真空感應(yīng)懸浮熔煉實驗

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1、真空感應(yīng)懸浮熔煉實驗　　一、實驗目的　　1、了解的基本原理；2、掌握真空感應(yīng)懸浮熔煉的操作方法。　　二、真空感應(yīng)熔煉的特點　　真空感應(yīng)熔煉作為一個高溫冶金過程有很大的優(yōu)越性，因為它有堅實的熱力學基礎(chǔ)。咋非真空感應(yīng)熔煉過程中，只有控制金屬液的溫度，而在真空過程中，溫度和壓力兩者都可以控制。與大氣熔煉相比真空感應(yīng)熔煉有以下優(yōu)缺點：　　1、能夠比較徹底地清除鋼液中的氣體　　根據(jù)物理化學中的氣體熔解定律，對于雙原子氣體來說，它們在鋼液中的溶解量是爐氣中該種氣體的分壓力的平方根成正比的，其間的關(guān)系可用下式表示：　　(H)=k1PH1/2(N)=k2PN1/2　

2、　式中：為氫和氮在鋼液中的溶解量；PH、PN為爐氣中氫和氮的分壓力；k1、k2為平衡常數(shù)。　　上式可見，當降低爐氣中氫氣和氮氣的分壓力時，鋼液中的氣體含量就會隨之減少。如果爐氣中的真空度很高時，則鋼液中的含氣就可以降低到很低的程度。例如，實驗結(jié)果表明，只要真空度達到10μm汞柱時，鋼中氫的含量可以降低至1ppm以下。2、鋼液可以充分脫氧和降碳　　于鋼液的熔化過程是在真空條件下進行，鋼液中元素的氧化程度很輕微。因此，只要爐料很干凈，所練出的鋼，氧化夾雜物就會很少。另一方面，在真空條件下，碳的脫氧能力比常壓下大為提高。這是因為碳的氧化反應(yīng)：C+Fe→CO

3、+Fe所生成的一氧化碳被抽走，因而使得反應(yīng)進行得很徹底，鋼液脫氧良好。3、金屬元素的蒸發(fā)　　液態(tài)合金中每種元素都有一定的蒸氣壓，當蒸氣壓超過外界壓力時，元素就會蒸發(fā)。在大氣熔煉的條件下，只要極少數(shù)金屬元素會發(fā)生顯著的蒸發(fā)現(xiàn)象。但在真空條件下熔煉時，鋼中蒸汽壓較高的元素就會發(fā)生顯著的蒸發(fā)現(xiàn)象，結(jié)果會造成鋼液化學成分控制的困難。4、坩堝材料的沾污　　在真空熔煉條件下，爐襯耐火材料會被鋼液所侵蝕，這種侵蝕主要表現(xiàn)為鋼液中的碳被還原，其結(jié)果是，還原產(chǎn)物進入鋼液，使鋼液的化學成分發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為鋼液的沾污。在酸性爐襯上，鋼液侵蝕耐火材料的現(xiàn)象特別顯著。酸

4、性爐襯中的SiO2會被碳所還原：2(C)Fe+(SiO2)→(Si)Fe+2CO2↑這一反　　應(yīng)在大氣熔煉條件下，于CO的分壓力較高，所以反應(yīng)進行受到限制。而在真空條件下，于CO的分壓力接近于零，因而促使反應(yīng)進行。反應(yīng)結(jié)果使鋼液的含量降低，同時使含硅量提高。實驗名稱：　　姓名：葉彬________________學號：3080103020__________　　裝訂　　線　　三、真空感應(yīng)懸浮熔煉的原理　　真空感應(yīng)懸浮熔煉的坩堝用紫銅制成，坩堝本體切成若干瓣，內(nèi)部鉆有小孔以供通水冷卻。用這種坩堝熔煉金屬時，采用高頻感應(yīng)加熱。坩堝中的金屬塊料在高頻磁場的

5、作用下產(chǎn)生渦流，從而發(fā)熱熔化。坩堝體上所開的縫隙有助于減少坩堝壁對高頻電磁場的屏蔽，從而使較多的功率達到料塊上。　　在料塊上產(chǎn)生渦流的同時，坩堝壁上夜產(chǎn)生了渦流。在任一瞬間，坩堝壁各瓣片的渦流與料塊上的渦流，旋向都是相同的。但在料塊外側(cè)靠近坩堝壁的地方其渦流的指向與坩堝瓣片內(nèi)壁的渦流的指向恰好相反，見圖1?！　D1　　于是，在料塊與坩堝壁之間就產(chǎn)生了一個推斥力，再料塊熔成液態(tài)后，這個推斥力把熔體推動坩堝的中部，而底部的推斥力則把熔體托離底部，從而使熔體懸浮在坩堝中。對于具體的材料，恰當選擇高頻電磁場的頻率和功率，就能在坩堝中形成一個不與坩堝接觸的上大

6、下小的液滴。與普通的真空鋼液熔煉相比，真空鋼液懸浮熔煉有以下優(yōu)點：　　1、坩堝對熔體無沾污，容易得到純凈的合金。可以熔煉諸如鈦、稀土等化學活性高容易咬蝕爐襯耐火　　材料的金屬材料。　　2、熔煉金屬與坩堝間的熱傳導減至最小，熔體具有比較均勻的溫度，可以在比較小的過熱度下熔融?！　亩鴾p小了組分的揮發(fā)，可以制得成分比較準確的合金?！　?、熔體呈通體熔融狀態(tài)，再加上強烈的電磁攪拌及熱攪拌，熔體的成分十分均勻。4、坩堝壽命長，正確使用時，坩堝可反復使用1000次以上?！　⊙b　　訂　　四、真空感應(yīng)懸浮熔煉系統(tǒng)的組成　　真空感應(yīng)懸浮熔煉系統(tǒng)的組成可用下列方框圖表

7、示：　　線　　實驗名稱：　　姓名：葉彬________________學號：3080103020__________　　其中：高頻電源頻率為50Hz，功率為30kW，真空機組用來抽真空，Ar氣則用來在熔煉時加壓保護，以防止金屬液濺射擊揮發(fā)。冷卻水是坩堝正常工作時的必要條件，應(yīng)與電源連鎖，當坩堝無冷卻水供應(yīng)時，電源應(yīng)無輸出，此外，于坩堝內(nèi)部水流信道很細，冷卻水不能有夾雜。因此，在水泵的出水口和坩堝的進水口均需加過濾網(wǎng)。　　五、真空感應(yīng)懸浮熔煉的工藝及注意事項　　1、裝料原則原料以片狀為好，放置時應(yīng)使片橫放，以便高頻磁場盡可能多地穿過原料，產(chǎn)生盡可能　　

8、打的渦流。對粉狀原料，應(yīng)預先將其壓制成塊，以免粉料從縫隙漏出坩堝之外。對絲狀原料，一定要橫放，不可豎放，特別