稀有金属真空熔铸技术及其设备设计PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 真空熔炼、铸造、烧结 1

1.2 真空电炉 1

1.3 钛及钛合金铸锭、铸件生产的特点及设备与方法 2

1.3.1 钛及钛合金铸锭、铸件的冶金特点 2

1.3.2 钛及钛合金铸锭、铸件真空熔炼设备 2

1.3.3 钛及钛合金铸锭、铸件真空熔炼方法 4

参考文献 8

2 真空熔炼的物理化学过程 9

2.1 真空熔炼热力学 9

2.1.1 挥发 9

2.1.2 脱气 12

2.1.3 分解 13

2.1.4 脱氧 14

2.2 真空熔炼动力学 15

2.2.1 挥发 15

2.2.2 脱气 20

2.2.3 脱氧 21

参考文献 22

3 稀有金属真空熔炼、烧结、热处理炉的真空系统的设计与计算 23

3.1 真空系统设计概述 23

3.2 真空系统设计内容与计算的一般程序 23

3.2.1 真空系统设计的内容 23

3.2.2 设计计算的一般程序 23

3.3 真空系统设计中的主要参数与分析 24

3.3.1 真空系统设计依据的主要参数 24

3.3.2 真空室内的气源情况 24

3.4 真空系统的选泵和配泵计算 28

3.4.1 炉室放气量、漏气量的计算 28

3.4.2 选择主泵 29

3.4.3 主泵的抽速计算 30

3.4.4 配泵计算 32

3.4.5 维持泵计算 34

3.4.6 炉室预真空的抽气时间计算 35

3.4.7 预真空泵的抽速计算 35

3.5 真空系统的设计 36

3.5.1 中真空系统 36

3.5.2 高真空系统 38

3.6 真空系统的结构设计注意事项 41

3.7 真空系统设计中应注意的问题 42

3.8 真空系统的工作状态 43

3.9 真空管路流导的计算 44

3.9.1 真空管道内气体流动状态 44

3.9.2 黏滞流、分子流和黏滞-分子流的判别 44

3.10 真空系统设计计算举例 47

3.10.1 技术要求 47

3.10.2 主泵类型和真空系统的确定 47

3.10.3 炉室内放气量的计算 47

3.10.4 主泵抽速的计算 49

3.10.5 配泵计算 51

3.10.6 预真空机械泵抽速计算 51

3.10.7 维持泵抽速Sw的计算 52

3.10.8 抽气时间的计算 52

3.11 真空测量 54

3.11.1 真空表（计）的选用方法 54

3.11.2 常用热传导真空表（计）和电离真空表（计） 55

3.12 真空系统中常用结构材料与处理 56

3.12.1 对结构材料的基本要求 57

3.12.2 常用的金属及其合金 57

3.13 真空检漏技术 57

3.13.1 概述 57

3.13.2 对真空系统密封程度的分析 59

3.13.3 真空检漏方法 61

3.13.4 检漏的过程 63

参考文献 63

4 真空电弧炉 64

4.1 真空电弧熔炼概论 64

4.2 真空非自耗电弧炉 64

4.3 真空自耗电弧炉 67

4.3.1 VAR法的优缺点 68

4.3.2 真空自耗电弧炉结构类型 68

4.3.3 真空自耗电弧炉的发展概况 69

4.3.4 VAR法的工艺过程 73

4.3.5 钛合金铸锭VAR法熔炼的基本工艺过程 87

4.3.6 VAR法工艺参数的选择原则 93

4.4 真空自耗电弧炉的结构及其设计计算 95

4.4.1 概述 95

4.4.2 真空自耗电弧炉的结构和作用 99

4.4.3 结构设计与计算 103

4.5 真空自耗电弧炉的电源与电气控制系统 133

4.5.1 真空自耗电弧炉的熔炼电流、电压和炉子功率的计算 133

4.5.2 电弧电源 145

4.5.3 电源与炉体之间的引线 155

4.5.4 电气控制系统设计 157

4.5.5 电极杆传动的自动控制 160

4.6 真空系统 169

4.6.1 真空系统的确定 169

4.6.2 真空电弧炉真空系统设计的注意事项 171

4.6.3 真空系统的电气自动控制 171

4.7 关于真空自耗电弧炉的其他问题 174

4.7.1 光学观察装置 174

4.7.2 真空自耗电弧熔炼的安全问题 175

4.7.3 VAR法熔炼特点和需要解决的技术问题 178

参考文献 178

5 真空自耗电弧凝壳炉 179

5.1 概述 179

5.1.1 凝壳炉的类型 180

5.1.2 凝壳炉电弧熔炼的优缺点 182

5.2 钛及钛合金铸造的发展概况 183

5.3 凝壳炉的结构 185

5.3.1 炉体 185

5.3.2 坩埚及坩埚翻转系统 185

5.3.3 电极杆及其升降系统 189

5.3.4 光学观察系统 190

5.3.5 装料机构 190

5.3.6 离心转盘机构 190

5.3.7 真空系统 190

5.3.8 电源部分 191

5.3.9 电气控制系统 191

5.3.10 计算机监控系统 191

5.3.11 操作车 191

5.4 500kg凝壳炉的设计计算实例 192

5.4.1 主要技术参数 192

5.4.2 基本参数的设计计算 192

5.4.3 坩埚直径（D）和深度（H）的选择 193

5.4.4 熔化速度及熔化时间的确定 195

5.4.5 热平衡计算炉子的功率 195

5.4.6 工作电流II与电弧电压U弧的计算 198

5.4.7 凝壳炉的热平衡功率及电源输出电压计算 199

5.4.8 单位能耗及炉子效率的计算 201

5.4.9 坩埚冷却水带走的热量计算 201

5.4.10 电极杆冷却水带走的热量计算 203

5.4.11 500kg凝壳炉的真空系统设计计算 204

5.4.12 电极杆升降传动系统的设计计算 221

5.4.13 电源与自动控制 225

5.5 真空自耗凝壳炉控制系统的设计概述 226

5.5.1 真空自耗凝壳炉控制系统的功能要求 226

5.5.2 硬件构成 226

5.5.3 软件方案 227

5.5.4 系统模块 228

5.6 L2000SM—Ti真空凝壳熔化炉 229

5.6.1 主要技术参数 229

5.6.2 真空凝壳炉的结构组成 229

5.6.3 真空凝壳炉的设计特点 229

5.7 凝壳炉的熔化浇铸工艺流程 231

5.7.1 准备阶段 232

5.7.2 熔化、浇铸阶段 233

5.7.3 凝壳炉的熔化、浇铸工艺 233

5.8 钛铸造工艺设计 239

5.8.1 钛及合金的铸造特性 239

5.8.2 钛铸造的造型工艺 240

5.8.3 确定工艺方案 245

5.8.4 浇铸系统的设计 245

5.8.5 浇铸系统形式 246

5.8.6 钛及钛合金的物理性质、化学性能 249

5.9 钛铸件的缺陷及防止方法 250

5.9.1 钛铸件常见的内部缺陷 250

5.9.2 钛铸件的表面缺陷 253

5.10 凝壳炉的安全 255

5.10.1 真空凝壳炉产生爆炸的危险 255

5.10.2 安全措施 255

参考文献 256

6 电子束炉 257

6.1 电子束熔炼概况 257

6.2 电子束炉的工作原理 261

6.2.1 电能转换成热能 261

6.2.2 电子束熔炼的基本原理 263

6.3 电子枪的种类 264

6.3.1 远聚焦枪 265

6.3.2 近环形枪 266

6.3.3 远环形枪 266

6.3.4 横向枪 267

6.4 120kW电子枪的工作原理 267

6.5 电子束炉的结构及其设计计算 269

6.5.1 炉体 270

6.5.2 电子束发生器（电子枪）结构及设计计算 271

6.5.3 进料机构 287

6.5.4 坩埚及拖锭机构 290

6.5.5 真空系统 290

6.5.6 水冷却系统 291

6.5.7 观察装置 292

6.5.8 高压电源与自动控制系统 292

6.6 基本工艺及参数 297

6.6.1 熔炼功率的确定 297

6.6.2 比电能 299

6.6.3 熔化速度 299

6.6.4 熔炼真空度 300

6.6.5 熔炼次数 300

6.6.6 拉锭工艺 301

6.7 EB法熔炼铸锭质量 301

6.7.1 铸锭组织 301

6.7.2 铸锭化学成分 301

6.7.3 合金成分的控制 301

6.7.4 EB法熔炼铸锭缺陷及防止措施 302

6.8 EB法熔炼时炉内的反应 302

6.9 电子束冷床炉熔炼技术概况 303

6.9.1 2400kW电子束冷床炉 303

6.9.2 1800kW电子束冷床炉 309

6.9.3 500kW电子束冷炉床熔炼炉 311

6.10 60kW电子枪的设计计算实例 316

6.10.1 60kW电子枪的设计 317

6.10.2 电子束光路系统的计算 321

6.10.3 一次聚焦线圈、偏转线圈、二次聚焦线圈的设计 325

参考文献 329

7 真空感应炉 330

7.1 感应加热与熔炼的物理基础 331

7.1.1 电磁感应现象与感应加热的物理实质 331

7.1.2 集肤效应与透入深度 333

7.1.3 邻近效应与圆环效应 336

7.1.4 感应加热时的传热及温度分布 338

7.1.5 电动力效应与搅拌作用 338

7.1.6 感应加热过程中材料物理性能的变化 340

7.2 真空感应炉的发展概况 341

7.2.1 国内部分 341

7.2.2 国外部分 342

7.2.3 真空感应熔炼炉在钛工业的发展趋势 343

7.3 真空感应熔炼的优点与缺点 343

7.3.1 感应熔炼炉的优点 343

7.3.2 感应熔炼炉的缺点 344

7.4 真空感应熔炼炉的分类 345

7.4.1 卧式炉 345

7.4.2 立式炉 346

7.4.3 炉体倾动式 347

7.4.4 下铸式（底漏式） 347

7.5 真空感应炉的结构及设计计算 348

7.5.1 炉体结构设计计算 348

7.5.2 坩埚结构设计计算 353

7.5.3 坩埚的制作 357

7.5.4 感应器结构设计计算 359

7.5.5 感应熔炼炉的电工计算 362

7.5.6 真空中频感应熔炼炉感应圈的结构设计计算实例 377

7.5.7 能量消耗 390

7.5.8 电源设备 391

7.5.9 功率因数和补偿电容 392

7.5.10 真空系统 393

7.5.11 转轴结构设计 393

7.6 真空感应熔炼工艺 395

7.7 真空感应氧化物坩埚熔炼法 396

7.8 真空感应水冷铜坩埚熔炼法 401

7.8.1 真空感应水冷铜坩埚熔炼法（钛的悬浮熔炼）的基本原理 401

7.8.2 钛悬浮熔炼的特点 404

7.8.3 钛的悬浮熔炼与铸造 405

7.9 真空吸铸式水冷铜坩埚感应凝壳炉 406

参考文献 407

8 真空等离子熔炼炉 408

8.1 等离子枪基本工作原理 408

8.2 真空等离子束炉 411

8.2.1 真空等离子束熔炼炉（PA法） 411

8.2.2 等离子束炉的工作原理 412

8.2.3 等离子束炉的放电过程 412

8.3 400kW等离子束熔炼炉 413

8.3.1 等离子枪与聚焦线圈 415

8.3.2 料仓和加料机构 416

8.3.3 坩埚和拉锭机构 416

8.3.4 真空系统 416

8.3.5 充氩系统 417

8.3.6 电源 417

8.4 等离子束炉熔炼工艺 418

8.4.1 等离子束炉熔炼工艺 418

8.4.2 等离子束炉熔炼参数 418

8.5 真空等离子束冷床炉 420

8.5.1 真空等离子束冷床炉概况 420

8.5.2 钛合金等离子束冷床炉熔炼技术的发展 420

8.5.3 等离子束冷床炉工作原理 421

8.5.4 等离子束冷床炉熔炼技术的优点 423

8.5.5 等离子束冷床炉熔炼技术的发展应用 423

8.5.6 我国等离子束冷床炉熔炼技术的发展 425

8.6 真空等离子弧炉 426

参考文献 429

9 高真空垂熔烧结炉 430

9.1 真空烧结一般理论根据 431

9.1.1 电流的集肤效应 432

9.1.2 被加热材料截面上温度分布 432

9.1.3 加热过程中材料温度随时间的变化 433

9.2 直接电阻加热的电热计算 433

9.2.1 加热时间的确定 433

9.2.2 变压器容量的确定 434

9.2.3 供给被加热材料的端电压（变压器的次级电压）的确定 434

9.3 600kW高真空垂熔烧结炉 436

9.3.1 主要技术参数 436

9.3.2 高真空垂熔烧结炉的主要组成部分及其主要功能 436

9.4 烧结工艺过程 439

9.4.1 烧结 439

9.4.2 烧结温度的确定 439

参考文献 440

10 真空中频感应烧结炉 441

10.1 真空中频感应烧结炉频率的选择 441

10.2 100kW真空中频感应烧结炉 442

10.2.1 主要技术参数及性能 442

10.2.2 主要结构及组成 443

10.3 真空中频感应氢气烧结炉 446

10.3.1 主要技术参数及性能 447

10.3.2 主要结构及组成 448

10.3.3 控温系统 448

10.4 粉末冶金方法 449

10.4.1 粉末制坯的成形过程 449

10.4.2 预结 449

10.4.3 烧结过程 449

10.5 真空中频感应烧结钼板坯工艺 450

10.5.1 典型工艺流程 450

10.5.2 原料 450

10.5.3 油静压成形 451

10.5.4 坯料预结 451

10.5.5 真空烧结 452

10.5.6 钼坯料质量检验 452

10.5.7 粉末冶金法的优点 453

参考文献 453

附录 454

附录1 454

附录2 455

附录3 456