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真空感应熔炼的熔炼工艺和发展与展望

2021-05-25 11:28:34

 真空感应熔炼的熔炼工艺包 括坩埚的选择与制备,炉料准备,熔化和精炼以及浇注等。

坩埚的选择与制备

坩埚的寿命和坩埚与液态金属相互作用直接影响设备的生产率和金属成品的质量。通常小炉选用预制坩埚;较大熔炼炉(>250kg)采用打结法制备坩埚较为经济。用得最广泛地是不同纯度的氧化铝和氧化镁为基的耐火材料,选用何种耐火材料取决于被熔合金的化学性质。对熔点较低而又不与碳反应的金属,如铀与铜,可选用石墨坩埚;对含化学活性多的合金则可选用氧化钙或氧化钇稳定化的氧化锆耐火材料。20世纪80年代真空感应炉的坩埚材料有了重要发展,用水冷铜片镶制坩埚可彻底免除坩埚与金属液间反应,从而可用真空感应炉熔炼钛、锆等活性金属;用预制氧化钙坩埚可大大提高熔炼金属的质量。

炉料准备

真空感应熔炼用的原材料需经仔细化验和选择,如对在真空中不易去除的磷与硫的含量加以限制;经过熔炼虽然可以脱除原料中含有的氧与氮等气体,但宁肯花稍高的价格买低杂质含量的原料,从而节省真空感应净化所需时间;同理,在使用返回料时必须清除氧化皮、油、脂及其他易挥发污物。

熔化与精炼

在第一批装料中含有全部非活性合金元素,同时希望有一定量的碳,这样在料熔化时碳可以充分脱氧,又起搅拌作用;相反在炼制超低碳合金时则配有过量氧以便在熔化期充分脱碳。熔化期要避免激烈沸腾造成金属液强烈喷溅损失,必要时在熔化期通入一定压力的氩气以抑止金属液沸腾。在精炼期应注意熔池得到充分搅拌以利于金属液成分均匀和各种冶金反应的进行;精炼期温度应选择适当,温度高有利于提高反应速度,但温度过高会由于金属液与坩埚材料反应加速,从而导致金属液含氧量增高等不利影响;精炼期真空度应达到抽气设备实际的蕞高值,通常在1.33~0.13 N/m(之间,以发挥真空冶炼的优势,只有在炼制需要加入易挥发合金元素时才通入氩气阻止挥发损失;一般活性合金组元在金属液充分脱氧后加入,然后调整熔池温度准备浇注。

真空感应半连续式熔炼炉

浇注

浇注工艺直接影响产品质量。首先是精准控制浇注温度,选择浇注温度应使金属液具有良好流动性,但不要使金属液过热导致烧伤模壁及冷凝产生的二次夹杂增多等缺点。其次采取措施防止浮渣等进入铸模,使用带挡渣板的导流槽能得到良好效果;80年代研制出的各种泡沫陶瓷过滤器,对高温合金起到明显减小夹杂的净化效果。为了填充铸锭缩孔,可使用发热保温帽、绝热保温帽、电弧加热和感应加热等办法。


在20世纪40年代真空感应熔炼主要炼制加热用电阻合金,它纯净度高、拔丝容易;同时也用于生产软磁合金。60年代以来,中国邵象华、美国埃里奥特(Elliott J.F.)和前苏联萨马林(Cамарин A.M.)等对真空冶金物理化学作了较全面的评述并进行了多方面的研究。真空冶炼在金属的纯化、成分控制、性能改进及洁净度等方面有明显的效果。在60年代以后真空感应熔炼又增加了超高强度钢、超纯铁素体不锈钢及电子工业用高纯靶材等产品。对于合金性能要求很高的材料常常采用真空感应熔炼与真空电弧重熔或电渣重熔双联冶炼工艺,这时真空感应炉炼制电极,由真空电弧炉或电渣炉重熔成锭,这种双联冶炼出的锭子成分控制精准,杂质含量低,夹杂少而且具有良好铸锭组织改善加工成型性能。

真空感应熔炼今后在下述四个方面仍将获得广泛应用:(1)熔炼要求成分控制精准、纯度高、夹杂少的合金。如镍基高温合金、超高强度马氏体时效钢、超纯铁素体不锈钢及高纯金属等;(2)回收贵重合金料,如镍基合金、高合金不锈钢等;(3)生产无余量加工的精密铸造件;(4)用水冷铜片镶制坩埚与氧化钙坩埚熔炼活性金属合金如钛、锆等。





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