最新真空感应熔炼的新技术精编版

2020年真空感应熔炼的新技术精编版

真空感应熔炼的新技术

摘要：为使从事真空冶金技术人员对国内外真空冶金技术的现状和发展有较全面的了解，综述性详细回顾了真空冶金技术的历史及发展过程，对真空冶金进行了详细分类，对各类常用真空冶炼方法进行了系统论述，介绍了国内外发展情况，指出了发展前景及方向。

关键词：真空冶炼；工艺分类；工业应用

Abstract：

The history and the developing process of the vacuum metallurgical tec hnology ale described in detail，

the classification on the vacuum metallurgy is made，

the common used vacuum metallurgical methods are systematically discusse d，

the development of the vacuum metallurgy at home and abroad is introd uced，the prospect and the direction are indicated．

Key words：vacuum metallurgy；technological chassification；

industry application

真空冶金是指在小于大气压下进行的冶金作业。真空冶金的应用, 是建立在真空技术的进步和广泛应用基础上的。获取真空的想法, 出现在公元前384～322 年。1654年第一台可供实用的真空泵由德国马德堡市市长、工程师O. V . Guerike 制成, 并用来做了有名的“马德堡半球实验”,开始了实际应用真空的时代。1643 年E . Tor ricelli 用一端封闭的玻璃管, 测出大气压为760 mm 汞柱高。1865 年Bessemer设想将炼好的钢在真空中浇铸以消除气泡和裂纹, 但技术和设备都不足以达到要求。1874 年

H.Mcleode 发明了压缩真空计。1905 年M. V. Pirani提出电子束熔炼的概念。二十世纪五十年代真空冶金应用于高温合金的熔炼, 目前世界上的最大的EBCFM炉是建立在日本矿业日立工厂的ESP100/1200CF 炉。1917 年真空电阻炉熔化镍基合金。1923年德国开始

研究真空感应熔炼。1926年德国用真空感应炉( 容量4t , 功率350 kW) 熔化Co 、Ni合金。1935 年Hopkins 研究应用水冷铜坩埚自耗电极真空电弧熔炼。1938 年应用真空脱气设备对钢进行脱气处理。1940 年前苏联开始研究电渣冶金。美国于1950 年应用真空自耗电极电弧炉熔炼T i, 1957 年应用电子束炉熔炼T a、Nb 等合

金, 1962 年应用等离子熔炼不锈钢及高温合金。二十世纪五十年代国际上普遍采用电弧炉或非真空感应炉熔炼高温合金及特种钢。但电弧炉只能熔炼低合金化的合金及铝、钛等易烧损元素少的合金。现代的高温合金含有大量的易烧损元素及微量元素, 必须采用真空下的熔炼工艺。要进一步提高合金的质量、改善合金的铸态组织和热加工塑性、力学性能等, 须采用双联及三联工艺。通常情况下, 对合金化程度较低的合金来说是采用电弧炉熔炼、非真空感应炉熔炼铸成电极后再进行真空自耗或电渣重熔。对合金化程度较高的合金, 则采用真空感应炉熔炼成电极棒, 然后再经真空自耗重熔或电渣重熔。采用不同的冶炼工艺方法冶炼不同类型的合金, 其冶炼工艺因素对冶金质量的影响各不相同。采用电渣重熔金属作为第三次真空电弧重熔的自耗电极, 主要是保证合金具有很低的气体含

量[ 1] 。

一.真空冶金的特点

1.1 对一切增容反应都有有利影响

（1）物质的气化M凝聚态→M气态，金属的气化、蒸发，在真空中物质的沸点降

低。（2）氧化物MO被还原剂还原R+MO凝聚态→M凝聚态+RO气态↑，金属氧化物还原成固态或液态金属。

（3）R+MO凝聚态→M气态+RO气态↑，金属氧化物还原成气态金属。（4）溶解了气体

G 的金属放出气体G金属→G↑

（5）金属与气体生成的化合物分解出气体MG→M+G↑，金属化合物热分解。真空对这些过程都有利，即加快了反应进行的速度或是降低反应进行的温度。

1.2 很少有气体参加反应

真空中气体稀薄，很少有气体参加反应。金属在真空中融化时不会溶解气体；金属在真空中加热到较高温度时，无论金属呈固体或液体都极少氧化；气体遵循理想气体方程。

1.3 可控制系统内外物质流动

真空系统是一个较为密闭的体系，与大气基本隔开，只经过管道和泵将真空系统中的残余气体送入大气，大气不能经泵进入真空系统，系统内外的物质流动完全在控制下。

1.4 无污染

若过程需要较高的温度( 大于真空室壁材料的软化温度), 则加热系统要用

电在炉内加热, 因而真空系统没有燃料燃烧所带来的问题。如含SO2 气体的排放，收尘，对环境的污染等问题。

1.5 气体分子小

金属或氧化物在真空中形成气体之后，气体分子很小或很分散。在真空中多原子分子倾向于分解成较少原子组成的分子，形成的气体分子很小，粒径一般在10-10 米。

二.几种主要的真空冶金方法

2.1. 真空还原

在真空下用碳、铝、硅等还原剂还原金属氧化物或化合物制取金属。真空还原可以大大降低还原温度，完成一些常压下无法完成的作业。以碳还原五氧化二铌为例。常压下碳不能全部还原铌，而是生成各种碳化铌，最高还原温度达到2834卡, 但当真空度达到10-2 帕时, 其开始还原温度降至1956 卡, 当在10-4 帕时降至1694卡。其它钒、钽、钛、锆、钨、钼的情况也类似。真空条件下还可用碳或碳化物还原碱金属和碱土金属。