真空感应炉精讲.ppt

NdFeB合金熔炼速凝炉 热损失计算—坩埚口热辐射 坩埚口向外热辐射损失： σH —相互辐射系数，Φ—角系数 C1，C2—物料、真空室辐射系数； C0—绝对黑体辐射系数，C0=5.7W/（m2.k4） ε—物体黑体. 角系数Φ的取值 Φ与坩埚中液面至坩埚口高度、坩埚直径有关， 取值范围0.31-0.91。 热损失计算—坩埚向外侧热传导 高温炉料-坩埚壁-绝热层-感应器（冷却水带走） h2—金属液高度 Tb—绝热层外表温度，（200-300）+273（K） λg、λa—坩埚材料、绝热层材料导热系数 d2、 D2—坩埚内、外径，d1—绝热材料外径 热损失计算—坩埚向底部热传导 高温炉料-坩埚底-绝热层 Ag、Aa—坩埚底、绝热层面积 Δg、Δa—坩埚底、绝热层厚度 2.4.5 大型真空感应熔炼炉 熔炼母合金：1-10吨 熔炼电极：30吨 母合金熔炼系统 （移动式炉盖） 母合金熔炼系统 （斜对角炉门结构） 炉内结构 悬浮熔炼炉结构 电磁全悬浮熔炼实验图片 电磁全悬浮熔炼实验图片 电磁全悬浮熔炼—悬浮物放置 电磁全悬浮熔炼—悬浮物放置 电磁全悬浮熔炼—悬浮初始态 电磁全悬浮熔炼—悬浮熔化态 电磁全悬浮熔炼—熔化过程 电磁全悬浮熔炼—熔融状态 电磁全悬浮熔炼—熔融状态 电磁全悬浮熔炼—失去悬浮力 电磁全悬浮熔炼—冷凝 2.4.6 电磁悬浮熔炼技术 冷坩埚半悬浮熔炼 电磁线圈全悬浮熔炼 * * 冷坩埚半悬浮熔炼 冷坩埚半悬浮熔炼 2 * * 冷坩埚半悬浮熔炼 3 * * 3.2电磁线圈全悬浮熔炼 利用高频电磁线圈产生交变电磁场； 处在交变电磁场中的导电体产生感生电流； 并与电磁场产生相互作用力； 精心设计的电磁悬浮线圈可以达到要求的悬浮力； 且稳定性较好。 * * 线圈式悬浮熔炼炉原理示意 电磁全悬浮熔炼的优点 1) 试件在加热、熔化和凝固阶段都不接触熔炉器壁，杜绝了坩埚对熔炼材料的污染； 2) 熔化的试件能够在人为的控制下逐渐地流出或整滴的滴出。并可容易地使悬浮的熔液凝固，然后以固体形态落下，获取需要的特殊材料； 在真空条件下进行，可以对材料进行充分除气、除出杂质，获得纯净材料。 1-母线排 2-进水装置 3-同轴电极 4-真空室 5-真空规管 6-电磁放气阀 7-感应线圈 8-放料机构 * * 电磁全悬浮熔炼线圈结构 * * 电磁全悬浮熔炼—悬浮、加热 * * 电磁全悬浮熔炼—熔化、浇铸 * * 感应熔炼电气参数计算 * * 电流频率的确定 电流频率是感应器最重要的参数之一，将影响到： 透入深度，功率因数，电动力，电效率等。 频率的选择要考虑的因素： 设备运行的经济性（电效率） 设备投资成本 频率越高，电效率越高，电源越贵 * * 电效率与频率的关系 ρ2—炉料的电阻率(Ω.cm)； d2—炉料的平均直径(cm)。 * * 感应熔炼量与电气参数 炉子容量增加，电流频率下降，可以增加透入深度，有利于熔料的加热和熔炼；电压增高，有利于减少热损耗。 * * 感应器线圈参数计算 电气参数包括：感应器电流、端电压、匝数、电效率、补偿电容、感应器铜管横截面积等。 计算原理： 变压器法：当频率较高或直径较大时，集肤效应明显，可认为电流在透入深度内均匀分布，把感应器和被加热金属系统看作是一个次级短接的单匝空心变压器。 * * 空心变压器 * * 变压器法计算中的等效电路 单匝感应器—炉料系统的等效电路： 等效原则：等效电路前后的输入电流，端电压，功率不变，即 。 * * 等效电路的电阻和感抗 Xm—互感抗 X1、X2—原、副线圈的感抗 * * 计算中的三点假设 (1)炉料中感生电流集中于透入深度之中，且分布均匀。 因此，炉料为Δ2厚的空心圆柱，可看成短接单匝线圈； (2)炉料R2炉料感抗X2 因而，可以将炉料看成电感回路； (3)熔化过程中的绝大部分时间里，温度在居里点之上，即μr=1 * * 感应器设计计算内容与步骤1 1)炉料、感应器有效电阻R1、R2的计算 2)炉料、感应器感抗的计算 3)炉料—感应器系统互感抗的计算 4)炉料—感应器系统阻抗的计算 5)炉子电效率和自然功率因数 6)电源供给感应器有功功率及单匝感应器电流与电压的计算 设计计算内容与步骤2 7）感应器总匝数的计算 8）输入感应器电流的计算 9）感应器尺寸的计算 10）感应器—炉料系统实际阻抗的计算 11）补偿电容的计算 1２）感应器截面电流密度的校验 13）感应器的水冷计算 * * 1)感应器、炉料有效电阻R1、R2 (1