50kg卧式真空感应炉的研制

摘 要：真空感应炉作为获取高精密合金、高性能特殊材料的一种通用型冶金设备已得到了迅速发展与普及。本文介绍了50kg真空感应炉的结构、特点及其工作原理。

关键词：真空感应炉；坩埚；炉壳

1 概述

50公斤真空感应炉是在真空条件下利用中频感应加热的作用融化金俚淖远化设备。由于它能较严格控制熔炼温度和化学成份，并且有电磁搅拌和具有高真空下去气的效果，因此宜于高纯度钢、耐热钢等新型材料与各种重要合金，特别适用于熔炼某些易氧化的元素（如钛等）。此种电炉可以在熔炼过程中加入合金元素及进行测温、取样、浇铸。并可在各种保护气体下进行熔炼。

2 设备的主要技术参数及构成

2.1 设备的主要技术参数

（1）最大熔化重量：50kg（镍钼）；（2）设备总功率：140kW；（3）电源电压：380V（三相）；（4）电源频率：50Hz；（5）中频电源类型：KGPS；（6）额定功率（中频输出）：100kW；（7）额定电压（中频输出）：375V（最大）；（8）额定频率：2500kHz（最大）；（9）额定温度：1700°C；（10）融化率（1600°C时）：200公斤/小时；（11）极限真空：6.6×10-3；（12）工作真空度：6.6×10-1；（13）压升率：0.13帕/分；（14）炉室有效抽速：3000升/秒；（15）抽空时间：由大气压力下至工作真空度时间？芨5分钟（空炉）；（16）耗水量：4.5m3/h，设备上水温度：≤35℃；设备出水温度：≤55℃；（17）融化时间：25分钟；（18）测温方式：热电偶测温；（19）坩埚材质：石墨坩埚、氧化镁坩埚；（20）设备总重：5.5吨。

2.2 设备的构成

该设备如下图由主要以下几部分构成：（1）真空系统；（2）液压翻转系统；（3）炉室；（4）倒料杆系统；（5）观察摄像系统；（6）分料仓系统；（7）坩埚及感应线圈系统；（8）操作平台。

3 设备主要部分工作过程和结构特点

3.1 炉体

卧式炉体（可动部分）：炉体内径为1300毫米，双层壁当中通水冷却内壁用不锈钢板外层用普通钢板制作，不锈钢制作真空炉室内壁经过抛光，能方便铲除熔炼中金属的飞溅物，炉体底部装有滑轮，可沿轨道用手轻轻拉开或关闭。

炉体上方后部设观察窗2个，已观察熔炼情况，炉体的侧面另设观察窗1个，专为观察浇铸时用，观察窗内装有耐热玻璃和挡板，挡板可以挡住辐射热和防止金属喷溅物附着在玻璃上，另外还有黄铜线刷，装在一根可以旋转的轴上，用来擦净玻璃表面的污垢炉体上部设搅拌装置，便于熔炼时在不破坏真空情况下捣落坩埚上部不易融化的炉料对准坩埚的上方在炉体上设取样装置1处，用于浇铸前取出样品，取样在真空状态下。

炉体侧面设有回转式测温装置1处，在熔炼过程中可进行操作，测量炉料的温度。

3.2 炉盖

炉盖也是双层壁，外层普通钢板内层不锈钢板。路盖上设置真空接管，加料接管，保温帽进电接管，供转轴密封用的轴套一处，真空炉室内各部分金属件均采用不锈钢或紫铜材料炉盖侧面设置工作台1个，工作台上有安全护栏，以便与加料器加料及捣料、取样工作。炉盖内设屏板，以防止热辐射和防止金属喷溅物进入真空泵内。

3.3 加料、测温、取样机构

50kg电炉有半连续加料、测温、取样机构，炉盖上部有一个￠200 毫米直径手动或气动插板阀（半连续电炉为气动），当需要加料、测温、取样时，可先将加料室等用辅助真空管道抽到与炉内压力相同时，开启￠200阀，然后可以分别加料、测温、取样，完成后可关闭￠200阀（￠200阀是一种耐热型阀门）使用温度可达400℃，50kg加料室容积为7升。

3.4 感应线圈

感应线圈是用紫铜管压成的圆管绕制，线圈内径为￠270毫米，高度为350毫米，匝与匝间有5-10毫米的间隙，通过它们的绝缘板来固定位置，感应线圈和进出电极间的连接是用法兰连接的，拆卸方便，既能保证良好的导电，又能保证可靠的真空密封。在线圈的底部焊有四块支撑板，是用来支托坩埚的。从试验结果来看，最大的线圈电压是250伏左右，在特殊情况下，还要低些，以免引起真空放电，尤其在熔融金属有快速的气化倾向时，更容易发生放电现象。

3.5 转动电极与倾炉机构

转轴为同轴供电方式。水冷装配结构，为用户免去了以往环氧树脂浇铸电极不能自己维护之苦，可以自行拆卸。内电极的尺寸增加到￠45mm，电效率大大的提高。浇铸倾炉有液压与机械倾炉两种结构可供选择。

3.6 坩埚

当坩埚用在真空中熔化金属时，如要避免熔化金属和坩埚之间的反应，适当的选择制造坩埚的材料和坩埚的制造工艺是非常重要的。因为选择制造坩埚材料，在很大程度上决定于熔化金属的性质，所以我们不能提供标准适用的坩埚，用户可以根据金属的性质自己选择制订制造坩埚的工艺。

3.7 锭模

锭模的材质和尺寸，一般都是根据不同的使用要求来确定的，因此成套设备出厂时，一律不带锭模，但考虑到用户在生产时使用，一般可为用户另行设计制造。锭模应放在感应线圈的前面，高底及前后左右位置一定要合适，使得浇铸的钢水正好流入锭模中心为宜。如果锭模需要通水进行快速冷却请提前说明，我们将会在炉体上设计进出水口。将炉体侧面的两个备用孔打开，接上水管接头，将锭模冷却水接好。在接真空室内水管时一定要牢固可靠，不应有渗漏，否则会影响炉内真空，同时要做好防止金属外漏烫坏水管的防护措施。

3.8 真空机组

真空系统：Z-400油扩泵一台+ZJ-300罗茨泵一台+2X-70机械泵一台。真空系统均由气动阀门来控制，阀门由￠400气动挡板阀一台，￠100气动挡板阀二台，￠40辅助真空阀。真空系统的操作是通过程序控制器来实现控制，既可以手动又可以自动操作，阀门寿命长。真空系统用户可以适当选择，以满足高真空的需要。

3.9 测温装置

在炉盖上部有一个测温装置。当需要测温时，可以装上热电偶和热电偶保护管（一般用金属陶瓷）。进行测温时，只须转动手柄，让热电偶坩埚金属液内。有一个齿条操作机构，以便使热电偶在液面停止，从数字表可读出温度数值，也可以使用光学测温或远红外辐射温度计通过视察窗测量温度。

4 结束语

该设备经过安装调试后，各项性能指标均达到设计要求，各部分使用情况良好，设备生产过程中无污染，安全环保，得到用户好评。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]达道安.真空设计手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

[3]马开道.稀有金属真空熔铸技术及其设备设计[M].北京：冶金工业出版社，2011.