兰州ZG-0.05型真空感应熔炼炉

1 用途

50kg 真空感应电炉是在真空条件下利用中频感应加热原理进行熔化金属的现代化设备。由于它能严格控制熔炼温度和合金成份，并具有电磁搅拌和强大的高真空脱气能力，因此广泛用于冶金厂和有关科学研究部门作为镍基、铁基及其它高级精密合金或高纯度金属在真空条件下或充保护气氛情况下进行的熔炼和浇铸。

如果选用石墨坩埚或者用石墨掺耐火粘土的坩锅，便可以通过间接的加热方法熔化低电阻的金属及其合金，例如：金、银、铜、铝、青铜等。

例如：ZG－0.05L 表示：50kg 真空感应熔炼炉，立式结构。

型号说明：

2 主要参数

名 称 单 位 ZG－0.05L

设备总功率 kW 130

电源电压 V 380（三相）

电源频率 Hz 50

额定容量 t 0.05

额定功率（中频输出） kW 100

额定电压（中频输出） V 375

额定频率 kHz 2500

额定温度 ℃ 1700

真空度 Pa 6.66×10-3

工作真空度（工业纯铁） Pa 6.6x10-2

压升率 Pa/min 0.06

电 耗 kWh/t 1250

耗 水 量 m3/h 7.5

总 重 4.6

3 工作原理

50kg 真空感应电炉是利用中频感应加热的新型真空熔炼设备，炉体内部设有一只螺旋型管式线圈，当线圈通以中频电流时，则产生交变磁场，金属炉料在磁场作用下感应出电势，产生环形电流，这种电流在本身的磁场作用下，集中在金属炉料的外层（即所谓的趋肤效应），使外层金属炉料具有很高的电流密度，从而产生集中而强大的热效应把金属炉料加热或熔化。

4 结构性能和优点

4.1 优点

50kg 真空感应电炉具有下列优点：

4.1.1 采用立式炉体、装料方便，炉盖是三圆弧形的，容易清扫，由于设有止口密封圈，不易遭受破损和受热的影响。

4.1.2 不论坩埚如何倾斜，电极和感应线圈之间的连接都不会中断，因此能借倾转坩埚来熔化架桥料而不用捣棒，并能带电进行浇铸，以保持浇铸时所需的温度。

4.1.3 设有放检阀（进气阀），可以通入惰性气体或化学气体，对熔化的金属进行保护，以免氧化。

4.1.4 由于感应加热具有自搅拌性能，使熔化合金均匀而不产生偏析，而且还能加快脱气速度，使熔炼的合金均匀，气体含量少。

4.1.5 效率高、升温快，在用氧化镁、氧化铝坩埚条件下，全部熔化钢的时间约20－30分钟（熔化时间一般与冶炼工艺条件有关）。

4.1.6 准确性高：

控制熔化的时间、温度、成分很准确，使其工作具有高度的准确性。

4.1.7 适用范围广：

对铁基、镍基及有色金属都能达到冶炼的要求。

4.1.8 使用方便，劳动条件好，备有成套的电源、炉体及附件等，可以随时进行熔炼。熔化有毒性的金属时，可以通过真空机组，把毒气排除到室外，进行无公害处理。

4.1.9 真空机组抽气时间短：从大气到 6.6×10-1 帕范围内，具有较大的抽气能力并能保持一个稳定的极限真空。

4.1.10 安全可靠：

如中频电源过载、感应线圈、中频电缆、扩散泵、电容器、可控硅电源等断水，都有保护装置（通过水压或水温来保护报警）。

综合上述情况，50 公斤真空感应电炉，无论在使用上，生产效率上以及技术上都满足一般常规的真空熔炼要求。

4.2 结构特征：

4.2.1 炉体（即熔室）：

50kg 真空感应电炉的熔室是一只双层壁的立式容器，内径为 100(120)厘米，圆柱体的高度为 90 厘米，真空熔室的实际有效高度为 98 厘米。炉盖也是双层壁的，双层壁之间通入冷却水，炉盖由液压油缸提升，开启炉盖很轻便，并能保持在一个适当的开启位置上，并有锁紧装置，可以保证炉盖紧密的贴封在真空橡胶垫上，保证初始密封所需的压力。

真空熔室的内壁，都经过仔细的抛光，表面光滑，因此只要用简单的机械清洁方法，即可以除去在熔室内因熔炼过程中气化而产生的金属挥发物和脏物。这样既有利于缩短抽气时间，又可获得一个良好的真空极限。在真空熔室的后部是排气孔，在左侧是转轴电极。

电极在倾转坩埚浇铸时，仍能进行通电。排气口有百叶窗。可以防止金属渗入高真空泵内，一般说来这个措施是足够的，因为金属蒸气是在真空中直接扩散，然后附着在真空的冷壁上。

在真空室的侧面有进出导管接头，可以接水路、电路作为铸锭模加热和冷却之用（铸模加热和冷却装置由用户自备）。铸模的加热和冷却用户可委托我方设计加工。

4.2.2 炉盖：

炉盖上装有二个视察孔，双层石英隔热玻璃，能观察到炉内的各个有效位置，同时可供二个人观察冶炼情况。炉盖的开启是由一个油缸来提升的，可以轻便的开启、关闭。炉盖上有充气和放气阀门及压力表。

4.2.3 加料、测温、取样机构：

50kg 电炉有手动合金加料、测温机构。合金加料内分五个小格,转动手轮将料加入撮子内,摇动撮子升降机构将料加入到坩埚内,然后摇动手柄将撮子复位。

4.2.4 感应线圈：

感应线圈是一种扁圆形紫铜管制成的，匝与匝间有 5－10 毫米的间隙，通过他们外围的绝缘板来固定位置，感应线圈和进出电极间的连接是用两个法兰来连接的，拆卸方便，既能保证良好的导电，又能保证可靠的真空密封。线圈内放有一个坩埚（坩埚用户自备），线圈与坩埚之间要有 40－60mm 厚的保温层，以免线圈碰着导电性坩埚造成短路，另外也防止线圈直接受坩埚的热幅射，在线圈的底部焊有四块支撑板，是用来支托坩埚的。

就线圈的匝数而言，不是一成不变的。根据不同的工作条件，可以有几种设计，我们现在配套的一种线圈，适用性是广泛的。从试验结果来看，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。

4.2.5 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二种结构由用户自己选择。液压倾炉是由我们研究所自己开发的液压阀控制（双向比例阀门）。

4.2.6 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，但坩埚的尺寸应符合设计图纸的要求，请参阅图 1。

4.2.7 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，一般可按图 2 锭模尺寸制造，做为洗炉锭或锻造锭用。

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。

4.2.8 真空机组：

为了能在整个熔炼过程中，有良好的工作真空度，50kg 机组配置为 KT-400 扩散泵RTO300.F 罗茨泵一台、2X－70 机械泵一台。

真空系统由气动蝶阀来控制真空系统的开关,阀门寿命长。

4.2.9 真空测量：

本系统采用用热偶电离两用复合真空计，根据生产工艺要求，真空机组上还装有真空压力表，表压用以观察炉内粗真空度或保护气体的压强。

4.2.10 在炉盖上有二个视察窗，可以视察熔室内的熔炼情况。

4.2.11 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，让热电偶插进坩埚金属液内。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）。

4.2.12 进电系统：

进电系统由￠0.08mm 单股线组成的 50 平方毫米截面导线共 23 根组成。做为连接母线与转轴之间的连线，比原来单用水冷电缆的导线提高 5％以上的效率。线路压降不大于2V。这样既提高了效率，又使转动灵活、可靠。该进电系统与转轴结构，是目前国内好的节能型的构造。

5 安装

5.1 50kg真空感应电炉成套设备分为如下几部分：

5.1.1 电炉本体及备件；

5.1.2 真空系统；

5.1.3 水冷系统；

5.1.4 可控硅电源系统；

5.1.5 液压系统；

5.1.6 气路系统。

在设备出厂前炉子带有真空，运输过程中一般不破坏炉子的真空为好。如果暂不能安装，应将炉体及成套设备保存在相应湿度不大于 85％，温度不低于＋5℃，没有腐蚀性气体和通风良好的房间内，封存有效期间为 6 个月，炉体内部不得破坏真空。

当炉体和成套设备检修或停止运转时，务必将所有管路（包括控制柜、电容器、变频设备）内的冷却循环水全部放出，用 0.5MPa 压缩空气吹净并做好封口。以免有杂物进入水路，造成堵塞。

真空电炉安装工作，必须在厂房建设工程完成后才能开始进行。布置可参考安装平面图。由于真空冶炼对环境要求干净一些,在选址时请注意。

6 试车与运行

6.1 试车前的检查

6.1.1 可控硅中频电源检查，详见中频电源说明书。

6.1.2 真空机组接通 2X－70 旋片真空泵的电源后，检查泵的旋转方向，是否符合泵罩上的箭头指示方向，如旋转方向相反时，可以调换三相电源相序。同样方法检查罗茨泵。

6.1.3 水冷系统：

打开主水阀和各个分水阀，水流显示各支路水流是否畅通，冷却水管道须按水冷系统图连接。

6.2 运行

6.2.1 操作前的检查工作：

6.2.1.1 检查熔室里边的卫生和潮湿情况，构件有无破损，能否阻碍工作，如发现有问题时，处理解决；

6.2.1.2 检查整个水冷系统，水压应符合 0.15－0.3MPa 的压力规定，总流量不小于2.5立方米/时。特别注意感应线圈的水流情况；

6.2.1.3 检查配电部分是否完整良好，有无短路、断路情况；

6.2.1.4 检查感应线圈匝间距离，有无短接，有无金属杂物落入；

6.2.1.5 检查电源电压是否稳定，如电网电压变动超过±1５％，即不应开炉，以免损坏。

6.3 操作前的准备工作：

6.3.1 准备好坩埚，如采用打结坩埚请按打结坩埚工艺打结，并按烧结工艺烧结。

6.3.2 预热锭模，将锭模在烘箱内或箱式电炉内加热，去除潮气；

6.3.3 准备好熔炼用工具（使用金属制成的工具时，必须提前干燥）。

6.4 操作顺序：

6.4.1 装料前，必须对整个炉内进行检查，例如：线圈坩埚、锭模的干燥情况、清洁情况等，一切正常后即可装料；

6.4.2 检查真空容器封闭情况，在各部封闭良好后，合上容器盖，检查旋片泵油标，看油量是否符合要求，打开 150 气动蝶阀，启动旋片真空泵进行抽真空。

6.4.3 待抽至所需工作真空，可开始对感应线圈进行送电；

6.4.4 打开设备的各冷却水阀门；

6.4.5 检查电压调压器的指针，是否指零，按中频电源说明书启动逆变系统；

6.4.6 按工艺调整到合适的工作功率上进行冶炼（按工艺要求来调整功率）；

6.4.7 调整中频电压和电流时，注意中频电压与直流电压的比是否正常；

6.4.8 在金属接近熔化时，必须注意观察炉内情况，如果发现炉内金属液气化较激烈时，应降低功率，必须按真空度和炉温情况来调节功率，避免激烈气化与飞溅；

6.4.9 在熔化完毕进行浇注时，须密切注视浇注情况；

6.4.10 浇注完毕取锭模时，必须戴好劳动保护用具，特别是防护眼镜。

6.5 操作中的注意事项：

6.5.1 操作者在操作之前，必须通过熔炼实习，了解各部分运行原理，以免在操作时发生人身和设备损坏事故；

6.5.2 熔炼锭模及取锭工具都要进行预热干燥，否则在熔化时遇有潮湿，容易发生事故；

6.5.3 在非真空浇铸时，操作者一定要带好防护用具，特别是防护罩；

6.5.4 在熔炼时，坩埚的底部应放托盘，防止坩埚破裂漏炉烧坏炉底；

6.5.5 对真空冶炼设备而言，冷却水是重要的，当感应线圈冷却温度过高时，易使线圈变形甚至熔化，因此在发现停水时（炉温在 1500－1600℃）首先应停止向感应线圈及泵送电，再把真空阀门关闭，打开备用水箱开关，以免损坏设备和影响正常工作。因此在熔炼过程中，应当经常检查，注意调节水量，各部冷却水温升不应超过 20℃；

6.5.6 如果熔室处于真空状态，应先启动旋片式真空泵然后再打开真空阀，避免拉坏阀门。

7 真空冶炼中的问题：

在真空冶炼过程中，往往遇到一些具体问题，如精炼期过长，架桥，铸锭有缺陷等。现就一般较常碰到的一些问题介绍如下，供用户参考。

7.1精炼期过长：一般使用的炉料不纯洁，含气量大。由于真空冶炼费用较大。只有使用

纯洁炉料才是经济合理的。

真空炉料含气量分析表（参考值）

炉料名称 种类 标准含气量 ％

Ｏ２ Ｎ２ Ｈ２

纯铁 电解 0.074 0.002 0.0036

铬 熔炼 0.04 0.07 0.0008

电解 0.45 0.037 0.010

镍 电解 0.02 0.0012 0.005

钴 电解 0.0075 0.0001

锰 电解 0.05 0.001 0.015

在上述炉料情况下，炉料熔化后不久，液面即告平静，熔炼纯铁，镍和电解铜，放气沸腾时间一般只需几分钟，当然含氧量较高的轴承钢和合金，而又没有足够的炭进行脱氧，也可能延长到一小时以上。液面不停地起泡期间，除气速率高，一旦气泡停止，真空度就会立即上升，如果精炼期过长，液体金属与坩埚壁反应，含氧量反而会回升，一般精炼期不超过 30 分钟。

7.2 功率送不上，主要是装料不实或装料太少，再就是装的都是碎料，如薄片和小条。装料不实则接触电阻大，装料少则漏抗大，小碎料则电效率低，这些都是降低吸收功率的根源。薄片或小碎料应与同类金属或带捆成一束，略小于坩埚底的直径，和较大块料一起放入，其吸收功率就能保证正常熔化速度。

7.3 加料后液面剧烈沸腾，这是在加料前没有降低功率使液面轻微结膜，就直接在真空下加入大块合金元素，造成大量放气所致，遇到这种情况立即采取降低功率，或停电，或者充惰性气体，使真空度降低，这样就能防止液体金属溢出坩埚而损伤炉室。

7.4 添加合金元素，先后次序不对或不适时，例如：在冶炼末期要浇铸了才加铝，没有充分时间使氧化物上浮，活泼易挥发的元素，应该最后加入而错误地先加入了，前者使合金沾污，后者使合金成分控制不准，当熔炼高温合金时，铬、锆等元素应该在液面开始平静后即先加入；回炉料则待合金精炼后再加入，活泼元素如铝、钛等后加入；蒸气压高、挥发性很大的元素，如锰最后加入。如有条件，加锰前通入惰性气体，使真空度降到

3000Pa－5000Pa 左右，以减少其挥发，总要事先制定好真空冶炼工艺。

7.5 抽真空及送电制度不符合要求或配合不好，一般在热炉下装料后，应先打开旋片式真空泵的镇气阀进行排除水蒸气，时间约 3－5 分钟当高真空抽到极限，然后送满电压，待炉料升温，真空度就下降，直到熔化开始，如真空度降到 20Pa 左右时，关闭高真空阀，真空度继续下降大部分熔化后，分次停电后补加基料，全部熔化完了，真空度开始回升到20Pa 左右后，再打开高真空阀，按照脱氧、沸腾、降电、结膜、加合金元素、测温、停泵、停电、浇铸的程序进行。

如果刚开始抽低真空时不打开旋片真空泵的镇气阀，真空度下降后没有及时关高真空阀，这样，就会使真空泵油污染或有水蒸汽，使真空度上不去。不停电降温就加料，会造成喷溅等等。

7.6 金属过热后，一方面产生大量的金属蒸气，降低放电电压，助长了放电，一方面则使金属结晶粗大，浇铸时温度过高，也影响铸锭表面光洁度，因此测温装置是真空冶炼不可缺少的一部分。在测量 1600℃及以下的温度时，一般使用氧化铝、石英或金属陶瓷保护管，当测温管距离液面几十毫米时停留一会儿用液面温度烤热，到 500－600℃再下去测温以免爆裂。测量头不能长时间测量，所以浸入钢液中的时间不宜过长。如选用远红外辐射温度计需保持测孔玻璃清洁，否则会影响测量精度。

7.7 真空铸锭一般质量都很好，但也会出现如下一些缺陷：

缩孔：这主要是使用没有预热的模具接触面冷却过快，模具放气因此出现麻点，可以用氧化铝（AL２O３）薄薄的涂在锭模内壁，将锭模放在氧化性的火焰下薰烤上一层氧化铝或氧化锆薄膜。

粘模：大都是在浇铸温度过高，过快的情况下出现的。在锭模上口安装浇口及保温帽，在锭模底放一块耐火材料垫块或同类金属垫片，都可以避免粘模。

8 日常维护及注意事项

8.1 在开始熔炼后，当熔室压强低于 20Pa 时方可给炉体，感应线圈及油扩散泵冷却水，以免炉体及感应线圈表面凝结水滴而使在抽气时间影响真空度。当熔炼完毕后，破坏熔室真空前，应先停止炉体冷却水，同时维持感应线圈出口温在 34－50℃范围内。

8.2 在熔炼每炉的间隔时间内，应在所有真空阀门关闭的情况下，微微打开旋片式真空泵的镇气阀，并使旋片式真空泵继续运转约 5 分钟，以排除在抽气过程中凝结于油内的水份，提高旋片式真空泵的抽气速率及极限真空度。

8.3 旋片式真空泵的进油阀的调整螺栓（打开泵盖即可看到）应调整，使旋片泵的循环油徐徐进入泵的内部。油量过大影响抽气速率及极限真空度，油量过少恐怕因泵油润滑不足造成磨损或拉伤。此项工作应在空炉低真空抽气时间调整好并固定。此外，循环油过滤网应经常定期清洗。

8.4 禁止在高真空抽气时破坏炉体真空以免扩散泵油被氧化而不能工作。当扩散泵停止工作时，冷却水应继续流通，约 30 分钟方可切断泵的冷却水。

8.5 在熔炼过程中旋片真空泵应经常运转，不能停止。

8.6 炉体转动密封部分应妥为保护，经常加入密封油脂，经常保证良好的密封。密封油的饱和蒸气压在常温时应不大于 1.3×10-5Pa。

8.8 由于熔炼的进行，在熔室的内壁被凝结的水汽所润湿，这润湿了表面吸附气体将影响真空度，增长抽真空时间，所以随时擦干和清洁润湿内壁，对缩短抽气时间是很重要的。

10 坩埚制备

10.1 坩埚材料一般按冶金工艺选择；

10.2 坩埚尺寸见图 1；

10.3 烧结坩埚石墨尺寸见图 2；

10.4 钢锭模尺寸见图 3。 

11 成套设备

11.1 成套设备包括：

11.1.1 电炉本体及真空机组； 1 套

11.1.2 可控硅与变频装置； 1 台

11.1.3 50kg 操作箱； 1 台

11.1.4 液压站； (电动倾炉无液压站) 1 台

11.1.5 水冷系统（不包括管路）。 1 套