电磁冶金原理与工艺概述及感应熔炼ppt课件

2020 4 23 1 主要内容 1 概述2 电磁感应熔炼原理及应用3 电磁搅拌原理及应用4 电磁场在冶金及材料领域的其他应用5 电磁冶金研究方法 2020 4 23 2 1 概述 1 1电磁冶金发展概况1 2电磁冶金技术分类1 3电磁冶金技术应用及发展前景 2020 4 23 3 1 1电磁冶金发展概况 电磁冶金学 以电磁热流体力学为基础 研究冶金与材料制备过程电磁场应用的工程科学 是电磁学 热力学 流体力学相互交叉的学科 电磁冶金技术 以电磁热流体力学为指导 采用电磁场对金属材料进行制取 凝固 成型及处理的新型工程技术 2020 4 23 4 发展概况 1819年丹麦奥斯特 电流的磁效应1831年法国法拉第 电磁感应现象1833年德国楞茨 楞茨定律十九世纪末感应熔炼雏形出现二十世纪四十年代开始电磁冶金应用研究 英国 1982年第一届磁流体力学在冶金中应用大会 英国 1985年确定了材料电磁工艺名称 Electromagneticprocessingofmaterials简称EPM 2020 4 23 5 2020 4 23 6 2020 4 23 7 1 2电磁冶金技术分类 2020 4 23 8 电磁功能与冶金材料工艺过程的对应关系 2020 4 23 9 2020 4 23 10 按所施加磁场分类 2020 4 23 11 1 3电磁冶金技术应用及发展前景 1 3 1已成熟应用技术 2020 4 23 12 1 3 2正在开发的技术 1 电磁软接触连铸 2 金属熔体的电磁净化 3 凝固组织电磁控制 4 薄带坯连铸电磁侧封 2020 4 23 13 2 感应熔炼原理与应用 2 1感应加热概述2 2感应熔炼基本原理2 3中频感应炉设备与工艺2 4真空感应炉设备与工艺 2020 4 23 14 2 1感应加热概述 1890年瑞典发明了第一台感应熔炼炉20世纪初应用于工业领域20世纪60年代大量应用 2020 4 23 15 优点 非接触式加热加热效率高容易控制温度可实现局部加热可实现自动化控制可减小占地热辐射 噪声和灰尘应用广泛操作灵活工艺适应性强 应用 金属熔炼铸造金属压力加工金属焊接金属热处理 2020 4 23 16 感应熔炼 2020 4 23 17 2 2 1电磁感应现象 2 2感应熔炼基本原理 2020 4 23 18 2 2感应熔炼基本原理 2 2 2法拉第电磁感应定律 2020 4 23 19 2020 4 23 20 2 2 3楞茨定律 闭合回路中感应电流的方向 总是使它产生的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2020 4 23 21 对于多匝线圈 2020 4 23 22 2 2 4感应熔炼热量的产生 交变电流产生交变磁场交变磁场产生感生电流 2020 4 23 23 热量的产生 焦耳 楞茨定律当回路电阻为R时 电流I 2020 4 23 24 2 2 5感生电流特征 涡流 涡流 当块状导体处于变化磁场中时 导体内产生电流且自行闭合 称为涡流 三种效应 1 集肤效应 2 邻近效应 3 圆环效应 2020 4 23 25 1 集肤效应 2020 4 23 26 透入深度 2020 4 23 27 炉料表面得到的单位有功功率 2020 4 23 28 不同材料在不同频率的透入深度 2020 4 23 29 电流透入深度的实际意义 电流透入深度影响熔炼效率 2020 4 23 30 炉料尺寸应为电流透入深度的3 6倍 2020 4 23 31 频率与炉容 2020 4 23 32 2 邻近效应 两根通有交流电的导体靠近时 两导体中的电流重新分布 2020 4 23 33 3 圆环效应 当交流电通过环形线圈时 最大电流密度出现在线圈内侧 2020 4 23 34 2 2 6电磁力的作用 1 驼峰 的形成 2020 4 23 35 2 驼峰 的作用均匀温度均匀成份促进反应进行 2020 4 23 36 3 驼峰 的危害冲刷炉衬二次氧化炉衬增厚 2020 4 23 37 2 3中频感应炉设备及工艺2 3 1感应熔炼分类 按使用频率分 工频感应炉 使用工业频率 50Hz 电源中频感应炉 使用频率为150 10000Hz电源 常用频率150 2500Hz 高频感应炉 10kHz 75kHz 按是否抽真空 非真空感应炉真空感应炉按是否有铁芯 有芯感应炉无芯感应炉 2020 4 23 38 2 3 2中频感应炉设备 1 中频电源及供电控制 2 中频感应炉炉体 3 配套设施 2020 4 23 39 1 中频电源及供电控制 性能稳定操作方便自动化程度高体积小维护方便保证设备安全 2020 4 23 40 一拖二电源 2020 4 23 41 2 中频感应炉炉体 框架炉壳炉盖炉衬倾动机构感应圈磁轭 2020 4 23 42 框架与炉壳 结构稳固 钢和铝切断磁路 不能形成回路减轻重量 倾动方便重心合理 安全便于观察 安全 2020 4 23 43 倾动机构 形式 液压式 机械式技术要求 平稳 操作灵活 2020 4 23 44 感应圈 电阻小绝缘性能好通水冷却设计合理拆装方便 2020 4 23 45 材料 无氧铜 99 99 绝缘 耐高温高压绝缘涂层感应圈直径感应圈高度铜管形状 矩形或圆形 2020 4 23 46 磁轭 2020 4 23 47 作用 减少漏磁 提高效率 防止炉壳发热 支撑感应圈材质 硅钢片安装 覆盖感应圈面积60 2020 4 23 48 3 附属设施 水冷电缆 重量轻 电流密度大 温升少 损耗低 安装方便 2020 4 23 49 循环水系统 设置软水或纯水系统 双路供水 应急供水系统 保证水压与流量 出水温度小于50 C 设置水压 水温和流量保护 2020 4 23 50 排烟除尘系统 大型感应炉配置侧排烟罩 中小型感应炉设置车间排烟系统 2020 4 23 51 4 炉衬耐火材料 碱性炉衬碱性法冶炼钢及合金 氧化镁 氧化钙 氧化锆酸性炉衬酸性法冶炼铸铁 石英砂中性炉衬 高合金钢及有色金属 刚玉 石墨 2020 4 23 52 炉衬 炉内打结 镁砂打结 石英砂打结炉外预制 耐火材料预制 石墨 2020 4 23 53 炉衬的质量要求 耐火度与工作温度 2020 4 23 54 物化稳定性 抗熔渣侵蚀 抗钢水侵蚀耐急冷急热高温强度高绝缘性能好导热性差无污染成本低 2020 4 23 55 感应炉用主要耐火材料 2020 4 23 56 炉衬的成型 预制坩埚 人工打结 机械打结 2020 4 23 57 耐火材料的配比 2020 4 23 58 使用中的炉衬结构 2020 4 23 59 炉衬的烘烤与烧结 2020 4 23 60 2 3 3感应炉熔炼工艺 1 感应熔炼基本特点 2020 4 23 61 优点 品种多 冶炼灵活 工艺配套方便 缺点 原料要求高 脱磷脱硫困难 脱碳困难 2020 4 23 62 2 冶炼的主要品种及应用 铸钢 铸造 机械加工行业铸铁 铸造 机械加工行业精密合金 航空 电子高温合金 航空 电子有色金属 有色冶金科学研究 2020 4 23 63 原料种类钢铁料 纯铁 返回料等纯金属 Ni板 金属Cr 金属Mn等铁合金 Cr Fe Ti Fe W Fe等造渣材料 石灰 萤石 镁砂等脱氧剂 Al块 Si Fe Mn Fe等脱磷剂 氧化铁皮 矿石等脱硫剂 CaC2 CaO等 3 感应炉冶炼主要原料 2020 4 23 64 原料要求 化学成分准确 不易调整无脱碳手段硫磷含量低 无高效脱硫脱磷手段清洁无污染 缺乏高效精炼手段适当的尺寸 提高熔化效率干燥 避免吸氢与发生危险无密闭容器 避免发生危险 2020 4 23 65 4 感应熔炼的主要任务 四脱 C P S O 二去 气 夹 升温 合金化脱C C 硬度 强度 脆性 脱S P 有害元素 S热脆 P冷脆脱O 钢中氧含量过多变脆去气 夹杂 气 H N 非金属夹杂 氧 硫 氮 硫 磷化合物 升温 合金化完成任务措施 供氧 造渣 升温 加脱氧剂 加合金料 2020 4 23 66 脱碳与增碳 使用低碳原材料纯铁 Ni板 金属Cr等 利用碳氧反应矿石 氧化铁皮等 无有效手段一般无法实施吹氧等手段 主要靠烧损高碳钢时考虑烧损 增碳靠高碳铁合金和石墨 2020 4 23 67 脱磷 脱磷反应2 P 5 FeO 4 CaO 4CaO P2O5 5 Fe Q脱P有利条件 a 提高炉渣碱度 CaO b 提高炉渣氧化性 FeO c 较低熔池温度 脱磷为放热反应d 加大渣量 降低渣中 P2O5 浓度 脱P地点 炉渣 金属界面 2020 4 23 68 脱硫 脱硫反应 FeS CaO CaS FeO Q脱硫有利条件 a 提高碱度 但需保证炉渣具有良好的流动性b 高温 脱硫为吸热反应c 低 FeO 平衡向右进行d 大渣量 大渣量或多次放渣造新渣 稀释 CaS 浓度脱硫地点 炉渣 金属界面 2020 4 23 69 脱氧 与氧亲和力顺序Ca Ba Zr Al Ti Si V Cr Mn Fe Co Sn Ni Cu 2020 4 23 70 方法 沉淀脱氧 扩散脱氧 真空脱氧 沉淀脱氧 直接向钢液中加入与氧亲和力比铁亲和力大的元素 脱氧剂 使它夺取溶解于钢中的氧 生成不溶于钢液的氧化物 上浮进入炉渣 从而降低钢中的含氧量 又叫直接脱氧 x Me y O MexOy 特点 操作简便 脱氧速度快 时间短缺点 钢中含有脱氧产物 形成非金属夹杂物 影响质量 方式 将铁合金或纯金属直接加入盛钢桶内或在炉内预脱氧脱氧剂 硅铁 锰铁 铝及硅钙等复合脱氧剂 2020 4 23 71 2 扩散脱氧根据 氧在金属液和炉渣间的分配定率操作 将脱氧剂均匀铺撒在渣面优点 钢液较纯净缺点 操作复杂 脱氧速度慢 时间长 2020 4 23 72 去气 H N 通常无有效去除手段 避免吸入 原料及工具要干燥 利用碳氧反应 降低熔炼温度 及时熔渣覆盖 吹气 2020 4 23 73 去非金属夹杂物 原料清洁 硫 磷 氧含量低 熔化过程中减少氧化 采用合理有效的脱氧制度 调整熔渣成分利于吸收夹杂物 夹杂物变性处理利于夹杂物脱除 浇铸过程中的夹杂物控制 2020 4 23 74 冶炼前准备 确定冶炼方法 选择原料 钢铁料 合金料 脱氧剂 渣料等 配料计算 原料准备 浇铸系统的准备 5 冶炼过程 2020 4 23 75 补炉 出钢后对坩埚进行清理 补渣线 补出钢槽 快补 薄补 2020 4 23 76 装料 铺底渣 提前化渣脱磷 预装Si Fe等以减少元素氧化烧损装金属料 下紧上松 底部优先装入低熔点原料 中部高温区加高熔点合金料 大尺寸先加 碎料填空隙及开始熔化后加入 易氧化炉料根据实际情况加入 2020 4 23 77 冶炼过程 熔化期 快速熔化 补加渣料 低温脱磷 减少元素烧损 熔清取样 换渣 2020 4 23 78 精炼期 调整炉渣成分 高温脱硫 沉淀脱氧和扩散脱氧 加合金调整成分 终脱氧 取终点样 测温 出钢 2020 4 23 79 出钢温度 2020 4 23 80 出钢与浇铸 控制出钢温度 快速出钢 钢渣混出 浇注前镇静 2020 4 23 81 Cr5MoV钢冶炼实例 2020 4 23 82 1Cr18Ni9不锈钢冶炼实例 2020 4 23 83 冶炼注意事项 熔化过程中补加渣料 金属料全熔清后扒渣 造渣精炼和换渣 脱氧良好的判断 补加合金的顺序 为防止浇铸二次氧化应适当