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一般來說,熔煉速度和需要熔煉的金屬都是事先決定的,所要求的熔煉速度決定了所要求的功率。
根據(jù)經(jīng)驗可得到以下估算原則:
金屬 功率KW/噸/小時 金屬 功率KW/噸/小時
鐵 500 黃銅 350
鋼 600 鋁 600
當(dāng)向爐子輸入一定功率時,煉金屬中就會感應(yīng)出電流,加熱金屬。同時,由于存在電磁力的作用,一旦金屬融化以后,就會產(chǎn)生液態(tài)金屬的運動。
這一運動(攪拌)從熔池的開始,向線圈兩端移動,由于金屬受爐底和爐壁的約束,因而最終的運動總是向上的,在爐池的頂部形成一個駝峰。表示這一攪拌強度的的辦法,就是使用駝峰高度對溶池直徑的比值來表達。
如果駝峰高度為一個單位,溶池直徑為10個單位,則:
H/D=1/10=0.1
從經(jīng)驗可知,最合適的攪拌強度為:
金屬 H/D比值
鐵 0.125—0.2
鋼 0.07—-0.125
黃銅 0.07—0.15
鋁 0.035—0.5
鐵為了能使碳元素均勻分布,需要相對高的攪拌強度。一般,在熔煉的最后階段加入碳和硅元素,由于兩種元素都比較輕,因而需要比較強勁的攪拌,在攪拌強度和碳,硅的還原百分率之間存在一個直接的相互關(guān)系,如果攪拌不足,很大一部分碳和硅就會形成爐渣。
對鐵來說,良好的還原率可達到95%,硅可達到78%。然而,如果攪拌不足,這一百分比率就會很快下降,對于鐵會低于80%,硅會低于60%。
熔煉的過程中,所需要的攪拌強度要小得多。由于鋼通常澆注溫度較高,因而非常易于氧化,攪拌強度越高,鋼暴露于表面同大氣接觸的程度就越嚴(yán)重,同時,如果攪拌強度過高,爐襯就會非常迅速地遭到侵蝕。
同樣,黃銅在熔煉過程中也有氧化問題,因而建議使用比較低的攪拌強度。
對于熔鋁來說,對攪拌強度的要求有一個較大的范圍,熔化的鋁水極易氧化,同時易于和隨著攪拌增加而上升的氫化合,因此,通常熔鋁建議采用較低的攪拌強度。然而,對于形成合金成份,攪拌是必要的,熔煉某些形式的爐料,也需要攪拌。
如果,當(dāng)爐子中加入很薄的金屬爐料,在其熔化以前容易被氧化,形成爐渣,為了克服這一問題,經(jīng)常把金屬爐料,破碎成米粒般小的顆粒,然后把它們直接放入攪拌非常劇烈的熔池中,攪拌強度可達H/D比值0.5,用這種方式熔煉,氧化程度仍然比熔煉塊狀爐料小得多,特別是當(dāng)這類爐料以金屬錠的形式出現(xiàn),因為,在金屬錠冷卻時,其中的氫形成了氣泡,重新熔煉時,會出現(xiàn)爆裂。
讓我們看一個典型的系統(tǒng)3000KW 5噸爐:
在200HZ的情況下,攪拌強度所具有的H/D比值幾乎正好等于0.2,在300HZ時,降到0.17;在500HZ時為0.13,700HZ為0.11,在50HZ時,其值超過了0.4。
可以比較當(dāng)頻率在200HZ至500HZ之間時,H/D值都落在0.125至0.2的推薦范圍內(nèi)。然而,通常都選擇范圍內(nèi)的頻率,以改善增碳效果。
如果我們把0.2作為攪拌強度推薦值,則對于每一個頻率值就需要調(diào)整功率配置,以適合這一頻率:
5T熔煉爐
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6000
5000
4000
3000
2000
1000
0 0.1 0.2 0.3
H/D
對于用戶,特別是對于制造商來說,使用更高的頻率,更大的額定單位功率具有某些有利之處。在間斷熔煉中,兩爐次之間,爐子是被倒空的,可以看到,更高的頻率會產(chǎn)生更快的熔化速度。這是因為在熔煉的開始階段,整個待熔金屬料是由小塊爐料組成的。
由于加料方式等問題,一般說來,加料密度,近為爐子容量的1/3,換句話說,整個爐料中含有2/3的空氣,這時,電氣上爐料是一個非常差的負(fù)載,向爐子輸入功率時,單塊爐料之間會起弧并且焊在一起。一旦焊在一起,在電氣上整個爐料就會形成很大一塊,因而提高了爐子效率。單塊小爐料間起弧搭焊的速度取決于頻率,使用更高的頻率在這兒有其處。
然而,如果不倒空爐子,在爐子底部留下小部分的金屬液,使用較低頻率的不利之處就能被輕易的克服。
為了同高頻率匹配而需要采用較大的額定功率,這會導(dǎo)致一些不利之處:
一般在金屬達到1350℃時,進行碳當(dāng)量分析,需要大約5分鐘來進行化驗和成分調(diào)整,然而,需要5分鐘使碳和硅均勻分布于液態(tài)金屬中。
功率為3000KW時,過熱升溫率大約每分鐘31℃,從這一點開始曲線幾乎呈線性地上升到一點——功率為5500KW,速率約為每分鐘57℃。如在1350℃時進行碳當(dāng)量分析,澆注溫度為1500℃,則當(dāng)功率為3000KW時,在4.8分鐘內(nèi)能達到目標(biāo)溫度,但當(dāng)功率為5500KW時僅需2.6分鐘,因此,當(dāng)功率為5500KW時,極有可能加入的成分調(diào)整元素在達到目標(biāo)溫度之前不能均勻滲透于液態(tài)鐵水中。
在生產(chǎn)中,拙劣的加料方式和操作者的疏忽大意是經(jīng)常存在的現(xiàn)象,因此在非常高的功率密度狀態(tài)下,就存在由于爐內(nèi)爐料搭橋而產(chǎn)生事故的危險。
如果在爐子下部爐料熔化形成了相對較少的液態(tài)金屬,且上部加入的爐料搭接在一起,以至于上部冷料不能進入下部液態(tài)金屬中,由于下部較少的液態(tài)金屬量,其溫度上升速度會比上面談到的大得多。
金屬溫度會非??斓厣仙匠^爐襯的熔點,這樣穿爐現(xiàn)象就有可能發(fā)生。
采用非常高的功率密度,就有必要使用自動加料系統(tǒng),這就要大量增加工程費用。
下面是推薦的熔煉爐額定功率配置(鐵和鋼)
爐子容量 功率范圍
1噸 500—750KW
2噸 1000—1500KW
3噸 1500—2000KW
4噸 1750—2500KW
5噸 2500—3000KW
6噸 3000—4000KW
8噸 4000—5000KW
10噸 5000—7000KW
12噸 6000—8000KW
15噸 8000—10000KW
下面是推薦的鐵水保溫爐最小功率
3/4噸 400KW
5/6噸 600KW
8噸 750KW
10噸 1000KW
12噸 1250KW
15噸 1500KW
20噸 2000KW
保溫爐的功率水平是根據(jù)能夠燒結(jié)爐襯所需要的最小功率而決定的。