nwpu材料成形设备铸造

nwpu材料成形设备铸造第1页/共48页2第二章合金熔炼浇注设备

1．坩埚炉2．电弧炉3．感应电炉4．其它合金熔炼设备5．合金浇注设备凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第2页/共48页3

熔炼设备的用途：

熔化配制合金原料；满足合金熔体处理的温度条件；满足合金浇注的温度条件。能够提供合金升温及熔化所需的能量来源；能够将合金液温度控制在一定的范围内；能够有效避免不良成分进入、抑制烧损。

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第3页/共48页41．坩埚炉分类：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第4页/共48页51.1．燃料坩埚炉

常用类型：焦炭坩埚炉燃油坩埚炉煤气坩埚炉控温方法：通过燃料及助燃剂输入量控制加热功率，实现温度控制。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第5页/共48页61.1．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40％～60％，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180～300kVA，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第6页/共48页71.2．电阻坩埚炉使用通以电流的电阻(炉)加热器发热，并经由坩埚传递给合金料；通过改变电阻(炉)加热体内的电流强度控制加热功率，实现温度控制。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第7页/共48页81.2．电阻坩埚炉主控制回路凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第8页/共48页91.2．电阻坩埚炉炉丝的星形接法凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第9页/共48页101.2．电阻坩埚炉炉丝的星形接法凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第10页/共48页111.2．电阻坩埚炉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第11页/共48页12计算题：有三组电阻值为10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和最大电炉功率分别是多少？序号使用电源连接方式对应功率1220V单相三组电炉丝串连？2220V单相二组电炉丝串连？3220V单相一组电炉丝直连？4380V单相三组电炉丝串连？5380V单相二组电炉丝串连？6380V单相一组电炉丝直连？7三相四线制三组电炉丝星形连接？8三相四线制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第12页/共48页131.2．电阻坩埚炉发热体的选用

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、价格低等一系列优点，被广泛应用于电热器中的发热元件。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，不变形且永久性伸长很小，其中Cr20Ni80合金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。

凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第13页/共48页141.2．电阻坩埚炉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第14页/共48页151.2．电阻坩埚炉电阻坩埚炉的特点热效率相对较低加热温度不超过发热体工作温度电力传输方便，功率易于控制电阻坩埚炉的应用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凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第15页/共48页161.2．电阻坩埚炉凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第16页/共48页172．电弧炉通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源

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第17页/共48页182．电弧炉常用的炼钢电炉包括电弧炉和感应炉，目前电弧炉炼钢占电炉炼钢产量的绝大部分。一般钢铁冶炼中电炉即指电弧炉。可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利。以电炉－连铸－连轧为特点的电炉短流程工艺的确立，使电弧炉炼钢技术得到了很大的发展。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第18页/共48页192.1．电弧炉的一般结构炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成炉底和炉壁用碱/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第19页/共48页202.2．电弧炉分类按加热方式分为三种类型:①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。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第20页/共48页212.2．电弧炉分类按加热方式分为三种类型:②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。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第21页/共48页222.2．电弧炉分类按加热方式分为三种类型:③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；常用于冶炼铁合金、冰镍、冰铜，以及生产电石等。工作原理介于电阻炉与电弧炉之间凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第22页/共48页232.2．电弧炉分类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弧炉。比功率等级按钢液重量kWt-1按炉膛容积kWm-3按钢液面积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凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第23页/共48页242.3．典型电弧炉结构及参数HX型三相电弧炉是我国自行设计的，炉盖旋转式普通电炉，主要用于各种铸钢材料的冶炼。中小型炉采用整体式炉盖旋转方式，大型炉采用分列式炉盖旋转方式。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第24页/共48页252.3.1．

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第25页/共48页262.3.2．超高功率直流电弧炉早期的大功率电弧炉采用三相交流供电电弧稳定性较差，功率稳定性较差对电网冲击大，噪音大电极损耗严重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300~500V直流后供电无需频繁起弧，电极损耗约为交流电弧炉的50%无集肤效应，电流密度可提高20%，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，使温度及成分趋于均匀凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第26页/共48页272.3.2．超高功率直流电弧炉—组成部分1、电炉变压器2、水冷汇流排管(负极)3、整流器4、水冷汇流排管(正极)5、水冷电缆(正极)6、电极支撑臂7、石墨电极8、液压电极升降装置9、电炉炉盖10、导电炉底(镁砂、石墨)11、水冷电缆(负极)12、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第27页/共48页282.3.2．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第28页/共48页292.4．电弧炉选型1)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。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。

2)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，对大型炉应采用分列式炉盖旋转、立柱式电极升降装置及全液压传动方式。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第29页/共48页302.4．电弧炉选型3)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AOD转炉;超低碳不锈钢可选用吹氧脱碳的VOD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。

4)以海锦钛为原料时，应选用非凝壳真空自耗电极电弧炉+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。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第30页/共48页313．感应电炉利用物料的感应电热效应而使物料加热熔化的电炉。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，炉中熔体的成分和温度均匀，熔炼温度可高于1650℃。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。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。

凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第31页/共48页323.1．感应电炉工作原理感应加热原理凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第32页/共48页333.1．感应电炉工作原理涡流搅拌效应感应电炉的搅拌强度与比功率成正比，与频率成反比。B—金属液搅拌强度H—搅拌时驼峰高度(mm)D—坩埚内径(mm)P—比功率(kW/t)f—电源频率(Hz)凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第33页/共48页343.1．感应电炉工作原理涡流搅拌效应感应电炉的搅拌强度与比功率成正比，与频率成反比。B—金属液搅拌强度H—搅拌时驼峰高度(mm)D—坩埚内径(mm)P—比功率(kW/t)f—电源频率(Hz)凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第34页/共48页353.1．感应电炉工作原理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；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。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第35页/共48页363.1．感应电炉工作原理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第36页/共48页373.2．感应电炉分类感应电炉工频中频调频调容真空非真空有芯无芯高频50Hz50-10000Hz>10000Hz有铁芯穿过感应器改善搅拌效果

无铁芯穿过感应器

凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第37页/共48页383.3．感应电炉选型1)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，2)对少量的合金铸铁、铸钢可采用感应电炉熔炼；3)对精铸、有色金属宜采用感应电炉熔炼；4)高质量的合金钢或铜合金，可选真空感应电炉；5)根据合金种类对设备比功率和工作频率进行匹配。凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第38页/共48页393.4．感应电炉系统—布置图1、控制柜2、补偿电容器3、平衡电容器4、电抗器5、高压开关6、变压器7、大电流开关8、液压装置9、操作台10、电炉本体凝固成形设备第二章合金熔炼浇注设备第39页/共48页403.4．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第40页/共48页413.4．感应电炉系统凝固成形设备