【正文】 鑄件 )的主要設(shè)備 。 若在大氣中熔煉，由于爐氣中氧勢(shì)高，氮的分壓力大，要精確控制這類(lèi)活潑元素的含 量 甚至是不可能的。⑹ 無(wú)污染、 成本低。⑵良好的熱穩(wěn)定性 。 ? 三種 :中頻發(fā)電機(jī)組、可控硅變頻器、三倍頻變壓器。 ？ 應(yīng)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(dú)特優(yōu)點(diǎn)？有哪些不足之處？ （需自己總結(jié)） 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(hào)熔煉的同品種材料，在相同的熱加工和熱處理制度下能達(dá)到相同的性能， 在熔煉過(guò)程中 要求將各合金成分控制在盡可能窄的范圍內(nèi)。為此， 只有將熔煉置于與大氣隔絕的環(huán)境中進(jìn)行 。 1） 真空感應(yīng)爐熔煉法有以下特點(diǎn)： ⑴ 能精確控制產(chǎn)品成分 的含量。 具體分析： ⑴ 真空下熔煉能?chē)?yán)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(zhì)量及其穩(wěn)定性，可以將合金成分控制在很窄的范圍內(nèi)。 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(zhì) 鉛、鉍、碲、鎘、銅、硒等在冶煉鎳基合金 時(shí)可以揮發(fā)去除，當(dāng)冶煉鐵基合金時(shí)，上述雜質(zhì)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(guò)程中爐溫、真空度和熔煉時(shí)間等的控制比較容易，所以爐料的脫氣可以很充分。 通過(guò)真空感應(yīng)冶煉使鋼與合金的性能得到了明顯的提高。 2） 存在的問(wèn)題； ⑴ 真空感應(yīng)熔煉 過(guò)程中有耐火材料與熔體反應(yīng)和侵蝕問(wèn)題 （ 所熔煉金屬長(zhǎng)時(shí)間地與 坩堝 耐火材料接觸 發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng) ，必然 存在耐火材料玷污金屬的問(wèn)題 ，使合金在一定程度上受到污染 ） 。 坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)按爐子容量又分為 同軸轉(zhuǎn)動(dòng)電極 和 鋼鏈傳動(dòng) 兩種。 臥式爐子都是采用 坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)澆注式 。 臥式真空感應(yīng)爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 。 立式爐殼 結(jié)構(gòu)雖占地面積小，但由于其結(jié)構(gòu)上的不便，只適用于間歇式生產(chǎn)的小型爐座。 ①對(duì) 容量≤ 500kg 的感應(yīng)爐，選擇 側(cè)傾坩堝澆鑄 的結(jié)構(gòu)，在熔煉室內(nèi)澆鑄， 結(jié)構(gòu)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(shí)不會(huì)破壞熔煉室真空。 其 特點(diǎn)如下： ①在熔煉室內(nèi)澆鑄，結(jié)構(gòu)緊湊 。 ⑵ 半連續(xù)式真空感應(yīng)爐 ： 為了提高作業(yè)率以降低成本，大型真空感應(yīng)爐本身與鑄模分別裝在互相連接但用閘門(mén)隔開(kāi)的兩個(gè)真空室內(nèi)，每次澆鑄后關(guān)閉閘門(mén)，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(yīng)爐 1— 爐殼； 2— 坩堝； 3— 抽氣口； 4— 裝料倉(cāng)； 5— 裝料斜槽； 6— 鋼錠模； 7— 取樣裝置； 8— 熱電偶； 9— 錠模閘門(mén) ② 特點(diǎn)： a)生產(chǎn)率較間歇式爐子高。 b)減少高溫坩堝與大氣接觸機(jī)會(huì)， 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(zhì)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(yīng)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(yīng)爐的效率較低，所以其容量一般不超過(guò) 100kg， 主要用于試驗(yàn)室中研究性的熔煉。 中 頻感應(yīng)爐的變頻電源可選用 中頻發(fā)電機(jī) 或 可控硅變頻器 。 爐型結(jié)構(gòu)有哪幾種 演變類(lèi)型？有何不同功能和特點(diǎn)？ （需總結(jié)） 1） 真空感應(yīng)脫氣爐 VID（ Vacuum Induction Degassing） /鐘罩式真空脫氣爐 ⑴ 對(duì)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(shè)計(jì) 的 ，如圖 4 所示 。 ⑸ VID 熔爐設(shè)計(jì)緊湊，爐室容積較小，適用于煉鋼廠(chǎng)和鑄造廠(chǎng)。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(qiáng)化攪拌。 ② 模室 內(nèi)設(shè)計(jì) 有 錠模的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)裝置使得一爐鋼水能澆鑄多只錠子。這樣的設(shè)計(jì)減少了爐蓋上的操作機(jī)構(gòu)和真空管道、閥門(mén)等，既簡(jiǎn)化了設(shè)備，又簡(jiǎn)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(yīng)爐 近 10 多年來(lái)， 隨著爐容量的擴(kuò)大以及對(duì)合金材料的要求越來(lái)越高，真空感應(yīng)爐又發(fā)展增加了一 個(gè) 流槽室 ， 流槽室與熔煉室之間由 隔離閥 相連接 （ 圖 6） （爐子設(shè)計(jì)上又增加了一套 中間包流槽裝置 。出鋼時(shí)，鋼水通過(guò)流槽再進(jìn)入錠模，而不是直接進(jìn)入模子 ， 從而 使錠子內(nèi)的夾雜物得以減少， 見(jiàn)圖 6。 ① 不論是傳統(tǒng)的或帶流槽的真空感應(yīng)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(kāi)爐蓋進(jìn)行維修。 ③真空感應(yīng)爐模室的容積 是根據(jù)爐子的容量、用戶(hù)要求的錠子數(shù)量、真徑和長(zhǎng)度所決定的， 很難縮小。這時(shí)必須等待爐子冷卻以后才能進(jìn)行檢修，至少需要 8h 以上，直接影響產(chǎn)量、消耗和爐襯壽命。 圖 8 緊湊型真空感應(yīng)爐 （分隔式真空感應(yīng)熔煉 /真空感應(yīng)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(diǎn)： 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(yīng)懸浮爐 真空感應(yīng)懸浮爐是在 真空或充保護(hù)氣體狀態(tài)下， 利用中頻感應(yīng)加熱的原理 實(shí)現(xiàn)金屬與坩堝非接觸熔煉，可減少坩堝對(duì)熔煉金屬的污染，提高金屬純度。 ③應(yīng)用： 懸浮熔煉主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)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(hù)下進(jìn)行，按學(xué)科分類(lèi)列入真空冶金。 ① 它是一種采用 水冷分瓣銅坩堝 對(duì)物料進(jìn)行真空感應(yīng)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(diǎn)有： ① 它能夠 在無(wú)坩堝材料污染環(huán)境下對(duì)材料進(jìn)行熔煉和處理， 因?yàn)樵谌蹮掃^(guò)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(huì)發(fā)生任何形式的相互作用； ② 該技術(shù)采用 感應(yīng)加熱方式， 熔體在加熱過(guò) 程被 攪拌 ，可獲得 均勻的過(guò)熱度和化學(xué)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(diǎn)或活潑性元素熔體共存 ； ④ 該技術(shù) 可用于真空或任何氣氛下 ，因此冷坩堝技術(shù)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(yīng)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(nèi)， 溫度、真空度、精煉時(shí) 間、鋼液攪拌強(qiáng)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(bǔ)加料；③送電攪拌；④帶電澆注 ？ 各有何優(yōu)缺點(diǎn)？ （需總結(jié)） 1） 傳統(tǒng)類(lèi)型的真空電弧爐 /真空自耗爐， 也稱(chēng) VAR（ Vacuum Arc Remelting） 真空自耗電極電弧爐是利用預(yù)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(lái)熔化自耗電極 ） 金屬和合金的 設(shè)備 ； 適用于鋼，特別是 高級(jí)合金鋼、鎢、鉬、鈮、鈦等 合金的重熔 ； 其特點(diǎn)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(zhì)不銹耐熱鋼、軸承鋼及工模具鋼。它用于制備 細(xì)等軸晶鑄錠 。通過(guò)真空電弧雙極重熔制備的鑄錠為 細(xì) 等軸晶組織。 圖 13 及 表 2 對(duì)兩種電弧爐的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。熔煉真空度一般在 。為了對(duì)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(diǎn)之一是自耗電極的熔化與重熔錠的凝固同時(shí)進(jìn)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(gè)真空室內(nèi) （如下 圖 ） 。 據(jù)報(bào)導(dǎo)，這種真空電弧凝殼熔煉法所生產(chǎn)的鑄件，具有較高的機(jī)械性能。 ？ VIM 和 VAR 對(duì)材料的某些要求已不能滿(mǎn)足，如： ⑴溫度。 VIM 冶煉，存在坩堝反應(yīng)的污染。 VAR 產(chǎn)品存在偏析及夾雜物聚集，影響加工 塑性。 工藝特點(diǎn) 有哪些？ ⑴在 高真空 環(huán)境下進(jìn)行熔煉 （ 熔煉真空度一般 101~103Pa） ； ⑵熔煉時(shí)熔池的溫度及其分布可控； ⑶熔池的維持時(shí)間可在很大的范圍內(nèi)調(diào)整； ⑷熔煉是在水冷銅坩堝 (結(jié)晶器 )內(nèi)進(jìn)行的，可有效避免金屬液被耐火材料污染。 它比真空感應(yīng)爐、真空電弧爐的真空度要高得多。 由于能對(duì)熔化爐料的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，加之送料速率可以調(diào)節(jié)控制，因此可在較大范圍內(nèi)調(diào)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(shè)計(jì)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(yīng)熔煉和真空電弧重熔都優(yōu)越。 1） 按其使用的電子槍的類(lèi)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(jié)晶器的內(nèi)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(diǎn)？ 等離子槍可用 惰性氣體（ Ar）、還原性氣體（ H2）等為介質(zhì) ，以達(dá)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(dǎo)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(lèi)型較多，但工業(yè)上用于熔煉的等離子爐多采用 轉(zhuǎn)移型和中空陰極型電弧等離子槍 。 用于等離子感應(yīng)爐的是 直流等離子槍 。 ⑴ 非轉(zhuǎn)移弧式等離子槍 ：工作氣體在陰極和陽(yáng)極間直接形成電弧等離子流。 ⑴等離子電弧爐 (Plasma Arc Furnace)， 簡(jiǎn)稱(chēng) PAF。 ⑷等離子電子束重熔。 范圍有哪些？ ⑴該產(chǎn)品用其他方法無(wú)法生產(chǎn)，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(diǎn)： 凝固速度愈快，局部凝固時(shí)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(biāo)志是鑄錠的二次枝晶間距 。 ⑶ 工藝的穩(wěn)定性。 ⑸ 過(guò)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(xué) 成分不易準(zhǔn)確控制和調(diào)整 ； ⑸目前通用的渣料含 CaF2 較多，在重熔過(guò)程中，污染環(huán)境，必須設(shè)除塵和去氟裝置 及 推廣低氟渣與無(wú)氟渣。 ⑷ 爐渣 —鋼液間界面張力要大，以保證熔渣對(duì)夾雜物的吸附。 有何 功能 ？ 熔渣在 ESR 過(guò)程中有三個(gè)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(nèi)的金屬液由下向上，由邊緣向中心方向逐步結(jié)晶成金屬錠 。 過(guò)去受 蘇聯(lián) 的影響電渣冶金工作者普遍認(rèn)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(guò)渣池向金屬熔池過(guò)渡及夾雜物由金屬熔池向上浮升等階段去除