1 用途

50kg 真空感應電爐是在真空條件下利用中頻感應加熱原理進行熔化金屬的現(xiàn)代化設備。由于它能嚴格控制熔煉溫度和合金成份，并具有電磁攪拌和強大的高真空脫氣能力，因此廣泛用于冶金廠和有關科學研究部門作為鎳基、鐵基及其它高級精密合金或高純度金屬在真空條件下或充保護氣氛情況下進行的熔煉和澆鑄。

如果選用石墨坩堝或者用石墨摻耐火粘土的坩鍋，便可以通過間接的加熱方法熔化低電阻的金屬及其合金，例如：金、銀、銅、鋁、青銅等。

例如：ZG－0.05L 表示：50kg 真空感應熔煉爐，立式結構。

型號說明：

2 主要參數(shù)

名 稱 單 位 ZG－0.05L

設備總功率 kW 130

電源電壓 V 380（三相）

電源頻率 Hz 50

額定容量 t 0.05

額定功率（中頻輸出） kW 100

額定電壓（中頻輸出） V 375

額定頻率 kHz 2500

額定溫度 ℃ 1700

真空度 Pa 6.66×10-3

工作真空度（工業(yè)純鐵） Pa 6.6x10-2

壓升率 Pa/min 0.06

電 耗 kWh/t 1250

耗 水 量 m3/h 7.5

總 重 4.6

3 工作原理

50kg 真空感應電爐是利用中頻感應加熱的新型真空熔煉設備，爐體內部設有一只螺旋型管式線圈，當線圈通以中頻電流時，則產(chǎn)生交變磁場，金屬爐料在磁場作用下感應出電勢，產(chǎn)生環(huán)形電流，這種電流在本身的磁場作用下，集中在金屬爐料的外層（即所謂的趨膚效應），使外層金屬爐料具有很高的電流密度，從而產(chǎn)生集中而強大的熱效應把金屬爐料加熱或熔化。

4 結構性能和優(yōu)點

4.1 優(yōu)點

50kg 真空感應電爐具有下列優(yōu)點：

4.1.1 采用立式爐體、裝料方便，爐蓋是三圓弧形的，容易清掃，由于設有止口密封圈，不易遭受破損和受熱的影響。

4.1.2 不論坩堝如何傾斜，電極和感應線圈之間的連接都不會中斷，因此能借傾轉坩堝來熔化架橋料而不用搗棒，并能帶電進行澆鑄，以保持澆鑄時所需的溫度。

4.1.3 設有放檢閥（進氣閥），可以通入惰性氣體或化學氣體，對熔化的金屬進行保護，以免氧化。

4.1.4 由于感應加熱具有自攪拌性能，使熔化合金均勻而不產(chǎn)生偏析，而且還能加快脫氣速度，使熔煉的合金均勻，氣體含量少。

4.1.5 效率高、升溫快，在用氧化鎂、氧化鋁坩堝條件下，全部熔化鋼的時間約20－30分鐘（熔化時間一般與冶煉工藝條件有關）。

4.1.6 準確性高：

控制熔化的時間、溫度、成分很準確，使其工作具有高度的準確性。

4.1.7 適用范圍廣：

對鐵基、鎳基及有色金屬都能達到冶煉的要求。

4.1.8 使用方便，勞動條件好，備有成套的電源、爐體及附件等，可以隨時進行熔煉。熔化有毒性的金屬時，可以通過真空機組，把毒氣排除到室外，進行無公害處理。

4.1.9 真空機組抽氣時間短：從大氣到 6.6×10-1 帕范圍內，具有較大的抽氣能力并能保持一個穩(wěn)定的極限真空。

4.1.10 安全可靠：

如中頻電源過載、感應線圈、中頻電纜、擴散泵、電容器、可控硅電源等斷水，都有保護裝置（通過水壓或水溫來保護報警）。

綜合上述情況，50 公斤真空感應電爐，無論在使用上，生產(chǎn)效率上以及技術上都滿足一般常規(guī)的真空熔煉要求。

4.2 結構特征：

4.2.1 爐體（即熔室）：

50kg 真空感應電爐的熔室是一只雙層壁的立式容器，內徑為 100(120)厘米，圓柱體的高度為 90 厘米，真空熔室的實際有效高度為 98 厘米。爐蓋也是雙層壁的，雙層壁之間通入冷卻水，爐蓋由液壓油缸提升，開啟爐蓋很輕便，并能保持在一個適當?shù)拈_啟位置上，并有鎖緊裝置，可以保證爐蓋緊密的貼封在真空橡膠墊上，保證初始密封所需的壓力。

真空熔室的內壁，都經(jīng)過仔細的拋光，表面光滑，因此只要用簡單的機械清潔方法，即可以除去在熔室內因熔煉過程中氣化而產(chǎn)生的金屬揮發(fā)物和臟物。這樣既有利于縮短抽氣時間，又可獲得一個良好的真空極限。在真空熔室的后部是排氣孔，在左側是轉軸電極。

電極在傾轉坩堝澆鑄時，仍能進行通電。排氣口有百葉窗?？梢苑乐菇饘贊B入高真空泵內，一般說來這個措施是足夠的，因為金屬蒸氣是在真空中直接擴散，然后附著在真空的冷壁上。

在真空室的側面有進出導管接頭，可以接水路、電路作為鑄錠模加熱和冷卻之用（鑄模加熱和冷卻裝置由用戶自備）。鑄模的加熱和冷卻用戶可委托我方設計加工。

4.2.2 爐蓋：

爐蓋上裝有二個視察孔，雙層石英隔熱玻璃，能觀察到爐內的各個有效位置，同時可供二個人觀察冶煉情況。爐蓋的開啟是由一個油缸來提升的，可以輕便的開啟、關閉。爐蓋上有充氣和放氣閥門及壓力表。

4.2.3 加料、測溫、取樣機構：

50kg 電爐有手動合金加料、測溫機構。合金加料內分五個小格,轉動手輪將料加入撮子內,搖動撮子升降機構將料加入到坩堝內,然后搖動手柄將撮子復位。

4.2.4 感應線圈：

感應線圈是一種扁圓形紫銅管制成的，匝與匝間有 5－10 毫米的間隙，通過他們外圍的絕緣板來固定位置，感應線圈和進出電極間的連接是用兩個法蘭來連接的，拆卸方便，既能保證良好的導電，又能保證可靠的真空密封。線圈內放有一個坩堝（坩堝用戶自備），線圈與坩堝之間要有 40－60mm 厚的保溫層，以免線圈碰著導電性坩堝造成短路，另外也防止線圈直接受坩堝的熱幅射，在線圈的底部焊有四塊支撐板，是用來支托坩堝的。

就線圈的匝數(shù)而言，不是一成不變的。根據(jù)不同的工作條件，可以有幾種設計，我們現(xiàn)在配套的一種線圈，適用性是廣泛的。從試驗結果來看，大的線圈電壓是 250 伏左右，在特殊情況下，還要低些。以免引起真空放電，尤其在熔融金屬有快速的氣化傾向時，更容易發(fā)生放電現(xiàn)象。

4.2.5 轉動電極與傾爐機構：

轉軸為同軸供電方式，水冷裝配結構，為用戶免去了以往環(huán)氧樹脂澆鑄電極不能自己維護之苦，可以自行拆卸。內電極的尺寸增加到￠45mm，電效率大大的提高。澆鑄傾爐有液壓與機械傾爐二種結構由用戶自己選擇。液壓傾爐是由我們研究所自己開發(fā)的液壓閥控制（雙向比例閥門）。

4.2.6 坩堝：

當坩堝用在真空中熔化金屬時，如要避免熔化金屬和坩堝之間的反應，適當?shù)倪x擇制造坩堝的材料和坩堝的制造工藝是非常重要的。因為選擇制造坩堝材料，在很大程度上決定于熔化金屬的性質，所以我們不能提供標準適用的坩堝，用戶可以根據(jù)金屬的性質自己選擇制訂制造坩堝的工藝，但坩堝的尺寸應符合設計圖紙的要求，請參閱圖 1。

4.2.7 錠模：

錠模的材質和尺寸，一般都是根據(jù)不同的使用要求來確定的，因此成套設備出廠時，一律不帶錠模，但考慮到用戶在生產(chǎn)時使用，一般可按圖 2 錠模尺寸制造，做為洗爐錠或鍛造錠用。

錠模應放在感應線圈的前面，高底及前后左右位置一定要合適，使得澆鑄的鋼水正好流入錠模中心為宜。如果錠模需要通水進行快速冷卻，請將爐體側面的兩個備用孔打開，接上水管接頭，將錠模冷卻水接好。在接真空室內水管時一定要牢固可靠，不應有滲漏，否則會影響爐內真空，同時要做好防止金屬外漏燙壞水管的防護措施。

4.2.8 真空機組：

為了能在整個熔煉過程中，有良好的工作真空度，50kg 機組配置為 KT-400 擴散泵RTO300.F 羅茨泵一臺、2X－70 機械泵一臺。

真空系統(tǒng)由氣動蝶閥來控制真空系統(tǒng)的開關,閥門壽命長。

4.2.9 真空測量：

本系統(tǒng)采用用熱偶電離兩用復合真空計，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，真空機組上還裝有真空壓力表，表壓用以觀察爐內粗真空度或保護氣體的壓強。

4.2.10 在爐蓋上有二個視察窗，可以視察熔室內的熔煉情況。

4.2.11 測溫裝置：

在爐蓋上部有一個測溫裝置。當需要測溫時，可以裝上熱電偶和熱電偶保護管（一般用金屬陶瓷）。進行測溫時，只須轉動手柄，讓熱電偶插進坩堝金屬液內。有一個齒條操作機構，以便使熱電偶在液面停止，從數(shù)字表可讀出溫度數(shù)值（也可以使用光學測溫或遠紅外輻射溫度計通過視察窗測量溫度）。

4.2.12 進電系統(tǒng)：

進電系統(tǒng)由￠0.08mm 單股線組成的 50 平方毫米截面導線共 23 根組成。做為連接母線與轉軸之間的連線，比原來單用水冷電纜的導線提高 5％以上的效率。線路壓降不大于2V。這樣既提高了效率，又使轉動靈活、可靠。該進電系統(tǒng)與轉軸結構，是目前國內好的節(jié)能型的構造。

5 安裝

5.1 50kg真空感應電爐成套設備分為如下幾部分：

5.1.1 電爐本體及備件；

5.1.2 真空系統(tǒng)；

5.1.3 水冷系統(tǒng)；

5.1.4 可控硅電源系統(tǒng)；

5.1.5 液壓系統(tǒng)；

5.1.6 氣路系統(tǒng)。

在設備出廠前爐子帶有真空，運輸過程中一般不破壞爐子的真空為好。如果暫不能安裝，應將爐體及成套設備保存在相應濕度不大于 85％，溫度不低于＋5℃，沒有腐蝕性氣體和通風良好的房間內，封存有效期間為 6 個月，爐體內部不得破壞真空。

當爐體和成套設備檢修或停止運轉時，務必將所有管路（包括控制柜、電容器、變頻設備）內的冷卻循環(huán)水全部放出，用 0.5MPa 壓縮空氣吹凈并做好封口。以免有雜物進入水路，造成堵塞。

真空電爐安裝工作，必須在廠房建設工程完成后才能開始進行。布置可參考安裝平面圖。由于真空冶煉對環(huán)境要求干凈一些,在選址時請注意。

6 試車與運行

6.1 試車前的檢查

6.1.1 可控硅中頻電源檢查，詳見中頻電源說明書。

6.1.2 真空機組接通 2X－70 旋片真空泵的電源后，檢查泵的旋轉方向，是否符合泵罩上的箭頭指示方向，如旋轉方向相反時，可以調換三相電源相序。同樣方法檢查羅茨泵。

6.1.3 水冷系統(tǒng)：

打開主水閥和各個分水閥，水流顯示各支路水流是否暢通，冷卻水管道須按水冷系統(tǒng)圖連接。

6.2 運行

6.2.1 操作前的檢查工作：

6.2.1.1 檢查熔室里邊的衛(wèi)生和潮濕情況，構件有無破損，能否阻礙工作，如發(fā)現(xiàn)有問題時，處理解決；

6.2.1.2 檢查整個水冷系統(tǒng)，水壓應符合 0.15－0.3MPa 的壓力規(guī)定，總流量不小于2.5立方米/時。特別注意感應線圈的水流情況；

6.2.1.3 檢查配電部分是否完整良好，有無短路、斷路情況；

6.2.1.4 檢查感應線圈匝間距離，有無短接，有無金屬雜物落入；

6.2.1.5 檢查電源電壓是否穩(wěn)定，如電網(wǎng)電壓變動超過±1５％，即不應開爐，以免損壞。

6.3 操作前的準備工作：

6.3.1 準備好坩堝，如采用打結坩堝請按打結坩堝工藝打結，并按燒結工藝燒結。

6.3.2 預熱錠模，將錠模在烘箱內或箱式電爐內加熱，去除潮氣；

6.3.3 準備好熔煉用工具（使用金屬制成的工具時，必須提前干燥）。

6.4 操作順序：

6.4.1 裝料前，必須對整個爐內進行檢查，例如：線圈坩堝、錠模的干燥情況、清潔情況等，一切正常后即可裝料；

6.4.2 檢查真空容器封閉情況，在各部封閉良好后，合上容器蓋，檢查旋片泵油標，看油量是否符合要求，打開 150 氣動蝶閥，啟動旋片真空泵進行抽真空。

6.4.3 待抽至所需工作真空，可開始對感應線圈進行送電；

6.4.4 打開設備的各冷卻水閥門；

6.4.5 檢查電壓調壓器的指針，是否指零，按中頻電源說明書啟動逆變系統(tǒng)；

6.4.6 按工藝調整到合適的工作功率上進行冶煉（按工藝要求來調整功率）；

6.4.7 調整中頻電壓和電流時，注意中頻電壓與直流電壓的比是否正常；

6.4.8 在金屬接近熔化時，必須注意觀察爐內情況，如果發(fā)現(xiàn)爐內金屬液氣化較激烈時，應降低功率，必須按真空度和爐溫情況來調節(jié)功率，避免激烈氣化與飛濺；

6.4.9 在熔化完畢進行澆注時，須密切注視澆注情況；

6.4.10 澆注完畢取錠模時，必須戴好勞動保護用具，特別是防護眼鏡。

6.5 操作中的注意事項：

6.5.1 操作者在操作之前，必須通過熔煉實習，了解各部分運行原理，以免在操作時發(fā)生人身和設備損壞事故；

6.5.2 熔煉錠模及取錠工具都要進行預熱干燥，否則在熔化時遇有潮濕，容易發(fā)生事故；

6.5.3 在非真空澆鑄時，操作者一定要帶好防護用具，特別是防護罩；

6.5.4 在熔煉時，坩堝的底部應放托盤，防止坩堝破裂漏爐燒壞爐底；

6.5.5 對真空冶煉設備而言，冷卻水是重要的，當感應線圈冷卻溫度過高時，易使線圈變形甚至熔化，因此在發(fā)現(xiàn)停水時（爐溫在 1500－1600℃）首先應停止向感應線圈及泵送電，再把真空閥門關閉，打開備用水箱開關，以免損壞設備和影響正常工作。因此在熔煉過程中，應當經(jīng)常檢查，注意調節(jié)水量，各部冷卻水溫升不應超過 20℃；

6.5.6 如果熔室處于真空狀態(tài)，應先啟動旋片式真空泵然后再打開真空閥，避免拉壞閥門。

7 真空冶煉中的問題：

在真空冶煉過程中，往往遇到一些具體問題，如精煉期過長，架橋，鑄錠有缺陷等。現(xiàn)就一般較常碰到的一些問題介紹如下，供用戶參考。

7.1精煉期過長：一般使用的爐料不純潔，含氣量大。由于真空冶煉費用較大。只有使用

純潔爐料才是經(jīng)濟合理的。

真空爐料含氣量分析表（參考值）

爐料名稱 種類 標準含氣量 ％

Ｏ２ Ｎ２ Ｈ２

純鐵 電解 0.074 0.002 0.0036

鉻 熔煉 0.04 0.07 0.0008

電解 0.45 0.037 0.010

鎳 電解 0.02 0.0012 0.005

鈷 電解 0.0075 0.0001

錳 電解 0.05 0.001 0.015

在上述爐料情況下，爐料熔化后不久，液面即告平靜，熔煉純鐵，鎳和電解銅，放氣沸騰時間一般只需幾分鐘，當然含氧量較高的軸承鋼和合金，而又沒有足夠的炭進行脫氧，也可能延長到一小時以上。液面不停地起泡期間，除氣速率高，一旦氣泡停止，真空度就會立即上升，如果精煉期過長，液體金屬與坩堝壁反應，含氧量反而會回升，一般精煉期不超過 30 分鐘。

7.2 功率送不上，主要是裝料不實或裝料太少，再就是裝的都是碎料，如薄片和小條。裝料不實則接觸電阻大，裝料少則漏抗大，小碎料則電效率低，這些都是降低吸收功率的根源。薄片或小碎料應與同類金屬或帶捆成一束，略小于坩堝底的直徑，和較大塊料一起放入，其吸收功率就能保證正常熔化速度。

7.3 加料后液面劇烈沸騰，這是在加料前沒有降低功率使液面輕微結膜，就直接在真空下加入大塊合金元素，造成大量放氣所致，遇到這種情況立即采取降低功率，或停電，或者充惰性氣體，使真空度降低，這樣就能防止液體金屬溢出坩堝而損傷爐室。

7.4 添加合金元素，先后次序不對或不適時，例如：在冶煉末期要澆鑄了才加鋁，沒有充分時間使氧化物上浮，活潑易揮發(fā)的元素，應該最后加入而錯誤地先加入了，前者使合金沾污，后者使合金成分控制不準，當熔煉高溫合金時，鉻、鋯等元素應該在液面開始平靜后即先加入；回爐料則待合金精煉后再加入，活潑元素如鋁、鈦等后加入；蒸氣壓高、揮發(fā)性很大的元素，如錳最后加入。如有條件，加錳前通入惰性氣體，使真空度降到

3000Pa－5000Pa 左右，以減少其揮發(fā)，總要事先制定好真空冶煉工藝。

7.5 抽真空及送電制度不符合要求或配合不好，一般在熱爐下裝料后，應先打開旋片式真空泵的鎮(zhèn)氣閥進行排除水蒸氣，時間約 3－5 分鐘當高真空抽到極限，然后送滿電壓，待爐料升溫，真空度就下降，直到熔化開始，如真空度降到 20Pa 左右時，關閉高真空閥，真空度繼續(xù)下降大部分熔化后，分次停電后補加基料，全部熔化完了，真空度開始回升到20Pa 左右后，再打開高真空閥，按照脫氧、沸騰、降電、結膜、加合金元素、測溫、停泵、停電、澆鑄的程序進行。

如果剛開始抽低真空時不打開旋片真空泵的鎮(zhèn)氣閥，真空度下降后沒有及時關高真空閥，這樣，就會使真空泵油污染或有水蒸汽，使真空度上不去。不停電降溫就加料，會造成噴濺等等。

7.6 金屬過熱后，一方面產(chǎn)生大量的金屬蒸氣，降低放電電壓，助長了放電，一方面則使金屬結晶粗大，澆鑄時溫度過高，也影響鑄錠表面光潔度，因此測溫裝置是真空冶煉不可缺少的一部分。在測量 1600℃及以下的溫度時，一般使用氧化鋁、石英或金屬陶瓷保護管，當測溫管距離液面幾十毫米時停留一會兒用液面溫度烤熱，到 500－600℃再下去測溫以免爆裂。測量頭不能長時間測量，所以浸入鋼液中的時間不宜過長。如選用遠紅外輻射溫度計需保持測孔玻璃清潔，否則會影響測量精度。

7.7 真空鑄錠一般質量都很好，但也會出現(xiàn)如下一些缺陷：

縮孔：這主要是使用沒有預熱的模具接觸面冷卻過快，模具放氣因此出現(xiàn)麻點，可以用氧化鋁（AL２O３）薄薄的涂在錠模內壁，將錠模放在氧化性的火焰下薰烤上一層氧化鋁或氧化鋯薄膜。

粘模：大都是在澆鑄溫度過高，過快的情況下出現(xiàn)的。在錠模上口安裝澆口及保溫帽，在錠模底放一塊耐火材料墊塊或同類金屬墊片，都可以避免粘模。

8 日常維護及注意事項

8.1 在開始熔煉后，當熔室壓強低于 20Pa 時方可給爐體，感應線圈及油擴散泵冷卻水，以免爐體及感應線圈表面凝結水滴而使在抽氣時間影響真空度。當熔煉完畢后，破壞熔室真空前，應先停止爐體冷卻水，同時維持感應線圈出口溫在 34－50℃范圍內。

8.2 在熔煉每爐的間隔時間內，應在所有真空閥門關閉的情況下，微微打開旋片式真空泵的鎮(zhèn)氣閥，并使旋片式真空泵繼續(xù)運轉約 5 分鐘，以排除在抽氣過程中凝結于油內的水份，提高旋片式真空泵的抽氣速率及極限真空度。

8.3 旋片式真空泵的進油閥的調整螺栓（打開泵蓋即可看到）應調整，使旋片泵的循環(huán)油徐徐進入泵的內部。油量過大影響抽氣速率及極限真空度，油量過少恐怕因泵油潤滑不足造成磨損或拉傷。此項工作應在空爐低真空抽氣時間調整好并固定。此外，循環(huán)油過濾網(wǎng)應經(jīng)常定期清洗。

8.4 禁止在高真空抽氣時破壞爐體真空以免擴散泵油被氧化而不能工作。當擴散泵停止工作時，冷卻水應繼續(xù)流通，約 30 分鐘方可切斷泵的冷卻水。

8.5 在熔煉過程中旋片真空泵應經(jīng)常運轉，不能停止。

8.6 爐體轉動密封部分應妥為保護，經(jīng)常加入密封油脂，經(jīng)常保證良好的密封。密封油的飽和蒸氣壓在常溫時應不大于 1.3×10-5Pa。

8.8 由于熔煉的進行，在熔室的內壁被凝結的水汽所潤濕，這潤濕了表面吸附氣體將影響真空度，增長抽真空時間，所以隨時擦干和清潔潤濕內壁，對縮短抽氣時間是很重要的。

10 坩堝制備

10.1 坩堝材料一般按冶金工藝選擇；

10.2 坩堝尺寸見圖 1；

10.3 燒結坩堝石墨尺寸見圖 2；

10.4 鋼錠模尺寸見圖 3。 

11 成套設備

11.1 成套設備包括：

11.1.1 電爐本體及真空機組； 1 套

11.1.2 可控硅與變頻裝置； 1 臺

11.1.3 50kg 操作箱； 1 臺

11.1.4 液壓站； (電動傾爐無液壓站) 1 臺

11.1.5 水冷系統(tǒng)（不包括管路）。 1 套