真空感应炉冶炼原理及工艺
真空感应炉设备及冶炼工艺探讨
技术改造真空感应炉设备及冶炼工艺探讨龚玉哲 程兴达 关腾飞（凯美龙精密铜板带（河南）有限公司，河南 新乡 453000）摘 要：本次研究当中主要介绍了真空感应炉设备的主要构成以及开展冶炼时涉及到的一些具体的工艺程序。
希望可以为具体的冶炼工作开展和相关技术应用奠定理论方面的基础。
关键词：真空感应炉；设备；冶炼工艺在真空冶炼当中，所需要的必要设备之一就是真空冶炼炉。
了解真空冶炼炉设备的基本构成和涉及到的冶炼工艺，可以帮助我们在实际冶炼当中找到更优的冶炼方法，最大限度提高冶炼效率。
1.真空感应炉设备主要构成不管是无削成形还是有削成形，哪一种冶炼产品工艺都会出现真空烧结相关问题。
所谓烧结，指的就是需要把希望烧制成的坯块烧成热锻时所需要使用到的预成型件。
而且还必须要确保所得到的延性结构、可锻性都比较好。
这样才可以减少在热锻当中制品出现不必要的缺陷。
真空冶炼炉是冶炼高温材料、精密合金、电磁和高温材料的主要设备[1]。
可以分为半连续和间断式两种类型。
若容量低于150kg，一般会选择间断式；若容量处于150kg到300kg之间，这两种炉子类型都会使用；超过500kg的都选择使用半连续式。
在国外会经常使用到一些5吨到7吨左右的大型真空冶炼炉。
国内常用的还是一些规模比较小的真空感应炉，现在随着各项技术的不断发展也正在积极朝着大型方向发展。
但仍然面临着一个关键问题，即怎样获得真空。
真空感应炉当中所设定的温度大约为2000度。
此种温度下想要达到10Torr甚至更高的空间度都是存在着较大困难的。
而用户在实际生产活动开展当中是很希望能够得到更高的真空度。
真空感应炉包含炉体、真空泵系统、电源等几种关键的部分，炉体部分主要是完成冶炼的空间[2]。
主体部分有翻炉机构、取样装置、加料装置、坩埚、真空壳室体等。
真空系统则包含有真空阀、真空泵等，主要是在冶炼当中提供必须要的真空条件。
在处于相对封闭的真空室当中，坩埚密封在其中，其热源主要来自于电磁感应所产生的涡流电源。
真空感应炉冶炼原理及工艺
2.3 罗茨泵
罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转式变容真空泵。根据罗茨真空泵工作范围的 不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵、中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和高真空多 级罗茨泵。
图 5 罗茨真空泵结构示意图
4
罗茨泵的结构如图 5 所示。在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一 对平行轴上，由传动比为 1 的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间， 转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无 内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除 取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空 度，可将罗茨泵串联使用。 实际设备中往往用多个泵的串联来组成真空泵组，获得真空室中符合要求的真空 度。
3.1 感应加热原理
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)
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。
真空感应熔炼原理及工艺
真空感应熔炼原理及工艺一、引言真空感应熔炼是一种常用的金属熔炼技术，它利用感应加热和真空环境来实现金属的高温熔化和精细处理。
本文将介绍真空感应熔炼的原理和工艺，并探讨其在金属加工领域的应用。
二、真空感应熔炼的原理1. 感应加热原理真空感应熔炼是基于感应加热原理进行的。
感应加热是利用电磁感应现象，通过变化的磁场在导体内感应出涡流，从而产生热量。
在真空感应熔炼中，通过感应线圈产生的高频交变磁场作用下，金属料块内部产生涡流，并迅速升温，最终达到熔化温度。
2. 真空环境的作用真空环境对于真空感应熔炼至关重要。
首先，真空环境可以减少金属与氧、氮等气体的接触，避免金属被氧化或气体吸收，从而提高金属的纯度和质量。
其次，真空环境可以降低金属的气化温度，使金属在较低温度下熔化，减少能源消耗和金属蒸发损失。
最后，真空环境还可以减少金属与炉膛内壁的接触，避免污染和杂质的产生。
三、真空感应熔炼的工艺1. 准备工作在进行真空感应熔炼之前，需要对金属料块进行预处理，包括清洗、切割和称重等。
同时，还需要准备好感应线圈、感应炉膛和真空系统等设备，并进行检查和调试，确保正常运行。
2. 熔炼过程将预处理好的金属料块放入感应炉膛内，然后启动感应线圈，产生高频交变磁场。
金属料块受到磁场的作用，内部涡流产生，温度迅速升高，最终达到熔化温度。
同时，开启真空系统，将炉膛内的气体抽出，形成真空环境。
在熔炼过程中，可以根据需要进行金属的合金化和成分调整。
3. 精细处理在金属熔化后，可以进行一系列的精细处理，包括脱气、去杂、调温等。
通过控制真空度和温度，可以实现金属的脱气和杂质的去除，提高金属纯度和质量。
同时，还可以根据需要调整金属的温度，以满足后续工艺的要求。
四、真空感应熔炼的应用真空感应熔炼广泛应用于金属材料的制备和加工领域。
首先，它可以用于高纯度金属的制备，如高纯铜、高纯铝等。
其次，它可以用于合金的制备，如钢、铜合金等。
此外，真空感应熔炼还可以用于金属粉末的制备、金属材料的再生利用等方面。
真空感应炉原理
真空感应炉原理
真空感应炉是一种利用感应加热原理，在真空环境下进行材料加热和熔化的设备。
其工作原理如下：
1. 真空环境：真空感应炉在加热过程中采用真空环境，主要是为了消除氧气和其他气体对材料的氧化和污染，同时也提高了加热效率和材料的熔化温度。
2. 感应加热：真空感应炉利用电磁感应原理进行加热。
它通过将高频电流通入线圈中，产生一个强大的交变磁场。
当感应炉中放置有导电材料时，材料内部会产生涡流。
由于材料的电阻，涡流会产生热量，使材料加热。
3. 感应线圈：感应炉中的感应线圈通常由铜制成，其形状可以是螺旋状或环形。
感应线圈中通入高频电流，产生的交变磁场穿过感应线圈和材料，导致材料加热。
4. 材料加热：当材料处于感应炉中时，感应线圈中的交变磁场会穿过材料，产生涡流。
涡流通过材料的电阻产生热量，使材料加热。
由于真空环境中没有传热介质，材料的加热效率较高，热量能够均匀分布在整个材料中。
5. 熔化和炼化：通过控制感应炉中的加热温度和时间，可以使材料达到熔化点并保持在一定温度下进行炼化。
真空环境下的加热可以更好地控制材料的熔化和炼化过程，提高产品质量。
真空感应炉广泛应用于金属材料的熔炼、铸造和热处理过程中。
其具有加热速度快、温度均匀性好、能耗低、环境污染小等优点。
同时，通过调整感应炉中的加热参数，可以实现对不同材料的加热和熔化，满足不同工艺要求。
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/%
真空感应熔炼炉原理
真空感应熔炼炉原理
真空感应熔炼炉是一种利用感应加热和真空环境进行金属熔炼和精炼的设备。
其原理可以归纳如下：
1. 感应加热原理：感应加热是利用变化磁场在金属导体中产生涡流并产生热量的过程。
当通电线圈中通过交流电时，会产生变化的磁场，这个磁场会穿透到工作线圈中的金属导体。
金属导体由于交变磁场的作用，导致其内部产生涡流。
涡流通过电阻热效应产生热量，使金属导体迅速升温。
2. 真空环境：真空状况下，可以有效地减少氧气、水蒸气等气体对金属的污染和氧化。
同时，真空环境可以避免金属表面的气体泡沫和熔渣的形成，提高金属的纯度和质量。
真空感应熔炼炉的工作过程如下：
1. 在感应熔炼炉中，先将金属材料放入感应线圈中，在外部供电的作用下，感应线圈中产生变化的磁场。
2. 由于金属导体的存在，感应线圈中的变化磁场会产生涡流，并在金属导体内部产生热量。
3. 金属材料在涡流的作用下，迅速升温，最终达到熔点，开始熔化。
4. 在金属熔化的同时，真空泵将炉腔中的气体抽除，使腔内形成高真空环境。
5. 在高真空环境下进行熔炼和精炼过程，可以避免污染、氧化以及气泡和熔渣的形成，提高金属的纯度和质量。
6. 当金属熔化、纯化达到要求后，通过倾炉或其他方式，将熔融金属倒出。
通过上述原理和工作过程，真空感应熔炼炉可以实现对金属材料的高温融化和精炼，具有较高的熔炼效率和精度。
同时，利用真空环境可以提高金属材料的纯度和质量，适用于各种金属的熔炼和冶炼工艺。
感应炉熔炼的原理及工艺
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4.2 感应熔炼过程中元素的氧化与脱氧
4.2.2各种脱氧方法的基本特点
4.2.2.1 沉淀脱氧
1）沉淀脱氧的原理。沉淀脱氧是指向钢液中加入对氧亲合力大于铁的元 素，以期与钢液中的溶解氧发生化合，形成不溶于钢液的氧化物，该氧 化物借助于浮力自钢液中排出，从而使钢液的含氧量降低的方法。
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4.2 感应熔炼过程中元素的氧化与脱氧
4.2.1.1 脱氧的基本任务
去除钢中的过剩氧，同时完成调整钢的成分和合金化的任务。
一次脱氧产物：钢液中加入脱氧剂进行脱氧时，产生的1-40μm的细 小夹杂物，以弥散方式存在与钢液中。
危害：一次脱氧产物的夹杂物在之后的铸锭过程中，由于脱氧反应 继续进行，会继续长大，必然影响钢的质量。
中频感应炉的成套设备包括：电源及电器控制部分、炉体部分、传动 装置及水冷系统
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4.1 感应炉熔炼的特点
序号 1
2 3 4
比较内容 供热方法
造渣条件
金属液 搅拌条件 冶金功能
电弧炉
感应炉
金属炉料在石墨电极高 温电弧直接作用下被加 热、熔化、精炼，元素 有挥发、氧化损失及增 碳
金属炉料在感应磁场作用下，产生 涡流，靠电阻热实现加热、熔化、 精炼（无直接加热），温度易控制， 元素挥发、氧化损失很小，合金回 收率高
（3）熔池的比表面积小。 这对减少金属熔池中易氧化元素的损失和减少 吸气是有利的，所以感应炉为熔炼高合金钢和合金，特别是含钛、铝或硼 等元素的品种，创造了较为良好的条件。但是容易形成流动性差，反应力 低，不利于渣钢界面冶金反应的进行的“冷渣”。为此，感应炉熔炼对原 材料的要求较为严格。
金属冶炼中的真空冶炼技术
对于一些难以通过常规方法制备的特殊合金，如高强度铝合金、钛 合金等，真空感应熔炼技术也具有显著优势。
有色金属熔炼
除了钢铁等黑色金属外，真空感应熔炼技术也可应用于铜、铝等有 色金属的熔炼和提纯。
CHAPTER 03
真空电弧熔炼
真空电弧熔炼原理
真空电弧熔炼是在高真空条件下，利 用电流通过金属电极（通常为两根石 墨电极）产生电弧来熔炼金属的工艺 。
金属冶炼中的真空冶 炼技术
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 真空冶炼技术概述 • 真空感应熔炼 • 真空电弧熔炼 • 真空电子束熔炼 • 真空冶炼技术的发展趋势与展望
CHAPTER 01
真空冶炼技术概述
定义与原理
定义
真空冶炼技术是指在真空环境中进行 的金属冶炼过程，通过降低压力和气 体含量，实现金属的高效提取和纯化 。
电子枪是设备的核心部分 ，能够产生高能电子束。
真空室用于提供熔炼所需 的真空环境，同时收集和 排出熔炼过程中产生的气 体和烟尘。
控制系统用于控制设备的 各项参数，保证熔炼过程 的稳定性和准确性。
冷却系统用于控制设备的 温度，保证设备的稳定运 行。
真空电子束熔炼工艺参数
真空度
电子束功率
真空度是影响熔炼过程的重要参数，它决 定了熔炼过程中气体的分压，从而影响金 属的纯度和凝固组织。
真空电子束熔炼
真空电子束熔炼原理
电子束熔炼是一种利用高能电 子束作为热源的真空熔炼技术 。
电子束熔炼过程中，高能电子 束与金属材料相互作用，使金 属材料熔化并形成液态金属。
液态金属在真空环境下进行净 化、精炼和凝固，最终得到高 纯度、高性能的金属材料。
真空电子束熔炼设备
感应炉冶炼
yiyangdoudou感应炉冶炼一、目的：1、掌握(真空)感应炉冶炼的工艺过程，(真空)感应炉冶炼设备操作。
2、了解(真空)感应炉冶炼原理和特点，根据冶炼品种制定冶炼工艺。
二、(真空)感应炉冶炼原理和特点1、原理：感应电炉工作原理基于电磁感应和电流热效应原理。
当交变电流通过感应圈时，在线圈周围产生交变磁场，炉内导电材料在交变磁场作用下产生感应电势．在炉料表面一定深度，形成电流(涡流)。
炉料靠涡流加热熔化。
如果炉内熔化的是钢铁金属材料．处在强磁场中的钢液受到电磁力的作用产生强烈的运动。
磁场对钢液的这种作用称为电磁搅拌作用。
同一匹线圈产生的磁场对埚内两点A ，、B ，的作用力如图1，由于埚中部磁场强度最大．坩埚中部受压力最大，上下两端依次减小．这种压力差使炉内钢液产生运动。
真空感应电炉是将感应坩埚和锭模放人真空室中，冶炼和浇注同在真空状态下完成。
冶炼在真空下进行，由于碳氧反应产物为气体CO ，使反应向生成C0方向移动，可使碳的脱氧能力达到和硅、铝相近的水平。
根据气体在钢液中的溶解服从平方根定律，可知真空下冶炼，有利于钢液去气。
对某些蒸气压较高的合金元素，如Pb 、As 、B1、sn 、zn 等，当外界压力降低到小于蒸气压时，变可从合金中蒸馏出来，从而改差钢和台金的性能。
三、实验过程1、坩埚制备：为了提高电效率．感应炉坩埚壁不能太厚，加上电磁搅拌的冲刷和坩埚内外温差大，坩埚寿命往往较低，坩埚制备是一项经常性的工作。
（1）原料：电熔镁砂：MgO>98％，不得混入杂物，新烘磁选后使用：粘土：粒度<0.3mm ；玻璃水；磷酸：粒度<0.5mm ；石墨芯，外部包3层纸，底角要求圆滑；玻璃布；石棉板；炉底砖；坩埚材料配比：电熔镁砂98.0～98.5％；硼酸1.5～2.0％，总量30kg。
图1 电磁力对钢液的作用及钢液运动方向（2）打结：真空感应炉打结前要抽真空检漏，漏气率应< 1.5μ/分。
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。
感应炉熔炼的原理及工艺
感应炉熔炼的原理及工艺感应炉熔炼是一种利用电磁感应产生的热能来加热和熔化金属的熔炼工艺。
它使用感应加热原理，通过将电能转换成高频电磁能，使金属在高温下熔化。
该熔炼工艺主要包括感应加热原理、感应炉的构造及工作原理、工艺流程等几个方面。
感应加热原理：感应加热是利用交变磁场对导体产生的涡流进行加热。
当电源通电时，经过高频变流装置产生的高频电流通过感应线圈产生高频电磁场，金属导体在电磁场的作用下，导体内部产生感应电流且沿导体的表面流动，由于电流流动的阻力，导体表面会产生感应电流热。
这种热通过导热作用向导体的内部传导，使得整个导体的温度逐渐升高，最终达到熔化的温度。
感应炉的构造及工作原理：感应炉主要由感应线圈、工作盘和冷却系统等部分组成。
感应线圈通电后产生高频电磁场，工作盘则作为导体，通过引导电磁感应产生的涡流进行加热。
同时，感应炉还设置有冷却系统，以防止过热和保持炉体的正常工作温度。
工艺流程：感应炉熔炼的工艺流程一般分为下料、加热熔化和浇注三个阶段。
首先，将待熔化的金属材料切割或破碎成适当的大小，然后通过人工或机械手将金属料投入到感应炉的工作盘中。
接下来，通电开启感应炉，高频电流通过感应线圈产生高频电磁场，工作盘中的金属料受到磁场作用，产生感应电流，导致金属料发生涡流加热。
金属料温度逐渐升高，直到达到熔点，变成液态。
最后，在金属熔化状态下，通过倾倒或其他方式将熔融金属倾注进模具中。
待金属冷却凝固后，取出成品。
1.高效快捷：感应加热的热效率高，可以快速将金属加热到熔点，提高生产效率。
2.温度控制精确：感应炉可以根据需要调整加热功率和工作频率，实现对金属温度的精确控制。
3.无污染与环保：感应炉熔炼过程中无烟尘、无废气、无废水产生，对环境无污染。
4.适用性广泛：感应炉熔炼适用于各种金属材料，包括铜、铝、铁、钢、合金等。
总之，感应炉熔炼是一种高效、精确、环保的金属加热和熔炼工艺。
它通过利用感应加热原理，将电能转化为高频电磁能，使金属材料在高温下熔化，为金属加工提供了一种可靠、高效、环保的选择。
真空冶炼炉原理
真空冶炼炉原理
真空冶炼炉是一种用于金属材料的精细冶炼和热处理的设备。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 真空环境：真空冶炼炉内部采用高真空或局部真空环境，通过排除氧、氮等气体的影响，减少氧化和污染，提供纯净的反应环境。
2. 热传导：真空冶炼炉通过侧边或底部加热方式，使炉内金属材料快速达到所需温度。
采用电阻加热、电感加热或电子束加热等方式，实现高效的能量传递。
3. 保护作用：真空冶炼炉中，加热过程中产生的高温容易引起金属材料的氧化、蒸发和烧损等问题。
通过目标材料与真空环境中的气体发生反应，形成稳定的化合物或保护膜，来保护金属材料避免发生不良反应。
4. 熔化和混合：真空冶炼炉通过加热使金属材料达到熔化点，从而进行熔化。
同时，可以通过搅拌、坩埚旋转等方式实现金属材料的混合，确保熔体的均一性和纯净度。
5. 脱气处理：真空冶炼炉中的高真空环境可以有效地去除金属材料中的气体和杂质。
通过低压和高温的条件下，将气体从金属材料中脱附出来，并通过真空系统排出。
总的来说，真空冶炼炉通过提供稳定的反应环境、精确的温度
控制、高效的加热方式和脱气处理等手段，实现对金属材料的精细冶炼和热处理，以满足不同材料的工艺要求。
长知识：你知道真空感应炉是怎样炼钢的吗？
长知识：你知道真空感应炉是怎样炼钢的吗？真空感应熔炼，Vacuum induction melting，简称为VIM，指在真空条件下，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冶金方法。
VIM工艺具有熔炼室体积小，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，VIM现已发展为特殊钢、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。
VIM简图△真空感应熔炼炉结构简图（1-真空系统；2-翻炉机构；3-加料机构；4-坩埚；5-感应器；6-取样和捣料装置；7-测温装置；8-可动炉体）工艺过程1.真空泵不停工作，将空气及气态产物抽取走，保持真空环境。
真空环境的优点：①容易将溶于钢和合金中的氮、氢、氧和碳去除到远比常压下冶炼为低的水平。
②对于在熔炼温度下蒸气压比基体金属高的杂质元素(铜、锌、铅、锑、铋、锡和砷等)可通过挥发去除。
③合金中需要加入的铝、钛、硼及锆等活性元素的成分易于控制。
2.在真空条件下，利用交变电流作用到感应线圈产生交变磁场，交变磁场在炉料上感应出交变的电流——“涡流”，炉料被“涡流”加热并熔化为液态，达到冶炼金属的目的。
电磁感应加热的优点：①无需电弧加热所需的石墨电极，杜绝了电极增碳的可能，可以熔炼含碳量极低的钢与合金。
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。
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，有利于成分控制、气体含量低和缩短熔炼时间。
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。
经真空感应熔炼的金属材料可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能，高温蠕变性能以及磁性合金的磁导率等多种性能。
操作重点①原材料的准备要精细真空感应炉冶炼所用原材料的化学纯度、清洁度、块度和干燥程度要符合技术要求。
炉料要精、准备要细致。
真空冶炼炉的工作原理
真空冶炼炉的工作原理
真空冶炼炉是一种用于熔炼金属材料的高温设备，其主要工作原理是利用真空环境下的高温热处理过程来实现金属材料的冶炼。
该设备主要由炉体、加热装置、真空系统和控制系统等组成。
在工作时，首先将需要冶炼的金属物料放入炉体中，然后启动加热装置，通过炉内加热源对物料进行持续加热。
同时，真空系统将炉内空气抽出，实现了真空环境。
在真空环境下，炉体内的金属材料受热后开始熔化，并逐渐达到熔点。
熔化的金属经过一系列化学反应和物理变化，去除了杂质、夹杂物和气体，从而提高了材料的纯度和质量。
同时，真空环境下的高温处理也可以改变金属的晶体结构和组织，提高其力学性能和耐磨性等特性。
在整个冶炼过程中，控制系统对加热温度、真空度等参数进行监控和调节，确保冶炼过程的稳定性和可控性。
当冶炼结束后，炉体会通过冷却装置进行冷却，并将冶炼完成的金属材料取出。
总的来说，真空冶炼炉通过提供真空环境下的高温热处理，可以实现金属材料的冶炼过程，从而改善材料的纯度和性能。
真空熔炼炉原理
真空熔炼炉的基本原理真空熔炼炉是一种利用真空环境下进行熔炼的设备，主要用于高温金属、合金、陶瓷等材料的加工和制备。
它具有良好的熔炼环境控制能力，可以提供高纯度、无气体污染的材料，广泛应用于航空航天、电子制造、新材料等领域。
本文将详细介绍真空熔炼炉的基本原理，包括真空熔炼的工艺流程、真空环境的维持、熔炼温度控制等方面。
1. 真空熔炼的工艺流程真空熔炼的工艺流程一般包括以下几个步骤：(1) 移除气体和杂质在熔炼之前，首先需要将熔炼炉内的气体和杂质排除。
因为纯净的材料熔炼需要一个无气体的环境，而气体会引入杂质，影响材料的纯度。
常用的方法包括抽气和通入惰性气体等。
(2) 加热材料加热材料是真空熔炼的关键步骤之一。
通过加热，原料材料的结构会发生变化，分子间的键会断裂，使材料转化为液态。
真空熔炼炉采用电阻加热、感应加热、电子束加热等方式进行加热，可以根据材料的特性和需要选择合适的加热方式。
(3) 控制温度在熔炼过程中，温度的控制非常重要。
恰当的温度可以保证材料充分熔化而不烧结，同时也可以控制合金的组成和结构。
真空熔炼炉通常使用PID控制系统来实现温度的精确控制。
(4) 熔炼材料一旦达到适当的温度，材料开始熔解并融合在一起。
在熔炼过程中，可以根据需要加入适量的合金元素和控制熔炼的时间，以得到所需的合金组成和性能。
(5) 冷却和固化在熔炼完成后，需要将材料冷却并使其固化。
这可以通过控制熔炼炉内的温度、调整冷却速度等方式实现。
冷却速度的调节可以影响材料的晶体结构和性能。
2. 真空环境的维持真空环境的维持是真空熔炼炉运行的关键之一。
真空环境有以下几个作用：•移除气体和杂质，避免材料污染。
•防止氧化反应发生，保证材料的纯度。
•降低材料的熔点，促进熔化过程。
维持真空环境的主要手段包括抽气和封闭两种方式。
(1) 抽气抽气是真空熔炼炉维持真空环境的重要手段之一。
通过真空泵将熔炼炉内的气体抽出，使炉内压力降低到所需的真空度。
真空感应熔炼炉原理
真空感应熔炼炉原理真空感应熔炼炉是一种利用感应加热和真空环境进行金属熔炼和精炼的设备。
其原理是利用感应加热的方式将金属材料加热至熔点，并在真空环境下进行熔炼和精炼，以实现高纯度金属的生产。
真空感应熔炼炉在现代金属材料加工领域具有广泛的应用，本文将从原理方面对其进行详细介绍。
首先，真空感应熔炼炉的主要组成部分包括感应加热线圈、炉体、真空系统和控制系统。
感应加热线圈通过交变电流产生交变磁场，金属材料在磁场中感应出涡流，从而产生焦耳热使金属材料加热。
炉体是金属材料加热和熔炼的容器，通常由耐高温材料制成。
真空系统用于在炉体内部建立真空环境，以防止金属材料在高温下氧化和气化。
控制系统则用于控制加热功率、真空度和炉体温度，以实现熔炼和精炼过程的精确控制。
其次，真空感应熔炼炉的工作原理是在感应加热的作用下，将金属材料加热至熔点，并在真空环境下进行熔炼和精炼。
在炉体内部建立真空环境后，将金属材料放入炉体中，通过感应加热线圈加热金属材料。
随着金属材料温度的升高，金属开始熔化并在真空环境中进行熔炼和精炼。
在熔炼和精炼过程中，可以通过控制加热功率和真空度，实现对金属成分和纯度的精确控制，从而获得高纯度的金属产品。
最后，真空感应熔炼炉的原理使其具有许多优点。
首先，由于在真空环境下进行熔炼和精炼，可以有效防止金属材料在高温下氧化和气化，从而获得高纯度的金属产品。
其次，感应加热的方式使得加热效率高，加热均匀，可以快速将金属材料加热至熔点。
此外，真空感应熔炼炉还可以对金属成分和纯度进行精确控制，适用于生产高品质、高纯度的金属产品。
总之，真空感应熔炼炉是一种利用感应加热和真空环境进行金属熔炼和精炼的设备，其原理是利用感应加热的方式将金属材料加热至熔点，并在真空环境下进行熔炼和精炼，以实现高纯度金属的生产。
其工作原理简单清晰，具有许多优点，适用于生产高品质、高纯度的金属产品。
真空感应熔炼炉在现代金属材料加工领域具有广泛的应用前景。
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真空感应炉冶炼原理及工艺1 真空感应炉的基本构成真空感应炉是真空冶炼中的一个重要设备。
无论是有削成型或无削成形的产品冶炼的工艺流程均存在真空烧结的问题。
烧结的目的在于将所望成型的坯块烧成热锻时用的预成型件，并要保证获得良好的可锻性和延性结构，以避免制品在热锻时形成缺陷。
真空冶炼炉主要用于冶炼精密合金、电磁材料、合金钢与高温材料。
真空感应炉分间断式和半连续式两种，容量小于150kg的炉子多用向断式，容量为150-300kg的炉子两者皆有。
500kg以上的均采用半连续式。
5-7t的大型真空感应炉在国外较多。
国内用于冶炼工业中的真空感应炉主要还是中小型，现正向大型方向发展。
在真空感应炉的设计和使用中，真空获得仍是关键问题。
因为在真空感应炉中的温度为2000?左右，在此温度下，要达10-8Torr或更高的真空度是有困难的。
根据国内外有关资料的介绍，冶炼质量的提高与真空度是有明显关系的。
为此，用户希望设计的真空感应炉能达到10-8Torr或更高的真空度，目前达到10-5Torr的真空度还是较为容易的。
真空感应熔炼炉的结构如图1所示。
它是由炉体、真空泵系统、电源电控等几大部分组成。
炉体部分构成真空感应熔炼炉进行冶炼生产的场所和空间。
它由以下单元组成:合金加料装置、观察装置、取样装置、测温装置、翻炉机构、铸锭机构、坩埚、感应器及进电装置、真空室壳体等。
真空系统部分包括各种真空泵、真空阀、检测仪器等，它的职能是提供冶炼生产过程中，真空室里所必需的真空条件，如极限真空度、工作真空度、抽气时间、升压率等。
电源电控部分(图中未画出来)负责供给冶炼生产过程中所必需的电能，亦即实现电流、电压、功率、电流频率等电器参数的控制。
坩埚封闭在真空室中，利用电磁感应产生的涡旋电流做为热源，在真空状态下进行金属与合金的冶炼并浇注。
从而得到高质量的材料，这种工艺方法叫真空感应熔炼法，实施此种熔炼法的设备叫做真空感应熔炼炉，简称真空感应炉，这是一种新型冶金设备。
除此之外，电磁感应法也用于加热，在焊接、烧结、透热等方面也得到广泛应用，但当今真空感应炉主要用于冶炼，除特殊指明外，以下所述真空感应炉均指真空感应熔炼炉。
其主要产品是铸锭、精密铸件及双联熔炼用的电极母材。
2 常用真空获得设备-3-5真空感应炉的真空系统可由机械泵增压泵或机械泵扩散泵组成，以达到10,10Torr的真空度，有时还要加上罗茨泵。
2.1 机械泵机械真空泵是通常用来获得低真空的设备。
图2是常用的一种旋片式机械真空泵的结构简图。
泵壳内有一圆柱形内腔，其中装有一圆柱形转子，可由马达带着转动。
转子的中心轴线位置偏上，使转子与泵壳内腔在图中顶点处密合相切。
转子中嵌有两片刮板，中阅用弹簧撑住，使刮板两端紧贴泵壳内壁。
机械真空泵的抽气过程如图3所示。
设转子逆时针转动，开始时处于图中(a)的位置，转子和刮板把壳内腔体分为三个空腔，空腔1与排气口相通，腔内的气体正在被压缩，空腔2内刚隔离了一定量的被抽气体，并向排气口方向输送，空腔3刚形成，体积将扩大，从被抽容器内吸入气体，起抽气作用。
当转子逆时针转动时，空气由被抽容器通过进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。
当转子达到一定位置时，另一旋片把被吸入气体的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中抽出。
转子每转动一周，就有图3(a)空腔2中两倍的被隔离气体被排出泵外。
实用中可把两个机械泵单元串联或并联起来。
串联情况下可提高被抽空间的真空度，并联情况下可提高排气量。
整个泵体需浸在机械泵油中，油除了起润滑和密封作用外，还可起充填排气口与顶部之间“死角”的作用。
机械真空泵可直接向大气排气，它还常用作隔离真空系统的前级泵。
机械真空泵和其它真空泵一样有两个重要参量:一是极限真空，一是抽气速率。
(1)极限真空:在被抽容器的漏气及容器内壁放气可忽略的情况下，真空泵能抽得的最高真空度称为极限真空。
旋片式机械泵的极限真空度可达l0-5托，但在一般实验室情况下只能抽到10-2托。
(2)抽气速率:在某一给定压强下，单位时间内从泵的进气口处抽入泵内的气休体积，称为泵在该压强下的抽气速率。
单位一般为升/秒。
旋片式机械泵的抽气速率主要决定于转子的尺寸和转速。
在 160托到儿托的压强范围内，机械泵的抽气速率变化很小，在几托压强以下，抽气速率迅速下降，到极限真空时降为零。
下降的原因主要是:漏气、油放气和油本身的汽化造成了抽气过程的不完善。
一般旋片式机械真空泵给出的抽气速率是指泵在进气口处压强为760托时的抽气速率。
使用旋片式真空泵时应注意:(1)使用前检查油箱中油量是否适当，即油面是否达到规定的刻线。
(2)带动泵转子旋转的电动机的转动方向是否与标明的箭头相符。
否则会喷油或损坏刮板。
(3)停泵后进气口必须通大气，否则大气会通过缝隙把泵内的油缓慢地从进气口倒压进被抽容器，造成返油，严重影响真空系统的正常工作。
2.2 扩散泵扩散泵是广泛使用的获得高真空的主泵，它是动量传递式真空泵。
结构示意图如图4所示:泵的底部—是装有真空泵油的蒸发器，真空泵油经电炉加热沸腾后，产生一定的油蒸汽，蒸汽沿着蒸汽导流管传输到上部，经由三级伞形喷口向下喷出。
喷口外面的压强较油蒸汽压低，于是便形成一股向出口方向运动的高速蒸汽流，使之具有很好的运载气体分子的能力。
油分子与气体分子碰撞，由于油分子的分子量大，碰撞的结果是油分子把动量交给气体分子自己慢下来，而气体分子获得向下运动的动量后便迅速往下飞去。
并且，在射流的界面内，气体分子不可能长期滞留，因而界面内气体分子浓度较小。
由于这个浓度差，使被抽气体分得以源源不断地扩散进入蒸汽流而被逐级带至出口，并被前级泵抽走。
慢下来的蒸汽流在向下运动的过程中碰到水冷的泵壁，油分子就被冷凝下来，沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用。
冷阱的作用是减少油蒸汽分子进入被抽容器。
2.3 罗茨泵罗茨真空泵(简称罗茨泵)是一种旋转式变容真空泵。
根据罗茨真空泵工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵、中真空罗茨泵(又称机械增压泵)和高真空多级罗茨泵。
罗茨泵的结构如图5所示。
在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。
在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。
由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。
罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。
为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。
实际设备中往往用多个泵的串联来组成真空泵组，获得真空室中符合要求的真空度。
3 真空感应炉原理真空感应熔炼(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。
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。
3.1 感应加热原理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: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。
若感应线圈内砌有坩埚并装满金属炉料，则交变磁场的一部分磁力线将穿过金属炉料，磁力线的交变就相当于金属炉料与磁力线之间产生了切割磁力线的相对运动。
因此，在金属炉料中将产生感应电动势(E)，其大小通常以下式确定:二是焦耳楞茨定律，又称为电流热效应原理。
当电流在导体内流动时，定向流动的电子要克服各种阻力，这种阻力用导体的电阻来描述，电流克服电阻所消耗的能量将以热能的形式放出。
这就是电流的热效应:当感应炉通以交流电后，在感应线圈内坩埚里的金属炉料由一法拉第电磁感应定律产生感应电动势，由于金属炉料本身形成一闭合回路，所以在金属炉料中产生感应电流:I=4.44Ф?f/R ，(R:金属炉料的有效电阻，Ω)。
该感应电流又依照二焦耳-楞茨定律在炉料中放出热量，使炉料被加热。
3.2真空冶金的原理影响一个化学反应的外部因素主要是:温度、浓度和压力。
真空冶金就是通过改变外界压力对冶金过程中诸多化学反应中有气相参加的反应产生影响，当反应生成物中的气体摩尔数大于反应物中的气体摩尔数，减小系统的压力(即增加真空度)则可以使平衡反应向着增加气态物质的方向移动，促使反应进行的更完全。
以下几类反应器中发生的反应属于此类:1)在真空环境下，碳的行为很有意思。
在常压下，碳的脱氧能力较弱，因此常用金属脱氧剂(如硅、铝等)来进行沉淀脱氧，但硅、铝脱氧后形成的氧化物夹杂会部分残留在钢中，降低钢的纯洁度。
在一般条件下，当钢中〔C〕=0.20%，与之平衡的〔O〕=0.01%，当钢中〔C〕降低时，与之平衡的〔O〕还要升高，而现今有些特殊用途的钢和合金中的氧含量要求又远低于0.01%，因而在一般条件下仅用碳来脱氧是达不到脱氧要求的。
由于K值在某一温度下是一常数，当将炉内CO不断抽走，即降低炉内的PCO，〔%C〕?〔%O 〕的数值也会同时降低，即在真空条件下，碳氧反应会进行的更完全。
当气相压力降至0.1atm 时，碳的脱氧能力可超过硅;若气相压力降至133.322Pa时，碳的脱氧能力可超过铝。
但碳的脱氧能力并不会随着真空度的提高而无限制的提高，因为只有液气分界面的碳氧反应仅只遵循上述热力学原理，金属液体内部的碳氧反应不仅遵循上述热力学原理，还要受到动力学条件的约束。
金属液体内部如果要形成CO气泡，那么CO的生成压必须大于炉气压力、气泡产生处金属液柱的静压力和表面张力造成的压力之和。