【正文】 鑄件 )的主要設備 。 若在大氣中熔煉，由于爐氣中氧勢高，氮的分壓力大，要精確控制這類活潑元素的含 量 甚至是不可能的。⑹ 無污染、 成本低。⑵良好的熱穩(wěn)定性 。 ? 三種 :中頻發(fā)電機組、可控硅變頻器、三倍頻變壓器。 ？ 應用最廣的坩堝耐火材料有 鎂砂，鎂鋁尖晶石和石英砂 3 種。 ⑶ 物化穩(wěn)定性好 。 ，有何獨特優(yōu)點？有哪些不足之處？ （需自己總結） 為了保證材料在使用條件下具有穩(wěn)定和可靠的性能，為了保證不同爐號熔煉的同品種材料，在相同的熱加工和熱處理制度下能達到相同的性能， 在熔煉過程中 要求將各合金成分控制在盡可能窄的范圍內。為此， 只有將熔煉置于與大氣隔絕的環(huán)境中進行 。 1） 真空感應爐熔煉法有以下特點： ⑴ 能精確控制產品成分 的含量。 具體分析： ⑴ 真空下熔煉能嚴格控制合金中活潑元素 ，如鋁、鈦等的含量， 因而能保證合金的性能、質量及其穩(wěn)定性，可以將合金成分控制在很窄的范圍內。 ⑵ 真空 下 有利 于去除氣體和減少非金屬夾雜物；有害金屬雜質 鉛、鉍、碲、鎘、銅、硒等在冶煉鎳基合金 時可以揮發(fā)去除，當冶煉鐵基合金時，上述雜質及砷、錫均可有效去除， 因此 合金純潔度明顯提高。 b)在熔煉過程中爐溫、真空度和熔煉時間等的控制比較容易，所以爐料的脫氣可以很充分。 通過真空感應冶煉使鋼與合金的性能得到了明顯的提高。 2） 存在的問題； ⑴ 真空感應熔煉 過程中有耐火材料與熔體反應和侵蝕問題 （ 所熔煉金屬長時間地與 坩堝 耐火材料接觸 發(fā)生某些化學反應 ，必然 存在耐火材料玷污金屬的問題 ，使合金在一定程度上受到污染 ） 。 坩堝轉動機構按爐子容量又分為 同軸轉動電極 和 鋼鏈傳動 兩種。 臥式爐子都是采用 坩堝轉動澆注式 。 臥式真空感應爐的內部結構如圖 2 所示 。 立式爐殼 結構雖占地面積小，但由于其結構上的不便，只適用于間歇式生產的小型爐座。 ①對 容量≤ 500kg 的感應爐，選擇 側傾坩堝澆鑄 的結構，在熔煉室內澆鑄， 結構緊湊 ； ② 容量＞ 500kg 的大爐子通常采用 半連續(xù)操作 （如圖 3），即裝料和取樣時不會破壞熔煉室真空。 其 特點如下： ①在熔煉室內澆鑄，結構緊湊 。 ⑵ 半連續(xù)式真空感應爐 ： 為了提高作業(yè)率以降低成本，大型真空感應爐本身與鑄模分別裝在互相連接但用閘門隔開的兩個真空室內，每次澆鑄后關閉閘門，待凝固完成后更換模子，而不破壞爐子本身的真空。 圖 3 半連續(xù)式真空感應爐 1— 爐殼； 2— 坩堝； 3— 抽氣口； 4— 裝料倉； 5— 裝料斜槽； 6— 鋼錠模； 7— 取樣裝置； 8— 熱電偶； 9— 錠模閘門 ② 特點： a)生產率較間歇式爐子高。 b)減少高溫坩堝與大氣接觸機會， 有利于提高坩堝壽命； 減少坩堝殘留金屬的氧化和坩堝吸氣量，從而 有利于提高冶煉金屬的質量。為此，提出了大容 量 爐座熱裝的工藝。 ⑴ 按爐料和容量選擇電源頻率，一般分為 ① 高頻 ~（＞ 104Hz 或 105~106Hz） ② 中頻 ~（ 50～ 104Hz， 常用 150~2500Hz） ③ 工頻 ~（ 50 或 60Hz） ⑵ 煉鋼用的感應電爐依爐子容量（坩堝直徑）的不同而采用不同的頻率 。 由 于高頻電源的功率較小，高頻感應爐的效率較低，所以其容量一般不超過 100kg， 主要用于試驗室中研究性的熔煉。 中 頻感應爐的變頻電源可選用 中頻發(fā)電機 或 可控硅變頻器 。 爐型結構有哪幾種 演變類型？有何不同功能和特點？ （需總結） 1） 真空感應脫氣爐 VID（ Vacuum Induction Degassing） /鐘罩式真空脫氣爐 ⑴ 對于有些材料，如特鋼，耐熱鋼，耐蝕鋼，僅需要在真空下保溫、脫氣 (也可精煉 )，而不必在真空下澆注而設計 的 ，如圖 4 所示 。 ⑸ VID 熔爐設計緊湊，爐室容積較小，適用于煉鋼廠和鑄造廠。最大 VIM 爐容量為 60t，熔煉電源采用低頻 (～ 4Hz)、高功率便于快速熔煉，攪拌采用工頻強化攪拌。 ② 模室 內設計 有 錠模的移動或轉動裝置使得一爐鋼水能澆鑄多只錠子。這樣的設計減少了爐蓋上的操作機構和真空管道、閥門等，既簡化了設備，又簡化了操作。 例如 5t 容量的爐子，其熔煉室的容積為 60m3 。 3） 帶流槽（中間包）的真空感應爐 近 10 多年來， 隨著爐容量的擴大以及對合金材料的要求越來越高，真空感應爐又發(fā)展增加了一 個 流槽室 ， 流槽室與熔煉室之間由 隔離閥 相連接 （ 圖 6） （爐子設計上又增加了一套 中間包流槽裝置 。出鋼時，鋼水通過流槽再進入錠模，而不是直接進入模子 ， 從而 使錠子內的夾雜物得以減少， 見圖 6。 ① 不論是傳統(tǒng)的或帶流槽的真空感應爐， 熔 煉室都比較大。 一旦液壓缸或電纜出現(xiàn) 故障，必須等爐料冷卻以后，破真空，打開爐蓋進行維修。 ③真空感應爐模室的容積 是根據(jù)爐子的容量、用戶要求的錠子數(shù)量、真徑和長度所決定的， 很難縮小。這時必須等待爐子冷卻以后才能進行檢修，至少需要 8h 以上，直接影響產量、消耗和爐襯壽命。 圖 8 緊湊型真空感應爐 （分隔式真空感應熔煉 /真空感應脫氣澆鑄 /VIDP ） 1— 合金加料室； 2— 熔煉室； 3— 流槽； 4— 中間包室； 5— 模室 優(yōu)點： ①減少一次性投資 。 表 1 兩 種爐型的真空爐特征數(shù)據(jù)比較 5） 其他 新 爐型 ⑴ 真空感應懸浮爐 真空感應懸浮爐是在 真空或充保護氣體狀態(tài)下， 利用中頻感應加熱的原理 實現(xiàn)金屬與坩堝非接觸熔煉，可減少坩堝對熔煉金屬的污染，提高金屬純度。 ③應用： 懸浮熔煉主要應用于實驗室的小型純金屬熔煉研究及冶金平衡研究。由于熔煉活潑金屬，通常在真空或惰性氣體保護下進行，按學科分類列入真空冶金。 ① 它是一種采用 水冷分瓣銅坩堝 對物料進行真空感應熔煉的方法。 冷卻水帶走較多熱量， 采用大功率 ，增加電磁斥力也消耗能量，通常η H 小于 50％。 其主要特點有： ① 它能夠 在無坩堝材料污染環(huán)境下對材料進行熔煉和處理， 因為在熔煉過程中熔體和坩堝壁處于 軟接觸或非接觸狀態(tài)， 坩堝壁溫度處于 冷態(tài) ，熔體和坩堝壁間不會發(fā)生任何形式的相互作用； ② 該技術采用 感應加熱方式， 熔體在加熱過 程被 攪拌 ，可獲得 均勻的過熱度和化學成分 ； ③ 由于銅坩堝一直處于冷態(tài)并且不與熔體接觸，因此坩堝 可以和高熔點或活潑性元素熔體共存 ； ④ 該技術 可用于真空或任何氣氛下 ，因此冷坩堝技術特別適用于 熔煉活潑金屬、高純金屬、難熔合金和放射性材料等。 因此，必須了解真 空下鋼液與 坩堝 材料之間相互反應的規(guī)律，以便制訂出合理的冶煉工藝，選擇合適的 坩堝 材料。 ？ 在精煉期內， 溫度、真空度、精煉時 間、鋼液攪拌強度等 是取得良好精煉效果的重要工藝參數(shù)。 是什么？ “ 一中、一低、一攪拌、一帶電 ”即 ①中溫出鋼；②低溫加 Al、 Ti 等補加料；③送電攪拌；④帶電澆注 ？ 各有何優(yōu)缺點？ （需總結） 1） 傳統(tǒng)類型的真空電弧爐 /真空自耗爐， 也稱 VAR（ Vacuum Arc Remelting） 真空自耗電極電弧爐是利用預先制成的金屬棒料在真空 （ 102～ 101Pa） 或惰性氣氛中 借助電弧供熱重熔（利用直流電弧作熱源來熔化自耗電極 ） 金屬和合金的 設備 ； 適用于鋼，特別是 高級合金鋼、鎢、鉬、鈮、鈦等 合金的重熔 ； 其特點是 溫度高、熔化快、脫氣效果顯著，熔融金屬不受耐火材料污染，能減少金屬中 非金屬夾雜物 。亦用于熔煉優(yōu)質不銹耐熱鋼、軸承鋼及工模具鋼。它用于制備 細等軸晶鑄錠 。通過真空電弧雙極重熔制備的鑄錠為 細 等軸晶組織。 圖 13 及 表 2 對兩種電弧爐的特點進行了比較。熔煉真空度一般在 。為了對高溫活性金屬的熔鑄，在熱源上又有所不同，出現(xiàn)了電子束凝殼爐、等離子弧凝殼爐等型但它們各有其不足之處。 真空電弧凝殼熔煉 ： 真空自耗電弧重熔的特點之一是自耗電極的熔化與重熔錠的凝固同時進行。 這樣就提出真空電弧澆注的方法。 這種爐子的爐體與錠模安 置 在同一個真空室內 （如下 圖 ） 。 據(jù)報導，這種真空電弧凝殼熔煉法所生產的鑄件，具有較高的機械性能。 ？ VIM 和 VAR 對材料的某些要求已不能滿足，如： ⑴溫度。 VIM 冶煉，存在坩堝反應的污染。 VAR 產品存在偏析及夾雜物聚集，影響加工 塑性。 工藝特點 有哪些？ ⑴在 高真空 環(huán)境下進行熔煉 （ 熔煉真空度一般 101~103Pa） ； ⑵熔煉時熔池的溫度及其分布可控； ⑶熔池的維持時間可在很大的范圍內調整； ⑷熔煉是在水冷銅坩堝 (結晶器 )內進行的，可有效避免金屬液被耐火材料污染。 它比真空感應爐、真空電弧爐的真空度要高得多。 由于能對熔化爐料的功率進行調節(jié)，加之送料速率可以調節(jié)控制，因此可在較大范圍內調整金屬爐料的熔化速率 。 ⑸電子束爐不僅能熔化料棒，還可設計成能熔化塊狀、屑狀或粉末狀的金屬料。 電子束重熔的精煉效果比真空 感應熔煉和真空電弧重熔都優(yōu)越。 1） 按其使用的電子槍的類型 分 ， 可分為 軸向槍、橫向槍、環(huán)形槍 等。并 且 根據(jù)金屬成品的不同要求，結晶器的內腔截而可制成圓形、環(huán)形或矩形。 等離子工作氣體 有哪些？有何特點？ 等離子槍可用 惰性氣體（ Ar）、還原性氣體（ H2）等為介質 ，以達到不同的冶金目的。 氫 (H2)是雙原子氣體，又是還原性氣體，它的熱函和導熱系數(shù)最高，而且 傳熱能力最大 ， 采用 H2 為等離子工作氣體， 可有效地防止金屬的氧化 。 等離子槍的類型較多，但工業(yè)上用于熔煉的等離子爐多采用 轉移型和中空陰極型電弧等離子槍 。 用于等離子感應爐的是 直流等離子槍 。 ⑴ 非轉移弧式等離子槍 ：工作氣體在陰極和陽極間直接形成電弧等離子流。 ⑴等離子電弧爐 (Plasma Arc Furnace)， 簡稱 PAF。 ⑷等離子電子束重熔。 范圍有哪些？ ⑴該產品用其他方法無法生產，例如材料本身就是不能變形的鑄造合金。 ？ 有四種： 電渣重熔 （ ESR） 、真空電弧重熔 （ VAR） 、電子束重熔 （ EBR） 和 等離子重熔 （ PAR） 。 3）凝固特點： 凝固速度愈快，局部凝固時間愈短，可有效地控制鑄錠顯微偏析，在冶金上顯微偏析的標志是鑄錠的二次枝晶間距 。 ⑶ 工藝的穩(wěn)定性。 ⑸ 過程的可控性好。 ⑶去氣效果較差； ⑷ 重熔 含 Al、 Ti 元素高的鋼種， 化學 成分不易準確控制和調整 ； ⑸目前通用的渣料含 CaF2 較多，在重熔過程中，污染環(huán)境，必須設除塵和去氟裝置 及 推廣低氟渣與無氟渣。 ⑷ 爐渣 —鋼液間界面張力要大，以保證熔渣對夾雜物的吸附。 有何 功能 ？ 熔渣在 ESR 過程中有三個作用： ①作為 重熔熱源（發(fā)熱體） 。 ⑴二元渣系 ：其代表成分是 三七渣 （ CaF2/Al2O3＝ 70/30） 70%CaF2+30%Al2O3 ⑵多元渣系 ： CaF2CaOAl2O3 三元渣系； CaF2CaOAl2O3MgO 四元渣系； CaF2CaOAl2O3MgOSiO2 五元渣系等。這一階段具有良好的去除夾雜的條件。熔池內的金屬液由下向上，由邊緣向中心方向逐步結晶成金屬錠 。 過去受 蘇聯(lián) 的影響電渣冶金工作者普遍認為，電渣冶金去除非金屬夾雜物主要靠夾雜物從金屬熔池中向上浮升，之后被融渣吸附。其余 1/3是在熔滴通過渣池向金屬熔池過渡及夾雜物由金屬熔池向上浮升等階段去除