感应炉熔炼的原理及工艺.ppt

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1、材料电磁加工技术ElectromagneticProcessingofMaterials--EPM第三讲感应炉熔炼的基本原理及其工艺技术2各类感应炉，无论是有芯感应炉还是无芯感应炉，也不论工频、中频、还是高频，其基本电路都是由变频电源、电容器、感应线圈和坩埚中的金属炉料所组成(图4-1)。图4-1感应炉的基本电路感应炉工作原理3（1）感应加热原理感应加热的原理是依据下述两则电学的基本定律：一是法拉第电磁感应定律另一条基本定律是焦耳—楞茨定律。该定律又称为电流热效应原理。焦耳——楞茨定律可写成式(4-3)的形

2、式：Q=I2Rt(4-2)式中：Q—焦耳楞茨热，J；I—电流强度，A；R—导体的电阻，Ω；t—导体通电的时同，s；感应炉工作原理(4-1)4当一座无芯感应炉的感应线圈中通有频率为f的交变电流时，则在感应圈所包围的空间和四周产生一个交变磁场，该交变磁场的极性，磁感应强度和交变的频率，随着产生该交变磁场的交变电流而变化。若感应线圈内砌有坩埚并装满金属炉料，则交变磁场的一部分磁力线将穿过金属炉料，磁力线的交变就相当于金属炉料与磁力线之间产生的切割磁力线的相对运动。因此，在金属炉料中将产生感应电动势(E)，其大小可

3、用下式确定：E=4.44Ф·f·n(4-3)式中：Ф—感应线圈中交变磁场的磁通量，Wb；f—交变电流的频率，Hz；n—炉料所形成回路的匝数，通常n=1；感应炉工作原理5由上式可知，若要使炉料中产生较大的感应电势，从理论上可以采用增加磁通量、频率以及匝数的方法，但是，由于感应线圈通电后所产生的磁力线被迫通过空气（指无芯感应炉），而空气有很大的磁阻，所以就使磁通量较小，增加磁通量有困难，而炉料的匝数一般来说总等于l，故为了提高感应电势，多用增加频率的方法。由于金属炉料本身形成一闭合回路t，所以在金属炉料中产生的

4、感应电流（I）为：I=.A(4-4)式中：R一金属炉料的有效电阻，Ω；炉料的加热速率，取决于感应电流、炉料的有效电阻以及通电时间。而感应电流又取决于感应电动势的大小，即穿过炉料的磁通量的大小和交变电流的频率。而感应电流的大小取决于金属炉料料块的大小、炉料的导电性质以及装料的密实程度，不同炉料要求频率不同。感应炉工作原理6（2）电磁搅拌作用当炉料中流过感应电流时，必然会受到电磁力的作用。使金属炉料产生定向运动，即“电磁搅拌”作用，它的作用如下：1）均匀金属液的温度；2）使金属液均质；3）改善了物化反应的动力学

5、条件。感应炉工作原理7感应炉可以分为有芯和无芯两种，有芯感应炉在炼钢中极少应用，这里不作介绍。对于无芯感应炉，通常按照电源频率可以将感应炉分为三种类型:工频炉（频率50或60Hz），直接通过变压器与电网相连，主要用于熔炼铸铁；中频炉（频率150Hz～10000Hz），所用电源为中频发电机组、三倍频器或可控硅静止变频器；高频炉（频率10KHz～300KHz），所用电源为高频电子管振荡器，主要用于小型试验室研究中频感应炉的成套设备包括：电源及电器控制部分、炉体部分、传动装置及水冷系统感应炉工作设备84.1感应炉

6、熔炼的特点序号比较内容电弧炉感应炉1供热方法金属炉料在石墨电极高温电弧直接作用下被加热、熔化、精炼，元素有挥发、氧化损失及增碳金属炉料在感应磁场作用下，产生涡流，靠电阻热实现加热、熔化、精炼（无直接加热），温度易控制，元素挥发、氧化损失很小，合金回收率高2造渣条件高温电弧的钢液热源直接与熔渣接触，熔渣温度与钢液温度相差无几熔渣是靠金属液的热量熔化，渣温比钢液温度低，属于冷渣，其流动性、反应能力均比电弧炉熔渣差3金属液搅拌条件依靠脱碳反应产生CO所形成的熔池搅拌，脱氮能力较感应炉差依靠电磁搅拌作用使钢液温度及

7、成分均匀化，具有好的脱气（N2）能力4冶金功能利用氧化期脱C、P，利用还原期还原渣脱S，原料条件可放宽一般情况下，不具备脱C、P的功能，原料条件苛刻9（1）电磁感应加热。由于加热方式不同，感应炉没有电弧加热所必须的石墨电极，也没有电弧下的局部过热区，从而杜绝了电极增碳的可能。感应炉可以熔炼电弧炉很难熔炼的含碳量极低的钢和合金，为获得气体含量低的产品创造了有利条件。（2）熔池中存在着一定强度的电磁搅拌。电磁感应所导致的金属搅拌促进成分与温度均匀，钢中夹杂合并、长大和上浮。感应炉熔炼过程中合金元素的烧损少，所以

8、预测成分较为准确，有利于成分控制和缩短熔炼时间。（3）熔池的比表面积小。这对减少金属熔池中易氧化元素的损失和减少吸气是有利的，所以感应炉为熔炼高合金钢和合金，特别是含钛、铝或硼等元素的品种，创造了较为良好的条件。但是容易形成流动性差，反应力低，不利于渣钢界面冶金反应的进行的“冷渣”。为此，感应炉熔炼对原材料的要求较为严格。4.1感应炉熔炼的特点10（4）输入功率调节方便。感应炉熔炼过程中，可方便地调节输入功率。因