电磁冶金原理与工艺概述及感应熔炼
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼ISM熔炼技术（Induction Skull Melting），即感应凝壳熔炼技术，是随着熔炼钛合金等活泼金属的需要而发展起来的，是当前熔炼活性钛合金的最好方法，它不仅对合金无污染，而且合金熔体成分、温度、过热度易于控制。
该方法原理是坩埚周围布置的通电线圈使被熔炼金属感应生成与通电线圈位相相反的电流，感应电流产生的焦耳热使金属熔化，且位相相反的电流之间存在着作用力与反作用力，使被熔化的金属上浮不与坩埚接触。
该熔炼方法的特点是熔融金属不与坩埚接触，可大幅度降低热损耗。
该方法目前已实用化。
ISM熔炼技术的研究开始于19世纪50年代，最初由美国Scheppenient研制出可熔炼0.9kg钛的水冷坩埚。
目前，美国已建成容量达200kg的冷坩埚熔炼炉。
俄国的冷坩埚技术在世界领先，已经有系列的ISM设备，能够生产出重达几吨的铸件。
国内对ISM技术的研究从20世纪80年代初开始。
国内开展ISM研究的单位主要有哈尔滨工业大学，西北有色金属研究院，原冶金部钢铁研究总院等一些高校和研究所。
国内ISM熔炼技术的研究起步较晚，但是也取得了一些具有国际先进水平的独创性成果，较好地指导了活泼金属及合金熔炼。
自耗电极电弧炉对电极的质量要求很高，对原料要求也较高。
电子束炉、等离子弧炉要求电源功率较大，成本相对提高。
另外，这些熔炼方法所造成的熔池较浅，增大熔池体积只增大了表面积，而导致元素的挥发损失，这对控制合金成分是不利的。
由于感应电流有趋肤效应，在理论上利用上述熔炼方法中所使用的水冷铜坩埚无法通过感应加热而使金属熔化。
当采用导电的坩埚熔炼金属时，由于感应电流的趋肤效应，坩埚本身被加热，坩埚壁上的感应电流过高，影响了炉料所吸收的功率，只能熔化熔点低于坩埚材料的金属。
若用水冷却坩埚，所产生的热量绝大部分被水带走，炉料难以被加热熔化。
若将坩埚开一条缝或几条缝，则坩埚内磁场衰减很少，此时感应圈的功率主要消耗在炉料上。
电磁冶金原理
电磁冶金原理电磁冶金原理是指利用电磁场的力和热效应对金属材料进行冶炼和加工的原理。
电磁冶金技术是一种高效、环保、节能的冶金方法，已在金属冶炼、熔炼、铸造、热处理等领域得到广泛应用。
电磁冶金原理基于电磁力和热效应对金属材料进行控制和加工。
电磁力是指电磁场对带电粒子施加的力，这种力可以用于对金属熔体的搅拌、流动和分离等操作。
而热效应是指电磁场对金属材料产生的热量，可以用于加热和熔化金属材料。
电磁冶金原理在金属冶炼中的应用非常广泛。
电磁冶炼炉是一种利用电磁场加热金属材料的设备，它具有加热速度快、能耗低、温度均匀等优点。
通过调节电磁场的频率和强度，可以实现对金属材料的精确控制，提高冶炼效率和产品质量。
电磁冶金原理在金属熔炼中也有重要应用。
电磁搅拌技术是一种利用电磁力对金属熔体进行搅拌和混合的技术。
通过在金属熔体中加入电磁场，可以有效地改善金属熔体的质量和均匀性，减少夹杂物和气泡的生成，提高产品的性能。
电磁冶金原理还可以应用于金属铸造和热处理过程中。
电磁铸造技术是一种利用电磁力对金属液体进行控制和定向凝固的技术。
通过在金属液体中施加电磁场，可以使金属液体在凝固过程中形成有序的晶体结构，提高铸件的质量和性能。
而电磁热处理技术则是利用电磁场对金属材料进行加热和冷却的技术，可以实现快速加热和冷却的过程，提高金属材料的硬度和强度。
电磁冶金原理是一种利用电磁场力和热效应对金属材料进行冶炼和加工的原理。
电磁冶金技术在金属冶炼、熔炼、铸造和热处理等领域具有重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展和进步，电磁冶金技术将会在金属材料的冶炼和加工中发挥更加重要的作用，为金属工业的发展做出更大的贡献。
钢铁冶炼中的电磁技术研究
钢铁冶炼中的电磁技术研究随着工业化的不断发展，钢铁工业成为了国民经济的重要支柱之一，而电磁技术的应用使得钢铁冶炼过程更加智能化、高效化。
本文将介绍电磁技术在钢铁冶炼过程中的应用及其研究进展。
一、电磁技术在钢铁冶炼中的应用1. 电磁感应加热技术电磁感应加热技术是通过改变磁场强度和频率，在钢铁冶炼场景中加热金属材料，用来加速钢铁材料的熔化过程。
该技术具有加热速度快、能耗低、加热均匀等优点，被广泛应用于钢铁熔炼、热处理等领域。
2. 磁悬浮技术磁悬浮技术是指利用电磁力作用使物体悬浮在磁场中的技术。
在钢铁冶炼中，磁悬浮技术可用于提高钢铁液的纯度和透明度，加速冷却时间，提高钢铁质量和生产效率。
3. 电磁搅拌技术电磁搅拌技术是指利用电磁力作用在钢液中引入电流，强迫金属液体产生对流和搅拌的技术。
该技术可用于改善钢铁内部组织结构，提高钢铁品质，减少非金属夹杂物和气孔等缺陷。
4. 电磁铸造技术采用电磁技术进行钢铁铸造，在铸造过程中对铸造材料加热和搅拌，从而实现更快更高效的铸造过程。
该技术可用于提高铸造件的密度、结合度，在提升生产效率的同时，也能降低铸造件的缺陷率。
二、电磁技术在钢铁冶炼中的研究进展1. 磁悬浮技术在钢铁冶炼领域的应用目前，磁悬浮技术在钢铁冶炼工业领域的应用正变得越来越普遍。
Bechtel公司研制出一种基于磁悬浮技术的新型连铸机，该技术可大大减少钢铁生产过程中的不良因素和废品率，增加了生产效率。
2. 电磁隔渣技术的发展传统的钢铁冶炼过程中，会产生大量的隔渣。
电磁隔渣技术是一种旨在减少隔渣量、减少水污染以及降低成本的新型技术，该技术基于电磁感应、电磁场辅助和动态隔渣理论，可以在传统冶炼中取代高消耗的物理隔渣器，大幅提升钢铁质量，并能将含钢的渣料回收利用。
3. 磁流变技术的应用磁流变技术是一种利用磁场来改变流体的物理性质的技术，其特点是可以自动地控制流体的流量和流动方向，提高工作效率。
在钢铁冶炼过程中，磁流变技术可用于提高炉缸式发动机的热效率，从而降低温室气体排放量。
冶金工艺的熔炼原理
冶金工艺的熔炼原理冶金工艺的熔炼原理是指通过升温将金属和非金属物质转化为熔融状态，并利用其不同的物理和化学性质进行分离、提纯和合金化的过程。
冶金熔炼是冶金工艺的核心环节，它广泛应用于金属提取、金属精炼和合金制备等领域。
熔炼是将原料加热至高温并加入一定的熔剂，使原料熔化并与熔剂发生相互作用，从而完成金属和非金属的分离和提纯。
熔炼过程中，主要涉及到物料、炉料和炉气以及温度、气氛和反应动力学等方面的互相作用。
首先，物料和炉料的选择对熔炼过程至关重要。
物料包括矿石、废料等原料，而炉料则是用于提高熔融体的流动性或还原性能的添加剂。
物料的选择不仅取决于理化性质，还取决于金属的品位、矿石中的杂质含量以及石炭、焦炭和石油焦等炉料供热价值的高低。
其次，温度和气氛对熔炼过程也有重要影响。
温度是熔融过程的基本条件，一般具有合适的温度可以提高反应速率、降低粘度、促进溶质在溶剂中的扩散。
气氛则指的是熔炼过程中用于调节氧化还原性能的气体。
不同的气氛和温度可以对金属的熔融、氧化、还原和挥发等过程起到关键的调控作用。
例如，在熔炼铁矿石的过程中，通过调节气氛可以控制铁矿石的氧化还原反应，从而提高金属的回收率。
再次，反应动力学非常重要。
不同的反应需要不同的反应条件。
熔炼过程中的反应一般涉及到物料的熔化、扩散和传质作用。
熔炼的一些重要反应包括金属矿石的还原、硫化物的氧化、氧化物的还原以及金属的溶解和析出等。
这些反应的速率和平衡程度直接影响到熔炼的效率和产品质量。
另外，炉型和熔炼操作条件也对熔炼过程有重要影响。
常见的炉型包括电炉、重力炉和高炉等。
不同的炉型有不同的加热方式和反应区域，以及不同的熔炼效果。
熔炼操作条件包括炉温、料量、气压、搅拌强度等，这些条件可以直接影响到熔炼过程的控制水平和产品的特性。
总的来说，冶金工艺的熔炼原理是通过升温将物质转化为熔融状态，并利用其不同的物理和化学性质进行分离、提纯和合金化的过程。
这一过程涉及到物料、炉料和炉气以及温度、气氛和反应动力学等方面的互相作用，需要综合考虑各种因素才能达到所需的熔炼效果和产品质量。
电磁冶金原理(一)
电磁冶金原理(一)电磁冶金1. 引言•介绍电磁冶金及其在冶金领域的应用•引出本文的目的和结构2. 电磁冶金的基本原理•解释电磁冶金的基本原理•介绍涉及的电磁现象和力学原理2.1 电磁感应•讲解电磁感应的基本原理和公式•说明在电磁冶金中的应用2.2 感应加热•介绍感应加热的原理和特点•解释感应加热在冶金中的应用•引用具体的案例和实验结果2.3 磁悬浮•讲解磁悬浮的原理和作用机制•说明磁悬浮在冶金领域中的应用•举例说明其优势和效果2.4 电磁搅拌•解释电磁搅拌的基本原理和操作方法•介绍电磁搅拌在冶金中的应用情况•引用相关的研究成果和工程实践3. 电磁冶金的应用案例•介绍几个典型的电磁冶金应用案例•分析其优势和成效•说明实际应用中需注意的问题和挑战3.1 电磁感应熔炼•描述电磁感应熔炼的过程和优势•介绍其在金属冶炼中的应用情况•引用相关研究和行业实践的成果3.2 电磁搅拌炼钢•解释电磁搅拌炼钢的原理和优势•说明其在炼钢工业中的实际应用•引用工业上的成功案例和效果3.3 电磁辐射加热•介绍电磁辐射加热的效果和特点•讲解其在热处理领域的应用案例•引用相关的研究和实验数据4. 电磁冶金的未来发展•展望电磁冶金未来的发展方向和趋势•提出对电磁冶金相关技术的研究方向和需求•引用前沿的研究成果和理论进展5. 结论•总结电磁冶金的原理和应用情况•强调其在冶金行业中的重要性和潜力•提出进一步研究和应用的建议6. 参考文献•列出本文中引用的相关文献和资料•包括学术论文、科研报告、实验数据等来源7. 扩展阅读•推荐一些与电磁冶金相关的书籍和文献•提供读者进一步深入学习和了解电磁冶金的资源8. 致谢•感谢在本文撰写过程中给予指导和帮助的人士和团体•表达感激之情，并提醒读者对研究者和实践者的付出予以认可以上是一份针对“电磁冶金”的相关文章的框架。
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感应炉冶炼工艺技术
感应炉冶炼工艺技术感应炉冶炼工艺技术是一种现代先进的金属熔炼工艺，它是利用电磁感应发生器产生的高频电流在金属物料中产生电磁涡流，使金属迅速加热熔融，以实现快速、高效的金属熔炼过程。
感应炉冶炼工艺技术具有以下几个主要特点。
首先，感应炉具有加热速度快、热效率高的特点。
感应炉利用高频电磁感应原理，电磁感应发生器产生的高频电流在金属物料中产生电磁涡流，使金属迅速加热。
相较于传统的火炉加热方式，感应炉的加热速度更快，能够在较短时间内将金属加热到所需温度，从而大大节省了熔炼时间，并提高了生产效率。
其次，感应炉冶炼工艺技术对金属材料的质量控制更加精确。
感应炉可以精确控制电磁感应发生器的频率和功率，从而实现对金属加热过程的精确控制。
通过调节加热参数，可以确保金属材料在熔融状态下达到所需的化学成分和机械性能。
同时，感应炉通过进行适当的熔炼工艺操作，可以有效去除金属中的杂质和不均匀组织，提高了金属材料的纯度和均匀性。
再次，感应炉冶炼工艺技术对环境污染较小。
传统的火炉加热方式需要燃烧燃料产生高温，会产生大量的二氧化碳和有害气体，对环境造成污染。
而感应炉采用电磁感应加热方式，不需要燃烧燃料，排放的废气较少，污染物排放减少，符合环保要求，有利于可持续发展。
最后，感应炉冶炼工艺技术适用范围广。
感应炉不仅可以用于热处理金属，还可以用于熔炼各种金属，包括铁、钢、铜、铝、锌等。
不同于传统的电阻炉和电弧炉，感应炉具有良好的适应性和灵活性，可以根据不同的熔炼需求，灵活调整工艺参数，满足不同材料的冶炼要求。
总之，感应炉冶炼工艺技术是一种现代先进的金属熔炼工艺，具有加热速度快、热效率高、质量控制精确、环境污染小、适用范围广等优点。
随着科技的不断发展，感应炉冶炼工艺技术将在金属冶炼领域中发挥越来越重要的作用，并为金属产业的可持续发展做出新的贡献。
《感应电炉炼钢》课件
# 感应电炉炼钢 ## 概述 - 什么是感应电炉炼钢？ - 工作原理简介 感应电炉炼钢是一种高效、节能、环保的钢铁制造工艺，利用电磁感应原理将熔炼缺点
1 优点
- 加热速度快 - 热效率高 - 热能连续可调 - 操作简便
2 缺点
- 设备成本高 - 一次只能生产少量钢材
结论
高效、节能、环保
感应电炉炼钢是一种高效、节能、环保的钢铁 制造工艺
重要作用
在现代工业发展中发挥了重要作用
感应电炉炼钢的工艺流程
1
准备工作
准备熔炼原料、打开电炉冷却水、
加热熔炼
2
给炉内加入保护气体
给炉内加入熔炼原料，利用电磁感
应加热
3
出钢
将熔融钢液倒入铸模中
冷却处理
4
钢坯进行冷却处理，等待后续加工
感应电炉炼钢的应用
高质量钢材
适用于生产高质量钢材
广泛应用
应用于机械、汽车、制造业等领域
智能化制造
推动了钢铁行业的智能化制造
金属冶炼中的电磁场应用
电磁场在金属冶炼中具有广泛的 应用，如电磁感应熔炼、电磁搅 拌、电磁悬浮等。
研究背景和意义
随着科技的发展，金属冶炼行业面临 着资源紧张、能源消耗大、环境污染 严重等问题。
电磁场在金属冶炼中的应用有助于提 高生产效率、降低能耗、减少污染， 对实现可持续发展具有重要意义。
02
金属冶炼的基本原理
金属冶炼的定义和目的
案例二：电磁场在钢铁冶炼中的应用
总结词
改善钢铁质量与节能减排
详细描述
在钢铁冶炼中，利用电磁场可以控制钢水的成分和温度，从而改善钢铁的质量和 性能。此外，通过合理利用电磁场，还可以降低冶炼过程中的能耗和减少污染物 排放，有利于实现绿色生产。
案例三：电磁场在铜冶炼中的应用
总结词
提高铜的纯度与产量
详细描述
相比传统的高温熔炼方法，电 磁场熔炼技术产生的污染较少
。
灵活性强
电磁场可以灵活地应用于不同 种类的金属冶炼，适应性强。
电磁场在金属冶炼中面临的挑战
设备成本高
目前，使用电磁场进行金属冶 炼所需的设备成本较高。
稳定性问题
在某些情况下，电磁场可能导 致金属熔体的不稳定，影响产 品质量。
技术难度大
掌握和优化电磁场在金属冶炼 中的应用技术需要较高的专业 知识和技能。
电磁场的应用能够降低能耗和 减少环境污染，符合绿色冶金
的理念。
电磁场在金属熔炼、凝固和连 铸过程中的作用机制得到了深
入研究和验证。
电磁场技术在实际生产中的应 用已经取得了一定的成果，但
仍需进一步优化和完善。
对未来研究的建议和展望
深入研究电磁场在金属冶炼过程中的 作用机制，探索更高效的工艺参数和 控制方法。
电磁控制冷却
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•发展概况
✓ 1819年丹麦奥斯特——电流的磁效应 ✓ 1831年法国法拉第——电磁感应现象 ✓ 1833年德国楞茨——楞茨定律 ✓ 十九世纪末感应熔炼雏形出现 ✓ 二十世纪四十年代开始电磁冶金应用研究（英国） ✓ 1982年第一届磁流体力学在冶金中应用大会（英国） ✓ 1985年确定了材料电磁工艺名称 （Electromagnetic processing of materials 简称
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•对于多匝线圈
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2.2.4感应熔炼热量的产生
交变电流产生交变磁场 交变磁场产生感生电流
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电磁冶金原理与工艺概回路电阻为R时,电流I:
I 1 d
R dt
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•透入深度：
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炉料表面得到的单位有功功率：
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•不同材料在不同频率的透入深度
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•电流透入深度的实际意义 电流透入深度影响熔炼效率
EPM）
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1.2电磁冶金技术分类
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•电磁功能与冶金材料工艺过程的对应关系
基本原理
雾化
电磁雾化
热量生成
冷态坩埚，悬浮熔炼，磁场加热
探测
传感器
精炼
电磁精炼，非金属夹杂物的电磁分离
凝固组织的控电制磁冶金原理晶与工粒艺细概述化及，感应晶熔粒炼 粗化，的单生晶成生长，非晶态金8属物
过程
电磁力
感应搅拌
感应加热
检测/分析
制铁
选矿机磁力制动
连铸铸型流动控制
浇包内熔钢的搅拌
中间包内熔钢的加热
转炉内氧质量分数的测 量
应用： 1. 金属熔炼 2. 铸造 3. 金属压力加工 4. 金属焊接 5. 金属热处理
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•感应熔炼
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2.2感应熔炼基本原理
2.2.1电磁感应现象：
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1.3.1已成熟应用技术
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1.3.2正在开发的技术
（1）电磁软接触连铸 （2）金属熔体的电磁净化 （3）凝固组织电磁控制 （4）薄带坯连铸电磁侧封
……
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2. 感应熔炼原理与应用
2.1感应加热概述 2.2感应熔炼基本原理 2.3中频感应炉设备与工艺 2.4真空感应炉设备与工艺
主要内容：
1.概述 2.电磁感应熔炼原理及应用 3.电磁搅拌原理及应用 4.电磁场在冶金及材料领域的其他应用 5.电磁冶金研究方法
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1.概述
1.1电磁冶金发展概况 1.2电磁冶金技术分类 1.3电磁冶金技术应用及发展前景
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2.1感应加热概述
1890年瑞典发明了第一台感应熔炼炉 20世纪初应用于工业领域 20世纪60年代大量应用
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优点：
1. 非接触式加热 2. 加热效率高 3. 容易控制温度 4. 可实现局部加热 5. 可实现自动化控制 6. 可减小占地 7. 热辐射，噪声和灰尘 8. 应用广泛 9. 操作灵活 10.工艺适应性强
电磁体积力
焦耳热量 楞次定律 综合功能
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材料处理的功能 形状控制 驱动液体 抑制流动
工艺
冷态坩埚，悬浮熔炼，立式电磁铸造，金属薄膜 的磁成型，塑性变形（由非均匀磁场形成的变形）
电磁搅拌，电磁泵
卓克拉尔斯基磁力法，磁力制动，薄带的边部磁 控制，抑制波动
悬浮
水平式电磁铸造，非金属夹杂物的电磁分离
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1.1电磁冶金发展概况
电磁冶金学：
以电磁热流体力学为基础， 研究冶金与材料制备过程电磁 场应用的工程科学，是电磁学、 热力学、流体力学相互交叉的 学科。
电磁冶金技术：
以电磁热流体力学为指导， 采用电磁场对金属材料进行制 取、凝固、成型及处理的新型 工程技术。
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2.2.5感生电流特征——涡流
涡流：当块状导体处于变化磁场中时，导 体内产生电流且自行闭合，称为涡流。
三种效应： （1）集肤效应 （2）邻近效应 （3）圆环效应
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（1）集肤效应
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2.2感应熔炼基本原理
2.2.2法拉第电磁感应定律：
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2.2.3楞茨定律
闭合回路中感应电流的方向，总是使它产生 的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的变 化。
G
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锌池加热
制管
离心式流动中间包
钢管电阻焊无缝钢管 热处理
焊接
焊接熔池的静磁场流动 控制
质量控制
感应电流法表面粗糙度 检测，内部夹杂物检测
材料20开21发年3月14日强磁场微观组织的控制 电磁冶金原理与工艺概述及感应熔炼
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•按所施加磁场分类
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1.3电磁冶金技术应用及发展前景
制钢
超导电磁场连铸铸型流 连铸铸型内熔钢的搅
动控制
拌
浇包内熔钢加热
感应法检测连铸铸型内 的液面
施加交变磁场 初期凝固壳的控制
中间包内夹杂物分离 的搅拌
冷坩埚内加热和熔化
连铸二冷水的流速检测
热轧
板、棒的结合边角加 热，ISP板坯加热
电磁制动
连续镀锌线的合金化 处理
表面处理
流动控制铸型
连续镀锌线干燥炉
水平磁场 流动控制