穩(wěn)定性較差，功率穩(wěn)定性較差對電網(wǎng)沖擊大，噪音大電極損耗嚴(yán)重近年來超高功率直流電弧爐得到迅猛發(fā)展將交流電經(jīng)變壓整流為300~500V直流后供電無需頻繁起弧，電極損耗約為交流電弧爐的50%無集膚效應(yīng)，電流密度可提高20%，縮短熔煉時間及能耗恒定電流產(chǎn)生的恒定磁場可起攪拌作用，使溫度及成分趨于均勻凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備262.3.2．超高功率直流電弧爐—組成部分1、電爐變壓器2、水冷匯流排管(負(fù)極)3、整流器4、水冷匯流排管(正極)5、水冷電纜(正極)6、電極支撐臂7、石墨電極8、液壓電極升降裝置9、電爐爐蓋10、導(dǎo)電爐底(鎂砂、石墨)11、水冷電纜(負(fù)極)12、爐底通風(fēng)冷卻裝置凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備272.3.2．超高功率直流電弧爐—技術(shù)參數(shù)凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備282.4．電弧爐選型

1)鑄鋼一般選用非真空爐熔煉，鈦合金因其與氧具有極強(qiáng)的親和力，需選用高真空的單相電弧爐熔煉。在冶金行業(yè)真空電弧爐還可用于特種鋼、錫及其合金和純金屬的熔煉。

2)普通鑄鋼一般應(yīng)選用普通功率或高功率、非水冷、爐蓋旋轉(zhuǎn)式頂裝料、出鋼槽出鋼方式的普通型三相電弧爐，其中小型爐應(yīng)采用整體式爐蓋旋轉(zhuǎn)、小車式電極升降裝置及部分液壓傳動方式，對大型爐應(yīng)采用分列式爐蓋旋轉(zhuǎn)、立柱式電極升降裝置及全液壓傳動方式。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備292.4．電弧爐選型

3)特種鑄鋼一般應(yīng)選用相應(yīng)精煉設(shè)備，如耐磨鑄鋼可選用氫氧混吹的AOD轉(zhuǎn)爐;超低碳不銹鋼可選用吹氧脫碳的VOD爐；大型電站、軋輥鑄鍛件可選用帶有真空脫氣工位、保溫工位的鋼包精煉爐。

4)以海錦鈦為原料時，應(yīng)選用非凝殼真空自耗電極電弧爐+凝殼真空自耗電極電弧爐熔鑄。以紐扣鈦合金錠為原料時，應(yīng)選用真空電弧旋轉(zhuǎn)或電極旋轉(zhuǎn)電弧爐熔煉。以優(yōu)質(zhì)鈦合金材料為原料時，可選用真空感應(yīng)電爐熔鑄。對鈦合金殘料的回收可采用真空等離子爐或真空等離子電子爐。對鈦合金切屑的回收，可采用真空電子束爐。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備303．感應(yīng)電爐利用物料的感應(yīng)電熱效應(yīng)而使物料加熱熔化的電爐。在感應(yīng)爐中的交變電磁場作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流而發(fā)熱熔化。在交變磁場的攪拌作用下，爐中熔體的成分和溫度均勻，熔煉溫度可高于1650℃。感應(yīng)爐除能在大氣中熔煉外，還能在真空和氬、氖等保護(hù)氣氛中熔煉，以滿足特殊質(zhì)量的要求。感應(yīng)爐在熔煉軟磁合金、高阻合金、鉑族合金、耐熱、耐蝕、耐磨合金以及純金屬方面具有突出的優(yōu)點。

凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備313.1．感應(yīng)電爐工作原理感應(yīng)加熱原理凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備323.1．感應(yīng)電爐工作原理渦流攪拌效應(yīng)感應(yīng)電爐的攪拌強(qiáng)度與比功率成正比，與頻率成反比。B—金屬液攪拌強(qiáng)度H—攪拌時駝峰高度(mm)D—坩堝內(nèi)徑(mm)P—比功率(kW/t)f—電源頻率(Hz)凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備333.1．感應(yīng)電爐工作原理渦流攪拌效應(yīng)感應(yīng)電爐的攪拌強(qiáng)度與比功率成正比，與頻率成反比。B—金屬液攪拌強(qiáng)度H—攪拌時駝峰高度(mm)D—坩堝內(nèi)徑(mm)P—比功率(kW/t)f—電源頻率(Hz)凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備343.1．感應(yīng)電爐工作原理渦流攪拌效應(yīng)不同材料抗氧化性能不同，對攪拌強(qiáng)度的要求也不一樣；根據(jù)升溫速率核算比功率，而后結(jié)合攪拌強(qiáng)度要求核算額定頻率，以達(dá)到最佳的加熱與攪拌效應(yīng)匹配。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備353.1．感應(yīng)電爐工作原理感應(yīng)電爐主要部件感應(yīng)器——線圈(水冷)爐體——爐殼+爐襯電源——變壓+變頻電容——蓄能+感性負(fù)載補(bǔ)償控制系統(tǒng)——電流及頻率控制凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備363.2．感應(yīng)電爐分類感應(yīng)電爐工頻中頻調(diào)頻調(diào)容真空非真空有芯無芯高頻50Hz50-10000Hz>10000Hz有鐵芯穿過感應(yīng)器改善攪拌效果

無鐵芯穿過感應(yīng)器

凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備373.3．感應(yīng)電爐選型1)對沖天爐熔煉的鐵液，特別是優(yōu)質(zhì)鐵液，盡可能選用感應(yīng)電爐進(jìn)行溫度和成分的調(diào)整，2)對少量的合金鑄鐵、鑄鋼可采用感應(yīng)電爐熔煉；3)對精鑄、有色金屬宜采用感應(yīng)電爐熔煉；4)高質(zhì)量的合金鋼或銅合金，可選真空感應(yīng)電爐；5)根據(jù)合金種類對設(shè)備比功率和工作頻率進(jìn)行匹配。凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備383.4．感應(yīng)電爐系統(tǒng)—布置圖1、控制柜2、補(bǔ)償電容器3、平衡電容器4、電抗器5、高壓開關(guān)6、變壓器7、大電流開關(guān)8、液壓裝置9、操作臺10、電爐本體凝固成形設(shè)備第二章合金熔煉澆注設(shè)備393.4．感應(yīng)電爐系統(tǒng)—典型技術(shù)指標(biāo)凝固成形設(shè)備