铸造合金及其熔炼第十章感应电炉熔炼

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1、第十章感应电炉熔炼第一节概述感应电炉熔炼是利用交流电感应的作用，使坩埚内金属炉料本身发出热量，将其熔化，并进一步使液体金属过热的一种熔炼方法。感应电炉依其构造分为无芯式和有芯式两种类型。炼钢用的是无芯式感应电炉，其工作原理示如图10-1。在一个耐火材料筑成的坩埚外面，有螺旋形的感应器(感应线圈)。在炼钢过程中，盛装在坩埚内的金属炉料(或熔化成的钢液)，尤如插在线圈中的铁芯。当往线圈中通以交流电时，由于感应作用，在炉料(或钢液)内部产生感应电动势，并因此感生感应电流(涡流)。由于炉料(或钢液)本身有电阻，故

2、在涡流通过时会发出热量。感应电炉炼钢所需的热量就是利用这种原理产生的。感应炉熔炼特点：1、加热速度快特别是液体后，增温快2、氧化烧损轻，吸气少3、工艺简单生产灵活4、炉渣的化学活泼性较弱，调节成分能力差5、吨位小，大多数用于小件生产第二节无芯感应炉的构造无芯感应电炉主要由两个部分构成：炉体部分和电气部分。炉体部分的构造如图10一2所示。当交流电通过感应器时，在感应器的内部空间中便产生了交变磁通。交变磁通在金属护料(或钢液)内引起感应电动势，在垂直于磁通的平面上产生涡流，从而起加热作用。感应电动势的大小与磁

3、通及电流频率有关，其关系式如下E=4.44ФNf集肤效应在炉料(钢液)内部，磁通的分布并不是冷匀的，而是愈靠近外层(坩埚壁)，磁通密度愈大，愈靠近坩埚的中心线，磁通密度愈小，因此在外层中产生的感应电动势和电流比里层来得大，这就是所谓的“集肤效应”。由于这种电流密度不均匀现象的存在，使得坩埚内炉料(钢液)外层的发热量大于里层。采用的电流颇率愈高，“集肤效应”愈显著，则发热愈是集中于外层。因此，对于大直径(大容量)的坩埚来说，如果采用高颇率，则在炉料中将只有一个筒状的外层中发出较多的热量，而里层发热很少(图1

4、0-3)。在这种情况下，加热的效果低。为此应使电流频率与坩埚直径(炉子容量)相适应。即炉子的容量大时，所以采用的电流频率应该低些。这即是感应电炉的用电频率与其容量之间有一定对应关系的道理。常用感应炉类型：1、高频感应炉200-300KHz10-60KG2、中频感应炉1000-2500Hz500-1000KG3、工频感应炉50Hz500-10000KG感应电炉在熔炼过程中，感应器受到高温炉衬的强烈加热。为了避免温度过高，一般都将感应器的铜导线设计成中空式的。制成异形铜管，以便通水冷却。为了倾炉出钢的需要，感

5、应炉的炉体是通过转轴装在护架上，用机械或液压方式驱动，使炉体倾转。感应电炉的电气部分的作用是供给感应器所需要的电流。高频电炉和中频电炉的电气部分都包括有变频的装置。变频可以采用不同的方法:高频感应电炉采用的是电子管振荡装置。中频感应电炉采用中频发电机或晶闸管变频装置。近年来，晶闸管变频的应用有了很大的发展。用晶闸管变频不仅电能的利用效率较高，而且结构较紧凑，噪声低，使用效果良好。由于感应电炉的感应器是一个很大的电感，再加上磁通是经过空气而闭合的，所以感应电炉的无功功率相当大.功率因数（cosφ）相当低，其

6、值一般只有0.10-0.11。因此必须采用相应的电容器与感应器并联，以补偿无功功率，提高功率因数。感应电炉的功率愈大，则所需配上的电容器的容量也愈大。第三节感应炉炼钢工艺由于感应电炉炼钢中炉渣温度较低，化学反应能力较弱，故多采用不氧化法炼钢。一般情况下，待炉料全部熔化后，即行脱氧、调整化学成分和出钢。同样是由于炉渣化学反应能力较弱的原因，在炼钢过程中一般不进行脱磷和脱硫。在生产中，酸性炉衬和碱性炉衬都有采用的。本节中将综合地论述碱性感应电炉不氧化法和酸性感应电炉不氧化法的炼钢工艺。一、炉衬材料和筑炉1、酸

7、性感应炉酸性感应电炉的炉衬所用的耐火材料为硅砂。粘结剂一般使用硼酸和水玻璃。硅砂的成分应符合以下要求：SiO2≥99%，杂质含量:Fe2O3≤0.5%，CaO≤0.25%，A12O3≤0.2%，以及极微量的其它氧化物。硼酸应符合以下要求B2O3≥%，粒度小于0.5mm。打结坩埚所使用的材料一般为两种:一种是用于打结增祸的下部(与钢液接触的部分)，另一种是用于打结坩埚的上部（称为炉口部分或炉领部分）。这两种炉衬材料的质量配比如下：炉衬材料:粒度5-6mm硅砂25%；2-3mm硅砂20%；0.5-1mm硅砂3

8、0%；硅石粉25%；外加硼酸1.5%-2.0%。炉领材料:粒度1-2mm硅砂30%；0.2-0.5mm硅砂50%；硅石粉20%；外加水玻璃10%。2、碱性感应炉碱性感应电炉所用的耐火材料为镁砂。镁砂成分的要求:MgO≥87%；SiO2≤4%；CaO≤5%。应特别注意尽量减少氧化铁的含量，因为氧化铁具有一定的导电性。如果打结用的材料中混有氧化铁时，炉衬就有导电性，易发生漏电(电流穿过炉衬)，甚至造成炉衬被击穿的事故。碱性感应电炉