真空感应熔炼新技术

一、真空感应炉国内外的发展现状

真空感应炉大约始于1920年，用于熔炼镍铬合金。直到第2次世界大战，由于真空技术的进步使真空感应炉熔炼才开始真正发展起来。1926年德国用真空感应炉（容量4t，功率350kw）熔化Co、Ni合金。二战期间欧美等国家已达到了实用化程度并取得了飞速发展，日本也相继采用。这种方法多用于熔炼耐热钢、轴承钢、纯铁、铁镍合金、不锈钢等多种金属材料。这一方法使材料的断裂强度、高温韧性、耐氧化性等都得到了改善。由于大型真空抽气设备（如增压泵）的出现，真空感应炉也逐步向大型化发展。以美国为例，1969年真空感应炉的容量已达到27.60t的规模。满足了各种金属材料工业化生产的要求。西欧各国也在20世纪60年代，将炉子向大型化发展并不断改进，可在冶炼过程中不破坏真空，在装料、铸模准备及浇铸操作等过程实现连续的或半连续的真空感应熔炼。美国consarc公司和德国ALD是目前国际上最主要的大型真空感应熔炼炉制造企业，生产的大型真空感应熔炼炉可以达到30t，甚至更大。

中国自行生产的真空感应熔炼炉的容量一般比较小，主要为5-1500kg。2t 以上的大型感应炉主要从德国、美国、日本进口。20世纪80年代初，抚钢在国内率先从德国引进3t/6t大型真空感应炉。从90年代以后国内宝钢特钢、东北特钢和攀长钢等企业先后从国外引进了大型真空感应炉，最大容量为12t。目前正在引进的最大容量为24t。

二、新技术在真空感应炉的应用

1. 电磁搅拌和惰性气体搅拌

感应炉冶炼本身已存在较强烈的搅拌作用，加上电磁搅拌后，气体上升到熔液界面大量析出，对于材料的去气有很好的效果。必须注意的是，要选择合适的搅拌功率，避免对炉衬的过度冲击。在气体搅拌时，惰性气体通过注入坩埚底部的锥型多孔塞进入熔池。当惰性气体穿过熔融金属时，气泡体积和表面积增大，靠近金属液面时，体积明显膨胀，使气体和金属间有更高的比表面进行交换反应，缩短了熔液表面的更换周期，并改善整个熔池的均匀性。同时，还使细小的氧化物聚集，夹杂物漂浮到熔融金属表面，达到净化材料的效果。从脱气角度看，感应炉设计也要考虑感应圈的直径与高度之比，使熔液上表面增大，有利于脱气，并使耐火材料与熔融金属的接触面显著减少，降低对炉衬的侵蚀。

2. 冶炼电源

早期的感应炉电源都是电动机-发电机变频机组。到了1967年，西德leybold 公司为美国howmet公司生产的5.477t的炉子中，使用了可控硅变频电源，功率1000kw，频率180Hz。此后的3a间，变频发电机组和静止变频器共存，交

替过渡。到1970年后，所有真空感应炉都配置可控硅静止变频电源。经过30多年的发展，可控硅静止变频电源技术已经非常成熟。在整个冶炼周期中，功率从1%-10%的平滑调节，使操作极其灵活、准确、无波动；变频电源的频率在一定的范围内是变化的，能自动跟踪适应炉料的变化，无需大电流接触器来开关电容器，调节炉子的功率因数；效率高，三相对称电网负荷，工作状态非常优越。变频电源的功率已达10MW。

3. PLC控制

可编程序控制技术，使得真空熔炼设备的自动化和半自动化运行成为可能。设备严格按用户设置的程序运行，工艺技术条件得以严格控制，可重复性强。对设备运行和工艺过程实施高度控制。例如，真空机组的开关、监测，真空阀门的开闭、联锁、切换，故障的识别、报警，预防误操作等都由PLC控制。

4. 计算机辅助系统的应用

根据实践所积累的丰富经验数据，编制成计算机软件，计算机通过对实测的温度与软件给定的工艺曲线进行比较，调整电源功率输出，从而控制钢液的温度，防止精炼期熔液的温度过热和过低，实现经济运行。熔池的实际温度是通过扫描式光学高温计连续测定的。在测量过程中，熔池表面的渣子、添加合金元素、光学玻璃的污染等原因都会影响被测数据的准确性，计算机将自动进行修正。

精炼后期，取样分析后一般要调整合金成分。在中间分析的基础上，按合金成分的要求，补加合金元素的数量由计算机计算决定，并由打印机记录存档。较大的真空感应炉都带有流槽装置，使得锭子的补缩颇为困难。小型锭子（棒型电极）更容易产生缩孔和短锭。为获得更高的收得率，就必须将缩孔减至最低限度。国外研制出一种视频监控系统，由一套摄像观察装置和视频软件组成，可以从显示器上观察浇注情况和从显示器上用光标控制补缩。

由于对材料质量要求越来越高，所以感应炉生产工艺过程要求有高度的稳定性和可重复性。国外发明了用于VIM的气体分压力分析的质谱控制仪，使VIM 工艺实现最佳化选择，从而实现经济运行。通过对炉内残余气体含量的连续测定分析，以测定添加活性元素的最有利时间和加入的顺序；测定工艺过程的进展阶段，如精炼期的终结、出钢时间等；及时发现炉子的漏气，冷却水和液压管线的泄漏。

5. 中间包冶金技术的应用

为了更好地去除钢中夹杂物，提高钢水洁净度，添加可实现加热、保温功能滤渣去杂中间包系统。中间包设有挡墙和挡坝，有利于各类杂质的上浮，钢水经挡渣、过滤后注入锭模，减少了渣子和夹杂物进入钢锭对提高钢材质量有极大的作用。