真空感应悬浮熔炼实验
真空感应悬浮熔炼实验
一、实验目的1、了解真空感应悬浮熔炼实验的基本原理；2、掌握真空感应悬浮熔炼的操作方法。
二、真空感应熔炼的特点真空感应熔炼作为一个高温冶金过程有很大的优越性，因为它有坚实的热力学基础。
咋非真空感应熔炼过程中，只有控制金属液的温度，而在真空过程中，温度和压力两者都可以控制。
与大气熔炼相比真空感应熔炼有以下优缺点：1、能够比较彻底地清除钢液中的气体根据物理化学中的气体熔解定律，对于双原子气体（H2，N2）来说，它们在钢液中的溶解量是炉气 中该种气体的分压力的平方根成正比的，其间的关系可用下式表示：(H)=k1PH1/2(N)=k2PN1/2式中：（H ）（N ）为氢和氮在钢液中的溶解量；PH 、PN 为炉气中氢和氮的分压力；k1、k2为平衡常数。
由上式可见，当降低炉气中氢气和氮气的分压力时，钢液中的气体含量就会随之减少。
如果炉气中的真空度很高（即pH ≈0,pN ≈0）时，则钢液中的含气就可以降低到很低的程度。
例如，实验结果表明，只要真空度达到10μm 汞柱时，钢中氢的含量可以降低至1ppm 以下。
2、钢液可以充分脱氧和降碳由于钢液的熔化过程是在真空条件下进行，钢液中元素的氧化程度很轻微。
因此，只要炉料很干净，所练出的钢，氧化夹杂物就会很少。
另一方面，在真空条件下，碳的脱氧能力比常压下大为提高。
这是因为碳的氧化反应：C+Fe →CO+Fe 所生成的一氧化碳被抽走，因而使得反应进行得很彻底，钢液脱氧良好。
3、金属元素的蒸发液态合金中每种元素都有一定的蒸气压，当蒸气压超过外界压力时，元素就会蒸发。
在大气熔炼的条件下，只要极少数金属元素会发生显著的蒸发现象。
但在真空条件下熔炼时，钢中蒸汽压较高的元素就会发生显著的蒸发现象，结果会造成钢液化学成分控制的困难。
4、坩埚材料的沾污在真空熔炼条件下，炉衬耐火材料会被钢液所侵蚀，这种侵蚀主要表现为钢液中的碳被还原，其结果是，还原产物进入钢液，使钢液的化学成分发生变化。
3.真空感应炉熔炼-西安建筑科技大学
3[Ca]+2[P]=Ca 3P2
参与反应的钙可以 是金属钙也可以是 钙的合金（硅钙合 金）或钙的化合物 （CaC2)
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3.6 新技术在感应炉冶炼中的应用
反应产物Ca3P2不溶于钢液，在炼钢温度下会以液态上浮而进入 渣中，在炼钢条件下不稳定，是一种强的还原剂，当炉内气氛氧 势偏高和渣中存在易还原的氧化物时，会发生如下反应：
镁特定的物化性质决定着，在镁的加入操作中，镁的加入 方式回收率的控制都是难以完善解决的工艺问题，使用镁合金 如：Ni-Mg、Ni-Mg-Me以降低镁的蒸汽压，提高熔点和沸点。 镁处理的操作过程为： 精炼期结束后，若要求添加B、Ce,在B、Ce加入后，调节 熔池温度，使温度低于出钢温度20℃; 真空室内充高纯氩气至13-27kPa; 镁以块状的含镁中间合金加入金属熔池; 镁加入后立即大功率搅拌，时间不宜过长，为减少镁的 损失，加镁后，通常1-5min内出钢;
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3.3真空感应炉冶炼工艺过程
3.3.4 出钢和浇注
合金化结束后，坩埚中的金属液达到预定的成分 和温度，真空度也符合要求，则可出钢； 采用真空浇注，小型炉用上注，大型炉也可以下 注。
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3.4元素的挥发与控制
所有金属都存在一个平衡的蒸汽压pi*,它取决于该金属的物 性、气态的存在形式（单原子、双原子还是多原子组成气态分 子）以及温度。i物质的蒸汽压pi*，与温度的关系式为：
40CrNiMo(SAE4340)，(C：0.42%；Mn：0.76%；Cr：0.77%；
Ni：1.67%；Mo：0.20%)
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3.1.3 真空感应炉熔炼的特点
不同熔炼方法生产的钢与合金中夹杂物含量
钢与合金
Cr20 Cr16Ni25W5AlTi2 氧化物夹杂/%
磁悬浮真空熔炼
磁悬浮真空熔炼磁悬浮真空熔炼（magnetic levitation vacuum melting）是一种高温材料加工技术，是一种将磁力与真空相结合的特殊熔炼工艺。
它可以生产各种高质量的金属、合金和非金属材料，并广泛用于航空航天、电子、化工、制药和其他领域。
磁悬浮真空熔炼主要由以下几个步骤组成：（1）准备环境：首先需要将工作室或工作环境净化，并建立真空环境，以限制杂质和氧化物的存在，从而保证高质量的材料制造。
（2）预制备熔体：将原材料粉末混合，并在预先设定的比例下混合。
将混合后的材料放到熔化加热炉中，让其达到熔化温度并混合均匀。
（3）真空熔炼：将预制备的熔体放入磁悬浮盘上，用高频感应加热炉对其进行加热，同时用磁力将其悬浮，并使其不接触任何实体表面。
这样可以防止杂质和氧化物的污染，并且能够产生高质量的合金。
（4）冷却：当熔体达到所需温度和合金成分时，关闭加热炉的电源，开始冷却。
通过各种冷却方式，如气体冷却、水冷却、流速旋转冷却等来确保冷却速度合适。
合适的冷却速度可以使材料结构更加紧密。
磁悬浮真空熔炼存在很多优点，如下：（1）高质量：由于真空流环境，防止氧化和杂质的污染，因此可以获得高质量的金属材料和合金材料。
（2）均匀性好：由于磁力悬浮效应，使得熔体可以更加均匀地加热，并且可以防止材料堵塞或溢出。
（3）高效率：加热时间更短，冷却效率更高，生产效率更高。
（4）节能环保：由于使用真空环境，减少了杂质和氧化物的污染，同时更加节约能源。
总之，磁悬浮真空熔炼技术是一种高科技的材料加工技术，它具有快速、高效和节能环保的特点，使得其在各个领域中得到广泛应用。
近些年，随着科技的不断提升，磁悬浮真空熔炼技术也在不断完善，在制造材料方面也在不断创新和突破。
我们相信，在不久将来，磁悬浮真空熔炼技术将成为各个领域中的得力支撑。
磁悬浮熔炼及过程原理
磁悬浮熔炼及过程原理熔融钛活性高是导致其熔炼困难的主要问题，最直接的问题是极易吸收杂质元素。
即便选择水冷铜坩埚或高温惰性好的坩埚可以较好地解决这个问题，但不可避免带来了热损耗大、成本高的问题。
与坩埚不接触熔炼无疑是最好的解决办法。
科学家经过不懈努力，开发了磁悬浮熔炼技术。
磁悬浮熔炼技术是20世纪80年代发展起来的一项新的熔炼技术。
磁悬浮熔炼是在被熔化的金属表面流过和线圈电流位相相反的感应电流，位相相反的电流之间存在的作用力和反作用力使熔融的金属上浮，或在熔炼过程中坩埚产生的磁场对被熔化的材料产生一个推向中心的作用力，使材料不与坩埚壁接触，也被称为无坩埚悬浮熔炼。
因为材料不与坩埚接触，或仅与坩埚底部接触，加上铜坩埚本身的特点，所以这种熔炼方法基本不对材料产生污染。
悬浮熔炼特别适合于熔炼高纯钛合金、钛铝合金及其他高活性合金。
为了达到高纯熔炼，悬浮熔炼一般结合水冷铜坩埚（冷坩埚）感应熔炼技术，被称为冷坩埚悬浮熔炼。
悬浮熔炼在美国、俄罗斯、德国、日本、法国等先进国家发展起来。
日本大同特殊钢公司和法国的TARAMM公司将悬浮熔炼与真空吸铸法、真空压铸法以及离心铸造工艺相结合，生产出了铸件壁厚最小可达0.5mm，外形轮廓非常好的钛铸件。
用悬浮熔炼工艺熔铸钛合金，无需制备作为原料的自耗电极，可使用回收的废料，大大降低了熔炼的原料成本。
一次熔炼就可以得到成分均匀、无坩埚污染的高质量熔铸产品，而且设备投资少，生产效率高，钛合金的利用率也相应提高。
目前，正在研制熔化能力更大，熔炼时间短的大型熔炼炉。
经改进后的坩埚将实现完全悬浮熔炼，消除金属凝壳，进一步提高金属利用率，降低钛的熔炼成本。
虽然悬浮熔炼方法是为钛及钛合金熔铸开发的，但对于活性较高的其他金属及金属间化合物也是适用的，是活性金属较为理想的熔铸方法，有着广阔的发展前景。
磁悬浮熔炼炉中通常设置两个感应线圈。
根据法拉第定律，在相邻两个导体上流过逆向电流时，则产生相斥的电磁力。
北京真空 磁悬浮真空熔炼
北京真空磁悬浮真空熔炼
北京真空磁悬浮真空熔炼技术是一项先进的金属材料制备技术，具有很高的科技含量和经济价值。
它采用了真空环境和磁悬浮技术，可以实现对金属材料的高温熔炼和制备。
下面将从磁悬浮技术、真空熔炼和应用前景三个方面进行介绍。
磁悬浮技术是这项技术的核心之一。
通过利用磁场对金属材料进行悬浮，可以避免材料与容器的直接接触，减少了材料与容器之间的磨损和污染。
同时，磁悬浮还可以实现对材料的精确控制和调节，保证金属材料的均匀性和纯度。
真空熔炼是北京真空磁悬浮真空熔炼技术的关键步骤。
通过将金属材料置于真空环境中进行熔炼，可以有效避免杂质的污染和氧化反应的发生。
在真空环境下，金属材料可以更加纯净地熔化，并保持其原有的物理和化学性质。
这使得制备出的金属材料具有更高的纯度和更好的性能。
北京真空磁悬浮真空熔炼技术在金属材料制备领域具有广阔的应用前景。
通过这项技术，可以制备出高纯度、高强度、高韧性的金属材料，满足不同行业的需求。
例如，航空航天领域需要高强度、耐高温的金属材料，而医疗器械领域则需要高纯度、无毒、无害的金属材料。
北京真空磁悬浮真空熔炼技术可以满足这些需求，并为相应行业的发展提供强有力的支持。
北京真空磁悬浮真空熔炼技术是一项具有巨大潜力和广阔应用前景的技术。
通过磁悬浮技术和真空熔炼技术的结合，可以实现对金属材料制备过程的精确控制和高效操作。
这将为各个行业的发展提供新的机遇和挑战，推动金属材料制备技术的进一步发展。
相信在不久的将来，北京真空磁悬浮真空熔炼技术将发挥更大的作用，为社会的进步和发展做出更大的贡献。
真空感应炉熔炼浇铸过程常见问题分析
真空感应炉熔炼浇铸过程常见问题分析陈城张剑（南昌工程学院机械与电气工程学院，江西南昌330099）摘要：用真空感应熔炼炉熔炼浇铸制备Fe-Ga 合金，除了炉内真空度、电流强度等影响因素外，石英坩埚、清洁程度以及加热位置同样对其有着重要的影响，关系到合金制备的成败。
本文通过针对实验过程中物料损失异常的情况，查找并分析原因，最终得出结论。
关键词：熔炼浇铸；石英坩埚；加热位置中图分类号：TF1文献标识码：A文章编号：1671-4792（2016）11-0062-04Analysis of Common Problems in the Smelting and Casting Process of Vacuum Induction FurnaceChen Cheng Zhang Jian（School of Mechanical and Electric Engineering ，Nanchang Institute of Technology ，Jiangxi Nanchang 330099）Abstract ：In the production of Fe-Ga alloy with vacuum induction melting furnace ，in addition to the vacuum degree ，the current intensity and other factors ，the quartz crucible ，cleanness and heating position also have an important in-fluence on the alloy ，which is related to the success of the alloy.In this paper ，with an investigation and analysis ，we draw a conclusion on the causes of the abnormal situation in which material loss in the course of the experiment.Keywords ：Smelting and Casting ；Quartz Crucible ；Heating Position★基金项目：南昌工程学院研究生创新基金项目“基于振动检测的超磁致伸缩薄膜悬臂梁的制备研究”0引言随着以Fe-Ga 合金为代表的新型磁致伸缩材料的发展与应用，市场上对于Fe-Ga 合金的需求也逐年增加，因此，在保证质量的前提下，提高产量是顺应市场发展的[1]。
全悬浮感应熔炼技术
全悬浮感应熔炼技术金属熔炼是工业生产中不可或缺的环节之一。
传统的金属熔炼方法通常采用燃气或电力加热的方式，但这种方法存在许多局限性，如能源消耗大、污染环境、生产效率低等问题。
的出现为金属熔炼领域带来了革命性的变革。
通过利用磁场感应的原理，该技术可以实现对金属材料的快速、高效熔炼，极大地提升了金属行业的生产水平。
本文将对全悬浮感应熔炼技术的原理、优势以及应用进行详细探讨。
一、全悬浮感应熔炼技术的原理全悬浮感应熔炼技术是利用磁场感应的原理实现对金属材料的熔炼。
具体而言，该技术通过在炉底周围放置一组电磁线圈，通过交流电源施加电流，产生一个强磁场。
当金属材料进入炉内时，由于金属本身导电性能好，在磁场的作用下，金属内部会产生强电流，进而在金属表面形成一个电磁场。
这个电磁场与炉底电磁场相互作用，产生一个向上的力，使金属材料悬浮于炉底，并迅速熔化。
全悬浮感应熔炼技术的核心是利用磁场感应产生的电磁力使金属悬浮起来。
这种悬浮状态可以减少金属与炉底之间的接触面积，从而减少能量损失，提高熔炼效率。
同时，悬浮状态下的金属还会受到更均匀的加热，使熔炼过程更加稳定、连续。
二、全悬浮感应熔炼技术的优势1. 节能环保：传统金属熔炼方法消耗大量能源，不仅造成能源浪费，还会排放大量有害物质。
而全悬浮感应熔炼技术由于直接利用磁场感应产生热能，减少了能源的消耗，同时减少了污染物的排放，显著提高了节能环保的效果。
2. 生产效率高：全悬浮感应熔炼技术具有快速、高效的特点。
传统熔炼方法需要较长的加热时间才能达到熔点，而全悬浮感应熔炼技术通过磁场感应迅速将金属加热到熔点，熔炼时间大幅缩短。
同时，悬浮状态下的金属与炉底接触小，减少了材料间的粘附，使得熔炼过程更加顺畅，提高了生产效率。
3. 熔炼质量高：全悬浮感应熔炼技术可以均匀加热金属材料，减少了熔炼过程中的温度梯度，避免了熔炼不均匀，进而影响产品质量的问题。
金属在悬浮状态下能够得到更好的加热和搅拌效果，使得材料的纯度和均匀度得到了明显提升。
真空感应熔炼法制备坡莫合金
真空感应熔炼法制备坡莫合金今天咱们来聊一聊一种很神奇的东西——坡莫合金，还有它是怎么被制作出来的呢。
坡莫合金呀，是一种特别的合金。
那什么是合金呢？就像我们把不同颜色的橡皮泥混在一起，变成一种新颜色的橡皮泥一样。
坡莫合金就是把不同的金属混在一起变成的新东西。
它可有用啦，在很多地方都能发挥大作用呢。
那这种坡莫合金是怎么被做出来的呢？这就用到了一种很厉害的方法，叫真空感应熔炼法。
想象一下，我们要做一个超级美味的蛋糕。
做蛋糕的时候，我们得有个干净的厨房，不能有脏东西混进去，不然蛋糕就不好吃了。
真空感应熔炼法就像在一个超级干净的“厨房”里做坡莫合金这个“蛋糕”。
这个“厨房”里没有空气，是真空的呢。
为什么要没有空气呢？就像我们的蛋糕原料如果沾了灰尘就不好吃了，制作坡莫合金的金属原料如果有空气里的脏东西混进去，那做出来的坡莫合金就不那么好了。
在这个真空的“厨房”里，有一个特殊的炉子。
这个炉子就像一个魔法锅。
把要制作坡莫合金的各种金属原料放进去。
这些金属原料就像一个个等待变身的小战士。
然后呢，这个魔法锅会产生热量，就像我们烤蛋糕的时候烤箱发热一样。
热量会让这些金属慢慢熔化。
我给你们讲个小故事呀。
有个小工匠，他第一次看到真空感应熔炼法制作坡莫合金。
他看到那些原本硬邦邦的金属，在炉子里一点点变软，最后变成了像水一样的液体，他惊讶得眼睛都瞪大了。
就像我们看到冰块在太阳下慢慢变成水一样神奇。
这些熔化的金属在炉子里混合在一起，就像不同颜色的果汁混在一起，最后变成了一种新的混合果汁一样。
当这些金属都熔化混合好之后呢，再让它们慢慢冷却。
冷却后的金属就变成了我们想要的坡莫合金啦。
这个坡莫合金呀，有着各种各样的本事。
比如说，它在电子设备里就像一个小小的指挥官，帮助电流更好地工作。
所以呀，真空感应熔炼法就像一个神奇的魔法，把不同的金属变成了坡莫合金这个有用的东西。
是不是觉得很有趣呢？。
高温合金真空感应熔炼工艺研究
冶金冶炼M etallurgical smelting高温合金真空感应熔炼工艺研究任 晓，肖 晶（宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏 石嘴山 ７５３０００）摘 要：本文主要介绍高温合金真空感应熔炼的工艺过程，经过试验研究确定了真空感应熔炼参数，尤其是保温精炼期真空度、精炼温度、精炼时间对气体元素的控制，使铸锭具有良好的内部质量。
关键词：高温合金；真空感应熔炼；保温精炼中图分类号：Ｇ６４２．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１８）１０－００１８－２Study on vacuum induction melting process of SuperalloyREN Xiao, XIAO Jing（Ｎｉｎｇｘｉａ Ｏｒｉｅｎｔ Ｔａｎｔａｌｕｍ Ｌｉｍｉｔｅｄ ｂｙ Ｓｈａｒｅ Ｌｔｄ， Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ ７５３０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌｌｏｙ ｖａｃｕｕｍ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｌｔｉｎｇ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｓｔａｇｅ ｖａｃｕｕｍ， ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ， ｉｎｇｏｔ ｃａｓｔｉｎｇ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｑｕａｌｉｔｙ．Keyword: Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ；Ｖａｃｕｕｍ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｌｔｉｎｇ；Ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｆｉｎｉｎｇ高温合金是制造航空航天发动机热端部件的关键材料，发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平，在先进的航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的40%~60%以上。
3.真空感应炉熔炼-西安建筑科技大学
பைடு நூலகம்
3.1.3 真空感应炉熔炼的特点
不同熔炼方法生产的SAE4340钢中气体含量
冶炼方法 炉料 电弧炉 非真空感应炉 真空感应炉 w[O]/% 0.0251 0.0031 0.0030 0.0003 W[H]/% 0.00018 0.00017 0.00010 0.00001 W[N]/% 0.0029 0.0039 0.0053 0.0005
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真空感应炉熔炼设备
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ALD生产实验室用真空感应熔炼炉
基本设备为单室系统，含有一个可倾倒坩埚、一个垂直铸模室、一 个真空泵装置和一个冶炼电源。
冷坩埚 熔炼炉
从图看出，除了坩埚和炉体外，其他部分都与真空感应炉相同。冷 坩埚采用铜合金制成，中间通水冷却，坩埚直径可以从0.06m到 lm，高度可达2.5m。整个冷坩埚是由数个中间带通水孔的矩形体 组成，这样增加了坩埚内矩形体之间的电阻，减少铜合金坩埚感应 产生环流。
抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、易 于回收易挥发元素和成分控制准确等特点； 自1988年出现以来，被发达国家列为大型真空 感应炉的重点选择对象。
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3.1 概述
3.1.1 真空感应炉设备
真空感应炉设备按照作业方式分为：间歇式炉子、半连续 和连续式作业的炉子。 真空感应炉配套的设备可以分为电源及电气控制系统、 炉体、真空系统、水冷系统。见下图：
（2）装料要求
下层紧密，上层较松，防止架桥； 根据金属料物化特性装在不同温度分布区域；
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3.3.2 熔化期
当装料完毕后，封闭真空室，开始抽真空。 当真空室压力达到0.67Pa时,便可送电加热炉料。 考虑到炉料在熔化过程中的放气作用,熔化初期不要求 输入最大功率。而是根据炉料的放气情况，逐渐增大 功率，避免大量放气造成喷溅。 当出现剧烈沸腾或喷溅时，可采取减少输入功率或适 当提高熔炼室压力的办法加以控制。 熔池熔清的标志是：熔池表面平静，无气泡逸出。可 转入精炼期。
真空感应炉熔炼工艺
真空感应炉熔炼工艺 This manuscript was revised by JIEK MA on December 15th, 2012.真空感应炉熔炼工艺真空感应熔炼（VIM）是在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的方法，具有熔炼室体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、可回收易挥发元素、准确控制合金成分等特点。
由于以上特点，现在已发展为特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金生产的重要工序之一。
1、基本原理：真空感应熔炼的两个基本原理应用是：感应加热和真空环境。
感应熔炼是除电弧炉以外较重要的一种电炉熔炼方法。
与电弧炉相比，其特点有：（1）电磁感应加热。
由于加热方式不同，感应炉没有电弧加热所必须的石墨电极，从而杜绝了电极增碳的可能，因而可以熔炼电弧炉很难熔炼的含碳量极低的钢和合金。
（2）熔池中存在一定强度的电磁搅拌，可促进钢水成分和温度均匀，钢中夹杂合并、长大和上浮。
（3）熔池比表面积小。
优点是熔炼过程中容易控制气氛，无电弧及电弧下高温区，合金元素烧损少、吸气少，所以有利于成分控制、气体含量低和缩短熔炼时间；缺点是渣钢界面面积小，再加上熔渣不能被感应加热，渣温低，流动性差，反应力低，不利于渣钢界面冶金反应的进行，特别是脱硫、脱磷等，因而对原材料要求较为严格。
（4）烟尘少对环境污染小。
熔炼过程中基本无火焰，也无燃烧产物。
感应加热的原理：感应加热原理主要依据两则电学基本定律：一是法拉第电磁感应定律：E=B·L·v·sin∠(v·B)E:导体两端所感应的电势；B:磁感应强度；v:相对速度；∠(v·B):磁感应强度的方向与速度方向之间的夹角。
当一座无芯感应炉的感应线圈中通有频率为f的交变电流时，则在感应圈所包围的空间和四周产生一个交变磁场，该交变磁场的极性、磁感应强度与交变频率随着产生该交变磁场的交变电流而变化。
真空电弧熔炼实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解真空电弧熔炼的基本原理和操作方法。
2. 掌握真空电弧熔炼设备的使用和维护。
3. 通过实验，提高金属熔炼技术，提高金属熔炼质量。
二、实验原理真空电弧熔炼是一种在真空条件下，利用电弧加热熔炼金属的方法。
其原理是在真空或保护性气氛条件下，通过电弧放电产生的热量来加热和熔炼金属。
真空电弧熔炼具有以下特点：1. 熔炼过程中，金属液免受氧化，有利于金属的提纯。
2. 金属熔炼处于密闭容器中，环境污染小，工作环境好。
3. 熔炼温度高，熔炼速度快，熔炼质量好。
三、实验设备与材料1. 真空电弧熔炼炉：真空度可达10-3Pa，功率为10kW。
2. 电极：采用钨电极，直径为10mm。
3. 金属原料：纯镍、不锈钢、铝合金等。
4. 保温材料：石英砂。
5. 量具：电子秤、温度计、电压表、电流表等。
四、实验步骤1. 准备实验设备，检查真空电弧熔炼炉的真空度、功率等参数是否符合要求。
2. 将金属原料和保温材料放入真空电弧熔炼炉中。
3. 打开真空泵，抽真空至10-3Pa以下。
4. 合上炉盖，启动真空电弧熔炼炉，调整电流和电压，使电弧稳定。
5. 观察熔炼过程，记录熔炼温度、电流、电压等参数。
6. 熔炼结束后，关闭真空泵，停止电弧，待金属凝固后取出熔炼产品。
7. 对熔炼产品进行外观检查和性能测试。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，真空电弧熔炼炉的真空度、功率等参数均符合要求。
2. 熔炼过程中，电弧稳定，熔炼温度、电流、电压等参数均记录在案。
3. 熔炼结束后，取出熔炼产品，外观检查未见明显缺陷，性能测试结果如下：（1）纯镍熔炼产品：熔点1435℃，抗拉强度≥590MPa，屈服强度≥345MPa，伸长率≥35%。
（2）不锈钢熔炼产品：熔点约1500℃，抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥345MPa，伸长率≥30%。
（3）铝合金熔炼产品：熔点约660℃，抗拉强度≥240MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥10%。
真空感应熔炼演示教学
真空感应熔炼合金的制备过程（电弧熔炼）首先Mo-12Si-8.5B (at. %)合金的成分计算出合金中纯元素的质量百分比，Mo、Si、B元素的质量百分比分别为94.62wt.%、4.17wt.%和1.12wt.%。
根据电弧熔炼设备对于制备样品大小的要求，我们每次称量300g不同质量的Mo、Si、B粉体，其中Mo、Si、B粉体的纯度分别为≥99.93wt%、≥99.99wt%、≥99.95wt%在开始熔炼之前我们对原始粉料进行混料，混料时用QM3-sp2型球磨机，球料比（质量比）1:1，每次混料300g，混料采用低转速200r/min，每次混料7小时。
真空感应炉熔炼工艺真空感应熔炼（VIM）是在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的方法，具有熔炼室体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、可回收易挥发元素、准确控制合金成分等特点。
由于以上特点，现在已发展为特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金生产的重要工序之一。
1、基本原理：真空感应熔炼的两个基本原理应用是：感应加热和真空环境。
1.1 感应熔炼是除电弧炉以外较重要的一种电炉熔炼方法。
与电弧炉相比，其特点有：（1）电磁感应加热。
由于加热方式不同，感应炉没有电弧加热所必须的石墨电极，从而杜绝了电极增碳的可能，因而可以熔炼电弧炉很难熔炼的含碳量极低的钢和合金。
（2）熔池中存在一定强度的电磁搅拌，可促进钢水成分和温度均匀，钢中夹杂合并、长大和上浮。
（3）熔池比表面积小。
优点是熔炼过程中容易控制气氛，无电弧及电弧下高温区，合金元素烧损少、吸气少，所以有利于成分控制、气体含量低和缩短熔炼时间；缺点是渣钢界面面积小，再加上熔渣不能被感应加热，渣温低，流动性差，反应力低，不利于渣钢界面冶金反应的进行，特别是脱硫、脱磷等，因而对原材料要求较为严格。
（4）烟尘少对环境污染小。
熔炼过程中基本无火焰，也无燃烧产物。
感应加热的原理：感应加热原理主要依据两则电学基本定律：一是法拉第电磁感应定律：E=B·L·v·sin∠(v·B) E:导体两端所感应的电势；B:磁感应强度；v:相对速度；∠(v·B):磁感应强度的方向与速度方向之间的夹角。
真空感应电磁悬浮熔炼对A356铝合金组织和性能的影响
真空悬浮熔炼炉的原理
真空悬浮熔炼炉的原理《聊聊真空悬浮熔炼炉的那些事儿》嘿，各位小伙伴们！今天咱来唠唠那个听起来就很厉害的真空悬浮熔炼炉的原理。
你想想，这玩意儿就像是一个魔法盒子，能把各种材料变戏法儿似的加工处理。
其实啊，它的原理说起来也不复杂，就是利用真空环境和特殊的加热方式，让材料在空中飘起来熔炼。
对，你没听错，就是飘起来！这感觉就像是材料们在开一场空中派对。
在这真空的环境里，可没有那些捣乱的空气分子来打扰材料的“狂欢”。
然后呢，通过一些高科技手段，比如电磁感应啥的，给材料来个热情的“拥抱”，让它们受热均匀，乖乖地熔化、融合。
你看，这不就像是咱小时候玩泥巴，把不同颜色的泥巴揉在一起，创造出一个新玩意儿嘛。
只不过真空悬浮熔炼炉玩的是更高级的“泥巴”。
有了它，那些原本很难处理的材料，都变得服服帖帖的。
而且啊，这东西还有个特别牛的地方，就是能让熔炼出来的材料品质特别高。
就好比是大厨做出来的高级菜肴，那口感和普通的就是不一样。
这就像是给材料来了一次脱胎换骨的洗礼，让它们变得更加厉害、更加优秀。
我有时候就在想，要是我也能像这些材料一样，被这个神奇的炉子“加工”一下，是不是我也能变得超级厉害呀！能上知天文下知地理，能歌善舞啥都会，哈哈哈！总之呢，真空悬浮熔炼炉就是个超级厉害的大宝贝。
它的原理虽然咱老百姓不一定都能完全搞懂，但咱知道它牛就对啦！它是科技进步的小代表，让咱的生活变得更加丰富多彩。
说不定以后咱用的各种高科技产品，都有它的一份功劳呢。
所以啊，咱得给这真空悬浮熔炼炉点个赞，感谢它为我们的生活带来的这些神奇变化。
下次你要是再听到这个名词，可别忘了想起我今天给你讲的这些有趣的事儿哦！。
感应凝壳熔炼悬浮驼峰数值模拟研究
感应凝壳熔炼悬浮驼峰数值模拟研究
感应凝壳熔炼悬浮驼峰数值模拟研究
采用计算机模拟方法,定量研究了安培·匝、坩埚开缝数、不同合金以及线圈位置对悬浮驼峰高度的影响.结果发现,悬浮驼峰的高度随着加载安培·匝数值的增大而呈线性增高.每增加1 000 A·匝,驼峰高度增加4.2 mm.开缝数小于40时,悬浮驼峰的高度和坩埚开缝数成正比,坩埚开缝数每增加1,驼峰高度增加0.6 mm;开缝数大于40时,悬浮驼峰高度随坩埚缝数增加而缓慢提高.炉料的相对磁导率越小,悬浮驼峰的高度越高;合金的密度越大,悬浮驼峰的高度越低.Ti-48Al-2Cr合金的密度最小,其悬浮驼峰高度最高;Ti-15V-3Cr合金的密度最大,其悬浮驼峰高度就最低.
作者：薛冠霞王同敏苏彦庆宋涛郭景杰李廷举王红霞Xue Guanxia Wang Tongmin Su Yanqing Song Tao Guo Jingjie Li Tingju Wang Hongxia 作者单位：薛冠霞,王同敏,宋涛,李廷举,Xue Guanxia,Wang Tongmin,Song Tao,Li Tingju(大连理工大学材料科学与工程学院)
苏彦庆,郭景杰,Su Yanqing,Guo Jingjie(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院)
王红霞,Wang Hongxia(解放军信息工程大学测绘学院)
刊名：特种铸造及有色合金ISTIC PKU英文刊名：SPECIAL CASTING & NONFERROUS ALLOYS 年，卷(期)：2008 28(3) 分类号：O242.1 TG146.2+2 关键词：感应凝壳熔炼悬浮驼峰数值模拟。
悬浮熔炼炉原理
悬浮熔炼炉原理悬浮熔炼炉是一种常用于冶炼和提炼金属的设备，其原理是利用电磁力和浮力的作用，使金属和非金属的分离得以实现。
这种炉子的工作原理是将金属和非金属材料放入炉内，在高温下进行熔化。
然后，通过施加电磁力和浮力，将金属和非金属分离。
悬浮熔炼炉的主要组成部分包括炉体、感应线圈和磁铁。
炉体通常由特殊材料制成，能够承受高温和腐蚀。
感应线圈则负责产生电磁力，通过通电使其产生磁场，从而对炉内的金属材料施加力。
磁铁则用于调节磁场强度和方向，以实现对金属和非金属的分离。
当金属和非金属混合物被放入悬浮熔炼炉中时，首先需要加热使其熔化。
通过通电，感应线圈产生的磁场会与炉内的金属交互作用，产生电流。
根据法拉第电磁感应定律，电流的产生会引起反作用力，即洛伦兹力。
这个力会对金属材料施加一个向上的压力，使其浮起。
炉内的磁铁调节磁场的强度和方向，以控制金属和非金属的分离。
通过适当调整磁场，可以使金属向上浮起，而非金属则被压在炉底。
由于金属和非金属的密度差异，金属可以通过浮力的作用从炉底分离出来。
这样，金属和非金属就可以分别收集和处理。
悬浮熔炼炉的优点是能够高效地实现金属和非金属的分离，提高冶炼和提炼的效率。
同时，由于采用了电磁力和浮力的作用，不需要使用机械装置，减少了能源和材料的消耗，降低了设备的维护成本。
此外，悬浮熔炼炉还可以适应不同材料的冶炼要求，具有较强的灵活性和适应性。
然而，悬浮熔炼炉也存在一些限制和挑战。
首先，对于一些特殊材料，悬浮熔炼炉的效果可能不理想。
其次，炉内的磁场和电流的调节需要精确控制，否则会影响金属和非金属分离的效果。
此外，悬浮熔炼炉的建设和运维成本较高，需要投入大量的资金和人力资源。
总结起来，悬浮熔炼炉是一种利用电磁力和浮力实现金属和非金属分离的设备。
通过控制磁场和电流的作用，可以使金属材料浮起并分离出来，从而提高冶炼和提炼的效率。
尽管存在一些挑战，但悬浮熔炼炉仍然是一种重要的冶炼设备，对于金属行业的发展具有重要意义。
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一、实验目的
1、了解真空感应悬浮熔炼实验的基本原理；
2、掌握真空感应悬浮熔炼的操作方法。
二、真空感应熔炼的特点
真空感应熔炼作为一个高温冶金过程有很大的优越性，因为它有坚实的热力学基础。
咋非真空感应熔炼过程中，只有控制金属液的温度，而在真空过程中，温度和压力两者都可以控制。
与大气熔炼相比真空感应熔炼有以下优缺点：
1、能够比较彻底地清除钢液中的气体
根据物理化学中的气体熔解定律，对于双原子气体（H2，N2）来说，它们在钢液中的溶解量是炉气 中该种气体的分压力的平方根成正比的，其间的关系可用下式表示：
(H)=k1PH1/2
(N)=k2PN1/2
式中：（H ）（N ）为氢和氮在钢液中的溶解量；PH 、PN 为炉气中氢和氮的分压力；k1、k2为平衡常数。
由上式可见，当降低炉气中氢气和氮气的分压力时，钢液中的气体含量就会随之减少。
如果炉气中的真空度很高（即pH ≈0,pN ≈0）时，则钢液中的含气就可以降低到很低的程度。
例如，实验结果表明，只要真空度达到10μm 汞柱时，钢中氢的含量可以降低至1ppm 以下。
2、钢液可以充分脱氧和降碳
由于钢液的熔化过程是在真空条件下进行，钢液中元素的氧化程度很轻微。
因此，只要炉料很干净，所练出的钢，氧化夹杂物就会很少。
另一方面，在真空条件下，碳的脱氧能力比常压下大为提高。
这是因为碳的氧化反应：C+Fe →CO+Fe 所生成的一氧化碳被抽走，因而使得反应进行得很彻底，钢液脱氧良好。
3、金属元素的蒸发
液态合金中每种元素都有一定的蒸气压，当蒸气压超过外界压力时，元素就会蒸发。
在大气熔炼的条件下，只要极少数金属元素会发生显著的蒸发现象。
但在真空条件下熔炼时，钢中蒸汽压较高的元素就会发生显著的蒸发现象，结果会造成钢液化学成分控制的困难。
4、坩埚材料的沾污
在真空熔炼条件下，炉衬耐火材料会被钢液所侵蚀，这种侵蚀主要表现为钢液中的碳被还原，其结果是，还原产物进入钢液，使钢液的化学成分发生变化。
这种现象称为钢液的沾污。
在酸性炉衬上，钢液侵蚀耐火材料的现象特别显著。
酸性炉衬中的SiO2会被碳所还原：2(C)Fe+(SiO2) →
(Si)Fe+2CO2↑这一反应在大气熔炼条件下，由于CO 的分压力较高，所以反应进行受到限制。
而在真空条件下，由于CO 的分压力接近于零，因而促使反应进行。
反应结果使钢液的含量降低，同时使含硅量提高。
实验名称：真空感应悬浮熔炼实验 姓名：叶彬________________学号：3080103020__________
三、真空感应悬浮熔炼的原理
真空感应悬浮熔炼的坩埚用紫铜制成，坩埚本体切成若干瓣，内部钻有小孔以供通水冷却。
用这种坩埚熔炼金属时，采用高频感应加热。
坩埚中的金属块料在高频磁场的作用下产生涡流，从而发热熔化。
坩埚体上所开的缝隙有助于减少坩埚壁对高频电磁场的屏蔽，从而使较多的功率达到料块上。
在料块上产生涡流的同时，坩埚壁上夜产生了涡流。
在任一瞬间，坩埚壁各瓣片的涡流与料块上的涡流，旋向都是相同的。
但在料块外侧靠近坩埚壁的地方其涡流的指向与坩埚瓣片内壁的涡流的指向恰好相反，见图1。
P.2
图1
于是，在料块与坩埚壁之间就产生了一个推斥力，再料块熔成液态后，这个推斥力把熔体推动坩埚的中部，而底部的推斥力则把熔体托离底部，从而使熔体悬浮在坩埚中。
对于具体的材料，恰当选择高频电磁场的频率和功率，就能在坩埚中形成一个不与坩埚接触的上大下小的液滴。
与普通的真空钢液熔炼相比，真空钢液悬浮熔炼有以下优点：
1、 坩埚对熔体无沾污，容易得到纯净的合金。
可以熔炼诸如钛、稀土等化学活性高容易咬蚀炉衬耐火
材料的金属材料。
2、 熔炼金属与坩埚间的热传导减至最小，熔体具有比较均匀的温度，可以在比较小的过热度下熔融。
从而减小了组分的挥发，可以制得成分比较准确的合金。
3、 熔体呈通体熔融状态，再加上强烈的电磁搅拌及热搅拌，熔体的成分十分均匀。
4、 坩埚寿命长，正确使用时，坩埚可反复使用1000次以上。
四、真空感应悬浮熔炼系统的组成 真空感应悬浮熔炼系统的组成可用下列方框图表示：
实验名称：真空感应悬浮熔炼实验 姓名：叶彬________________学号：3080103020__________
其中：高频电源频率为50 Hz ，功率为30kW ，真空机组用来抽真空，Ar 气则用来在熔炼时加压保护，以防止金属液溅射击挥发。
冷却水是坩埚正常工作时的必要条件，应与电源连锁，当坩埚无冷却水供应时，电源应无输出，此外，由于坩埚内部水流信道很细，冷却水不能有夹杂。
因此，在水泵的出水口和坩埚的进水口均需加过滤网。
五、真空感应悬浮熔炼的工艺及注意事项
装
订
线
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1、装料原则原料以片状为好，放置时应使片横放，以便高频磁场尽可能多地穿过原料，产生尽可能
打的涡流。
对粉状原料，应预先将其压制成块，以免粉料从缝隙漏出坩埚之外。
对丝状原料，一定要横放，不可竖放，特别是熔点高的材料，竖放很难熔化。
2、送电工艺开始加小功率，一般为6到7 千瓦，待炉料发红，加大功率至炉料熔化，并保持功率2
分钟左右，使金属液成分均匀。
3、注意事项
（1）严禁在坩埚没有通冷却水情况下对坩埚通电加热，这时坩埚极易烧毁。
（2）每次熔炼后，应将缝隙中的金属碎屑清理干净，这样，下次熔炼时一则可避免污染熔料，二则可避免碎屑发热烧伤瓣片。
六、实验内容
1、用真空感应悬浮炉熔炼金属钛。
2、用真空感应悬浮炉熔炼不锈钢。
七、思考题
1、为什么真空感应悬浮炉熔炼合金时液态金属能悬浮在空中而不与坩埚接触？
答：真空感应悬浮熔炼的坩埚用紫铜制成，坩埚本体切成若干瓣，内部钻有小孔以供通水冷却。
用这种坩埚熔炼金属时，采用高频感应加热。
坩埚中的金属块料在高频磁场的作用下产生涡流，从而发热熔化。
坩埚体上所开的缝隙有助于减少坩埚壁对高频电磁场的屏蔽，从而使较多的功率达到料块上。
在料块上产生涡流的同时，坩埚壁上夜产生了涡流。
在任一瞬间，坩埚壁各瓣片的涡流与料块上的涡流，旋向都是相同的。
但在料块外侧靠近坩埚壁的地方其涡流的指向与坩埚瓣片内壁的涡流的指向恰好相反。
于是，在料块与坩埚壁之间就产生了一个推斥力，再料块熔成液态后，这个推斥力把熔体推动坩埚的中部，而底部的推斥力则把熔体托离底部，从而使熔体悬浮在坩埚中。
对于具体的材料，恰当选择高频电磁场的频率和功率，就能在坩埚中形成一个不与坩埚接触的上大下小的液滴。
2、为什么真空感应炉熔炼合金时金属液会沾污？
答：在真空熔炼条件下，炉衬耐火材料会被钢液所侵蚀，这种侵蚀主要表现为钢液中的碳被还原，其结果是，还原产物进入钢液，使钢液的化学成分发生变化。
这种现象称为钢液的沾污。
在酸性炉衬上，钢液侵蚀耐火材料的现象特别显著。
酸性炉衬中的SiO2会被碳所还原：2(C)Fe+(SiO2) →(Si)Fe+2CO2↑这一反应在大气熔炼条件下，由于CO的分压力较高，所以反应进行受到限制。
而在真空条件下，
由于CO的分压力接近于零，因而促使反应进行。
反应结果使钢液的含量降低，同时使含硅量提高。