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等离子感应炉的结构特点及冶炼应用

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等离子感应炉的结构特点及冶炼应用

发布日期:2018-04-09 00:00 来源:http://www.zzkrnc.com 点击:

等离子感应炉是近些年出现的一种新的冶炼设备。它是普通感应电炉和等离子弧加热装置组合而成。它避免了普通感应炉的冷渣和无保护气氛的缺点,从而显著地提高了感应炉的精炼能力。国外于六十代开始研制,到七十年代建成容量为2吨的生产用等离子感应炉。国内建成500公斤等离子感应炉,正在研究设计较大酌炉子。

等离子感应炉主要用生产超低碳和极低碳不锈钢、精密合金和含铝、钛等易氧化元素的高温合金等。等离子感应炉具有较高的精炼能力,冶炼产品的质量达到或接近真空感应炉的水平;它是一种有发展前途的特殊冶炼设备。目前正处于发展阶段。等离子感应炉由感应炉和等离子弧发生装置组成。具体组成包括下述部件。

等离子感应炉的结构特点及冶炼应用

1、感应炉炉体结构

等离于感应炉炉体可以使用工频炉或三倍频炉、中频炉。

(1)感应线圈和坩埚

等离了感应炉的感应线圈包括供加热用线圈和搅拌用线圈。小容量炉子只有加热线圈困,大容量炉子除加热线圈外还配有搅拌线圈。感应线圈的结构形式和普通感应炉的相同。坩埚材质与普通感应炉的相同,不同点是坩埚底部安装行水冷阳极。

(2)炉盖

等离子感应炉的炉盖是双层钢板结构,通水冷却,内衬耐火材料。在炉盖的中央开有一孔,供等离子枪体伸入炉内,枪体与炉盖之间的间隙,用耐热的石棉制品密封。炉盖上还装有加料斗,供加入微量合金元素、脱氧剂、易氧化元素时使用,加料斗用盖密封。在冶炼过程中,为了观察炉内情况,还在炉盖上安装有闪频观查装置或带刷的石英玻璃观查窗。炉盖和炉体接触部分通有冷却水,共间装有密封圈,以免大气渗入炉内。

(3)炉壳

炉壳的结构分全封闭式和半封闭式两种。半封闭式炉完仅使坩埚以上部位封闭,这种炉壳纳构简单。但是坩埚渣线以上部分容易产生裂纹,影响密封性。大多数小型试验用炉采用这种炉壳。

全封闭式炉壳,将坩埚、感应线圈全部封闭在炉壳内。这种全封闭式炉壳具有密封性良好、容易控制炉内压强以及精炼效果好等优点。但是,这种炉壳结构比较复杂,需特别注意解决水、电引进处和炉壳的绝缘,以及感应线圈周围磁场对炉壳的作用等问题。全封闭炉壳可保持1-20mm水柱正压。

采用何种炉壳应当根据治炼钢种和实际情况进行选择。

(4)出钢口

出钢口在冶炼过程中和大气隔离开,共结构是用钢管做外套内设耐火材料炉嘴,出口端有密封盖,出钢时取下盖板进行浇注。

(5)沪体倾动机构

等离子感应炉炉体倾动角度应当大干90度,以使出净钢液,通常使用液压系统倾炉,也有用将通用机械倾动装置的。

(6)等离子枪升降装置

等离子枪枪体的升降通常采用液压驱动,以保证枪体的升降稳定。

2、等离子弧发生装置

等离子弧发生装置是等离子感应炉的关键部件。该装置由以下几部分组成:等离子枪,工作电源,起动电源,工作气体净化系统以及炉底阳极、阴极和辅助电极、水冷系统等。

(1)等离子枪

等离了枪根据其工作原理可分为宜访和交流两种类型。用于等离子感应炉的是直流等离子枪。在直流等离子枪中又分为直流转移弧式和直流非转移弧式两种。

非转移弧式等离子枪的工作原理是:工作气体在阴极和阳极间直接形成电弧等离子流。转移弧式等离子枪的工作原理足:工作气体首先在阴极和辅助阳极(喷嘴口)之间形成引燃等离子弧,然后特此等离子弧转移至阴极和阳极(被加热物体)之间。这两种等离子枪均可应用于等离子感应炉。但是,应用较广的是转移弧式等离子枪,其枪体结水冷转移弧式等离子枪由下述几部分构成:

1)阴极。等离子枪的阴极是用水冷却,用作阴极的材料的电子逸出功应当尽量小,可以在较低的工作电压下获得很强的电子流。阴极发射的电子流强弱,决定等离子枪的功率大小。因此,阴极的材料选用和尺寸是很关键的。可用作阴极的材料有高纯石墨、纯钨、钨一氧化物金属陶瓷、钨铈合金、钍钨合金等。其中钨合金因合右放射性元素社,使用过程随看阴极材料的税,

放射性社将进入炉气,退出后造成放射性污染,围此,正远少被其它阴极材料所取代。

随着在使用过程中不断消耗,阴极需要定期进行更换,在选择阴极材料财,必须考虑它的成本。近期开始使用高纯石墨、钨金属陶瓷等滦价材料,宋代替成本较尚的饰钨合余。

2)辅助阳极。喷嘴是等离子枪的外套,作为辅助阳极,起引燃等离子弧的作用。喷嘴是用导热性荔很好酌紫铜管焊接而成,中间通水冷却。喷嘴的壁厚不能太厚,以免影响冷却效果。

喷嘴的焊接质量和几何尺寸影响到整个等离子枪的使用性能。必须保证焊接质量,不产生渗漏。喷嘴口)和阴极的尺寸选配要适当;其间隙大小由等离于他的功率决定。通常允许最大功率为100-150千瓦的等离子枪,工作电流在1000-1500安培时,其间隙为2mm左右。此外,为了保持等离于弧的稳定,延长喷嘴寿命,要求喷嘴口和阴极严格的同心。

3)气体分流环。为了保持工作气体从喷嘴口均匀的喷射,在喷嘴套管和阴极套管之间安装有均布小孔的圆环,以便控制工作气流的均匀性。气体分流环用绝缘材科制造,在阴极和辅助阳极之间起绝缘和定位作用。

4)阴极和辅助阳极的绝缘。等离子枪的工作电压可达数仟伏,要求阴圾和辅助阳极之间应具备一定的绝缘性能。两极之间的绝缘是通过密封垫、压板(绝缘材料)和气体分流环实现的,必要时可在气体分流环处增加绝缘套管,其长度大于气体分流环。

等离子感应炉的容量不能迅速增大的原因之一是受等离子枪功率的限制。目前,最大的等离于枪功率为400千瓦,电流3000安培,安装在2吨感应炉上。因此,设计制造大功率的等离子枪,是今后发展大容量等离子炉的技术关键。

(2)工作气体及其净化浆置

可供产生等离子体的气体有氢、氮、氩等。各种气体随物理化学性质不同,生产的效果也不相同。

(3)工作电源和起动电源

1)等离十枪的工作电流为直流电。直流电源可使用直流发电机组、变压器一饱和电抗器一硅整流电源或整流变压器一可控硅整流电源等。对直流电源的要求是:

具有陡降的外特性(即怔电流特性),使等离子枪的工作电流保持稳定。

输出电流;P滑可调,调节范围在1:10以上。工作电压在20-140伏范围内。

2)应用品广的起动电源是高频电火花振荡器,该电源和直流电源串联或并联。高频电源的频率在,250-2000千赫范围内。直流电源的电压约100-400伏,容量不超过20千伏安。

等离子弧的起动也可以采用直接启动的方式,帅在阴极与阳极间连接铝丝,通电后引燃等离子弧。不过这种启动方式容易使阴极烧坏,只适用于非水冷式阳极。

(4)阳极

阳极埋入坩埚底部,又称炉底阳极。可分为水冷式和非水冷式两种结构。阳极材料有石墨、钨金属陶瓷、铜(水冷)和不锈钢(水冷)等。采用石墨阳极时必须考虑石墨使钢液增碳的问题,冶炼超低碳不锈钢或其它低碳合金时不能使其石墨阳极。水冷铜或不锈钠阳极容易发生漏水的危险。金属陶瓷材料作为阳极具有良好的使用性能和很低的稍耗。金届陶瓷材料具有低的电阻率、传热性能良好、耐急冷急热性能好等优点、已开始应用于等离子感应炉的炉底阳极。

(5)等离子枪的升降

等离子他的升降通常采用液压升降装置,以保证其升降平稳。


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