真空感應(yīng)熔煉新技術(shù).doc

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1、一、真空感應(yīng)爐國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀真空感應(yīng)爐大約始于1920年，用于熔煉鎳鉻合金。直到第2次世界大戰(zhàn)，由于真空技術(shù)的進步使真空感應(yīng)爐熔煉才開始真正發(fā)展起來。1926年德國用真空感應(yīng)爐（容量4t，功率350kw）熔化Co、Ni合金。二戰(zhàn)期間歐美等國家已達(dá)到了實用化程度并取得了飛速發(fā)展，日本也相繼采用。這種方法多用于熔煉耐熱鋼、軸承鋼、純鐵、鐵鎳合金、不銹鋼等多種金屬材料。這一方法使材料的斷裂強度、高溫韌性、耐氧化性等都得到了改善。由于大型真空抽氣設(shè)備（如增壓泵）的出現(xiàn)，真空感應(yīng)爐也逐步向大型化發(fā)展。以美國為例，1969年真空感

2、應(yīng)爐的容量已達(dá)到27.60t的規(guī)模。滿足了各種金屬材料工業(yè)化生產(chǎn)的要求。西歐各國也在20世紀(jì)60年代，將爐子向大型化發(fā)展并不斷改進，可在冶煉過程中不破壞真空，在裝料、鑄模準(zhǔn)備及澆鑄操作等過程實現(xiàn)連續(xù)的或半連續(xù)的真空感應(yīng)熔煉。美國consarc公司和德國ALD是目前國際上最主要的大型真空感應(yīng)熔煉爐制造企業(yè)，生產(chǎn)的大型真空感應(yīng)熔煉爐可以達(dá)到30t，甚至更大。中國自行生產(chǎn)的真空感應(yīng)熔煉爐的容量一般比較小，主要為5-1500kg。2t以上的大型感應(yīng)爐主要從德國、美國、日本進口。20世紀(jì)80年代初，撫鋼在國內(nèi)率先從德國引進3t/6

3、t大型真空感應(yīng)爐。從90年代以后國內(nèi)寶鋼特鋼、東北特鋼和攀長鋼等企業(yè)先后從國外引進了大型真空感應(yīng)爐，最大容量為12t。目前正在引進的最大容量為24t。二、新技術(shù)在真空感應(yīng)爐的應(yīng)用1.電磁攪拌和惰性氣體攪拌感應(yīng)爐冶煉本身已存在較強烈的攪拌作用，加上電磁攪拌后，氣體上升到熔液界面大量析出，對于材料的去氣有很好的效果。必須注意的是，要選擇合適的攪拌功率，避免對爐襯的過度沖擊。在氣體攪拌時，惰性氣體通過注入坩堝底部的錐型多孔塞進入熔池。當(dāng)惰性氣體穿過熔融金屬時，氣泡體積和表面積增大，靠近金屬液面時，體積明顯膨脹，使氣體和金屬間有

4、更高的比表面進行交換反應(yīng)，縮短了熔液表面的更換周期，并改善整個熔池的均勻性。同時，還使細(xì)小的氧化物聚集，夾雜物漂浮到熔融金屬表面，達(dá)到凈化材料的效果。從脫氣角度看，感應(yīng)爐設(shè)計也要考慮感應(yīng)圈的直徑與高度之比，使熔液上表面增大，有利于脫氣，并使耐火材料與熔融金屬的接觸面顯著減少，降低對爐襯的侵蝕。2.冶煉電源早期的感應(yīng)爐電源都是電動機-發(fā)電機變頻機組。到了1967年，西德leybold?公司為美國howmet公司生產(chǎn)的5.477t的爐子中，使用了可控硅變頻電源，功率1000kw，頻率180Hz。此后的3a間，變頻發(fā)電機組和靜

5、止變頻器共存，交替過渡。到1970年后，所有真空感應(yīng)爐都配置可控硅靜止變頻電源。經(jīng)過30多年的發(fā)展，可控硅靜止變頻電源技術(shù)已經(jīng)非常成熟。在整個冶煉周期中，功率從1%-10%的平滑調(diào)節(jié)，使操作極其靈活、準(zhǔn)確、無波動；變頻電源的頻率在一定的范圍內(nèi)是變化的，能自動跟蹤適應(yīng)爐料的變化，無需大電流接觸器來開關(guān)電容器，調(diào)節(jié)爐子的功率因數(shù)；效率高，三相對稱電網(wǎng)負(fù)荷，工作狀態(tài)非常優(yōu)越。變頻電源的功率已達(dá)10MW。3.PLC控制可編程序控制技術(shù)，使得真空熔煉設(shè)備的自動化和半自動化運行成為可能。設(shè)備嚴(yán)格按用戶設(shè)置的程序運行，工藝技術(shù)條件得以

6、嚴(yán)格控制，可重復(fù)性強。對設(shè)備運行和工藝過程實施高度控制。例如，真空機組的開關(guān)、監(jiān)測，真空閥門的開閉、聯(lián)鎖、切換，故障的識別、報警，預(yù)防誤操作等都由PLC控制。4.計算機輔助系統(tǒng)的應(yīng)用根據(jù)實踐所積累的豐富經(jīng)驗數(shù)據(jù)，編制成計算機軟件，計算機通過對實測的溫度與軟件給定的工藝曲線進行比較，調(diào)整電源功率輸出，從而控制鋼液的溫度，防止精煉期熔液的溫度過熱和過低，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。熔池的實際溫度是通過掃描式光學(xué)高溫計連續(xù)測定的。在測量過程中，熔池表面的渣子、添加合金元素、光學(xué)玻璃的污染等原因都會影響被測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，計算機將自動進行修正。

7、?精煉后期，取樣分析后一般要調(diào)整合金成分。在中間分析的基礎(chǔ)上，按合金成分的要求，補加合金元素的數(shù)量由計算機計算決定，并由打印機記錄存檔。???較大的真空感應(yīng)爐都帶有流槽裝置，使得錠子的補縮頗為困難。小型錠子（棒型電極）更容易產(chǎn)生縮孔和短錠。為獲得更高的收得率，就必須將縮孔減至最低限度。國外研制出一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由一套攝像觀察裝置和視頻軟件組成，可以從顯示器上觀察澆注情況和從顯示器上用光標(biāo)控制補縮。由于對材料質(zhì)量要求越來越高，所以感應(yīng)爐生產(chǎn)工藝過程要求有高度的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。國外發(fā)明了用于VIM的氣體分壓力分析的質(zhì)譜控

8、制儀，使VIM?工藝實現(xiàn)最佳化選擇，從而實現(xiàn)經(jīng)濟運行。通過對爐內(nèi)殘余氣體含量的連續(xù)測定分析，以測定添加活性元素的最有利時間和加入的順序；測定工藝過程的進展階段，如精煉期的終結(jié)、出鋼時間等；及時發(fā)現(xiàn)爐子的漏氣，冷卻水和液壓管線的泄漏。5.中間包冶金技術(shù)的應(yīng)用為了更好地去除鋼中夾雜物，提高鋼水潔凈度，添加可實現(xiàn)加熱、保溫