真空感應(yīng)熔煉的新技術(shù)

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1、真空感應(yīng)熔煉的新技術(shù)摘要：為使從事真空冶金技術(shù)人員對(duì)國(guó)內(nèi)外真空冶金技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展有較全面的了解，綜述性詳細(xì)回顧了真空冶金技術(shù)的歷史及發(fā)展過(guò)程，對(duì)真空冶金進(jìn)行了詳細(xì)分類，對(duì)各類常用真空冶煉方法進(jìn)行了系統(tǒng)論述，介紹了國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，指出了發(fā)展前景及方向。關(guān)鍵詞：真空冶煉；工藝分類；工業(yè)應(yīng)用Abstract：Thehistoryandthedevelopingprocessofthevacuummetallurgicaltechnologyaledescribedindetail，theclassificationonthevacuummetallurgyisma

2、de，thecommonusedvacuummetallurgicalmethodsaresystematicallydiscussed，thedevelopmentofthevacuummetallurgyathomeandabroadisintroduced，theprospectandthedirectionareindicated．Keywords：vacuummetallurgy；technologicalchassification；industryapplication真空冶金是指在小于大氣壓下進(jìn)行的冶金作業(yè)。真空冶金的應(yīng)用,是建立在真空技術(shù)的進(jìn)

3、步和廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)上的。獲取真空的想法,出現(xiàn)在公元前384～322年。1654年第一臺(tái)可供實(shí)用的真空泵由德國(guó)馬德堡市市長(zhǎng)、工程師O.V.Guerike制成,并用來(lái)做了有名的“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”,開(kāi)始了實(shí)際應(yīng)用真空的時(shí)代。1643年E.Torricelli用一端封閉的玻璃管,測(cè)出大氣壓為760mm汞柱高。1865年Bessemer設(shè)想將煉好的鋼在真空中澆鑄以消除氣泡和裂紋,但技術(shù)和設(shè)備都不足以達(dá)到要求。1874年H.Mcleode發(fā)明了壓縮真空計(jì)。1905年M.V.Pirani提出電子束熔煉的概念。二十世紀(jì)五十年代真空冶金應(yīng)用于高溫合金的熔煉,目前世界上的最大的EB

4、CFM爐是建立在日本礦業(yè)日立工廠的ESP100/1200CF爐。1917年真空電阻爐熔化鎳基合金。1923年德國(guó)開(kāi)始研究真空感應(yīng)熔煉。1926年德國(guó)用真空感應(yīng)爐(容量4t,功率350kW)熔化Co、Ni合金。1935年Hopkins研究應(yīng)用水冷銅坩堝自耗電極真空電弧熔煉。1938年應(yīng)用真空脫氣設(shè)備對(duì)鋼進(jìn)行脫氣處理。1940年前蘇聯(lián)開(kāi)始研究電渣冶金。美國(guó)于1950年應(yīng)用真空自耗電極電弧爐熔煉Ti,1957年應(yīng)用電子束爐熔煉Ta、Nb等合金,1962年應(yīng)用等離子熔煉不銹鋼及高溫合金。二十世紀(jì)五十年代國(guó)際上普遍采用電弧爐或非真空感應(yīng)爐熔煉高溫合金及特種鋼。但電弧爐只

5、能熔煉低合金化的合金及鋁、鈦等易燒損元素少的合金。現(xiàn)代的高溫合金含有大量的易燒損元素及微量元素,必須采用真空下的熔煉工藝。要進(jìn)一步提高合金的質(zhì)量、改善合金的鑄態(tài)組織和熱加工塑性、力學(xué)性能等,須采用雙聯(lián)及三聯(lián)工藝。通常情況下,對(duì)合金化程度較低的合金來(lái)說(shuō)是采用電弧爐熔煉、非真空感應(yīng)爐熔煉鑄成電極后再進(jìn)行真空自耗或電渣重熔。對(duì)合金化程度較高的合金,則采用真空感應(yīng)爐熔煉成電極棒,然后再經(jīng)真空自耗重熔或電渣重熔。采用不同的冶煉工藝方法冶煉不同類型的合金,其冶煉工藝因素對(duì)冶金質(zhì)量的影響各不相同。采用電渣重熔金屬作為第三次真空電弧重熔的自耗電極,主要是保證合金具有很低的氣體

6、含量[1]。一.真空冶金的特點(diǎn)1.1對(duì)一切增容反應(yīng)都有有利影響（1）物質(zhì)的氣化M凝聚態(tài)→M氣態(tài)，金屬的氣化、蒸發(fā)，在真空中物質(zhì)的沸點(diǎn)降低。（2）氧化物MO被還原劑還原R+MO凝聚態(tài)→M凝聚態(tài)+RO氣態(tài)↑，金屬氧化物還原成固態(tài)或液態(tài)金屬。（3）R+MO凝聚態(tài)→M氣態(tài)+RO氣態(tài)↑，金屬氧化物還原成氣態(tài)金屬。（4）溶解了氣體G的金屬放出氣體G金屬→G↑（5）金屬與氣體生成的化合物分解出氣體MG→M+G↑，金屬化合物熱分解。真空對(duì)這些過(guò)程都有利，即加快了反應(yīng)進(jìn)行的速度或是降低反應(yīng)進(jìn)行的溫度。1.2很少有氣體參加反應(yīng)真空中氣體稀薄，很少有氣體參加反應(yīng)。金屬在真空中融化時(shí)

7、不會(huì)溶解氣體；金屬在真空中加熱到較高溫度時(shí)，無(wú)論金屬呈固體或液體都極少氧化；氣體遵循理想氣體方程。1.3可控制系統(tǒng)內(nèi)外物質(zhì)流動(dòng)真空系統(tǒng)是一個(gè)較為密閉的體系，與大氣基本隔開(kāi)，只經(jīng)過(guò)管道和泵將真空系統(tǒng)中的殘余氣體送入大氣，大氣不能經(jīng)泵進(jìn)入真空系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)外的物質(zhì)流動(dòng)完全在控制下。1.4無(wú)污染若過(guò)程需要較高的溫度(大于真空室壁材料的軟化溫度),則加熱系統(tǒng)要用電在爐內(nèi)加熱,因而真空系統(tǒng)沒(méi)有燃料燃燒所帶來(lái)的問(wèn)題。如含SO2氣體的排放，收塵，對(duì)環(huán)境的污染等問(wèn)題。1.5氣體分子小金屬或氧化物在真空中形成氣體之后，氣體分子很小或很分散。在真空中多原子分子傾向于分解成較少原子組

8、成的分子，形成的氣體分子很小，粒徑一般