《特种冶炼技术》复习资料11Word下载.docx

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⑷导热性能好。

⑸绝缘性能好。

⑹无污染、成本低。

6.为什么真空感应熔炼在特殊钢与合金的生产中占有重要的位置，有何独特优点？

有哪些不足之处？

（需自己总结）

为了保证材料在使用条件下具有稳定和可靠的性能，为了保证不同炉号熔炼的同品种材料，在相同的热加工和热处理制度下能达到相同的性能，在熔炼过程中要求将各合金成分控制在尽可能窄的范围内。

对于不活泼的元素如镍、铬、钴、钨、钼等元素来说，实现这一点没有太大的困难。

但是对于如铝、钛、锆、硼和稀土等活泼元素则相当困难。

若在大气中熔炼，由于炉气中氧势高，氮的分压力大，要精确控制这类活泼元素的含量甚至是不可能的。

为此，只有将熔炼置于与大气隔绝的环境中进行。

在钢和合金的生产中，真空感应炉熔炼就是一种最常用的与大气隔绝的熔炼方法。

真空感应炉在高温合金生产中具有重要的地位，一方面它是生产为真空电弧重熔及电渣重熔所需自耗电极的重要冶炼设备;

一方面则主要用来生产精密铸件，真空感应炉是用来生产铸造高温合金（制备母合金及熔铸精密铸件）的主要设备。

1）真空感应炉熔炼法有以下特点：

⑴能精确控制产品成分的含量。

⑵产品的气体含量低、纯洁度高。

⑶对原材料的适应性强、灵活性大。

⑷可在真空条件下浇注成锭，也可浇注成复杂形状的铸件，从而较好地解决已精炼钢液在成型过程中被再污染的问题。

具体分析：

⑴真空下熔炼能严格控制合金中活泼元素，如铝、钛等的含量，因而能保证合金的性能、质量及其稳定性，可以将合金成分控制在很窄的范围内。

真空感应炉是控制化学成分最佳的冶炼手段之一。

真空感应冶炼的一个重要功能就是能够精确控制所冶炼钢与合金的化学成分，特别是活泼元素（如铝、钛、锆、硼等）可以控制在很窄的范围之内，这就为获得稳定的使用性能和充分发挥合金元素的作用，创造了良好的前提条件。

因可以精确控制合金料的添加量，较适于熔炼含铝、钛等活泼元素的耐热合金和精密合金。

⑵真空下有利于去除气体和减少非金属夹杂物；

有害金属杂质铅、铋、碲、镉、铜、硒等在冶炼镍基合金时可以挥发去除，当冶炼铁基合金时，上述杂质及砷、锡均可有效去除，因此合金纯洁度明显提高。

由于真空感应冶炼可以使气体、非金属夹杂物和有害元素的含量达到很低水平，从而使钢与合金的性能得到了明显的提高（钢与合金的纯洁度与化学成分一样是决定材料性能的重要因素。

真空感应炉冶炼的钢与合金中的气体和非金属夹杂物的含量水平远低于其他冶炼方法）

⑶真空感应冶炼时，能够在较大的范围内调节精炼时间、温度和真空度，为冶金反应创造良好的热力学和动力学条件。

a）因金属液内产生的强烈电磁感应搅拌作用，加速冶金反应速度，能确保合金成分与温度的均匀。

b）在熔炼过程中炉温、真空度和熔炼时间等的控制比较容易，所以炉料的脱气可以很充分。

由于真空的作用，使得许多在非真空条件下不能进行的冶金反应，得以进行。

综上所述，由于真空感应冶炼的这些特点，使这一冶炼方法在生产精密合金、高温合金和特殊用途的合金钢以及有色金属合金等方面得到了广泛的应用,成为最重要的一次熔炼设备。

航空、航天等重要部件以及一些高温旋转部件通常均采用真空感应炉熔炼电极母材，然后再经过电渣重熔或真空电弧重熔。

通过真空感应冶炼使钢与合金的性能得到了明显的提高。

真空感应冶炼不仅可以生产供轧制和锻造成材的钢锭，及供电渣重熔与真空自耗重熔用的自耗电极，还可以生产铸件。

不少铸态的高温合金部件是在专门的真空铸造炉中生产的，供铸造用的母合金也是在真空感应炉中冶炼的。

总之，真空感应冶炼以其独有的特点，在特殊钢与合金的生产中占有重要的位置。

2）存在的问题；

⑴真空感应熔炼过程中有耐火材料与熔体反应和侵蚀问题（所熔炼金属长时间地与坩埚耐火材料接触发生某些化学反应，必然存在耐火材料玷污金属的问题，使合金在一定程度上受到污染）。

⑵真空感应炉仍采用钢锭模浇注（所熔炼金属液的凝固条件和普通铸锭工艺没有什么区别），不能控制金属液凝固过程，钢锭的结晶与普通方法炼得的钢锭组织一样，仍有出现疏松、偏析、缩孔和金属收得率较低等缺陷的可能。

⑶设备庞杂，基建和操作费用较高。

7.真空感应炉有哪些分类？

什么是半连续式真空感应炉？

有何特点？

（需总结）

1）根据用途分

⑴铸造用真空感应炉；

⑵浇注钢锭用真空感应炉；

⑶精炼钢液用的真空感应炉；

2）按照炉体结构甚本形式（如图1）分

⑴坩埚转动浇注式（立式、卧式）：

其结构型式浇注质量好，操作方便，转动部分质量小，适用于容量较大的炉座，是通用的型式。

坩埚转动机构按炉子容量又分为同轴转动电极和钢链传动两种。

⑵炉体倾动浇注式（立式）：

浇注过程中锭模的转动必将影响到锭的铸态组织及夹杂分布；

转动部分质量大，只适用于100kg以下的小型炉。

图1间歇式真空感应炉

a—坩埚倾动式；

b—炉壳倾动式

1—炉壳；

2—坩埚；

3—钢锭模

3）按照真空室（炉壳）的启闭形式（国产真空感应炉）分

⑴卧式~（坩埚转动浇注式）：

卧式是真空室在垂直面上分开，开启时，真空室的可移动部分向一侧水平移动，将感应圈和坩埚完全暴露出来。

卧式炉壳便于制作坩埚和进行真空室的清理，维修、检查等；

中型和大型炉座均采用这种形式。

卧式炉子都是采用坩埚转动浇注式。

真空感应炉炉体及安装在其上面的附属装置大致包括装料、捣料、熔化、浇注等工艺必需的装置。

图2表示卧式真空感应炉的炉体及附属装置。

炉壳分可动炉壳与固定炉壳两部分，整个冶炼过程均在炉壳内操作，是炉子的重要组成部分。

卧式真空感应炉的内部结构如图2所示。

炉壳内设有感应器、坩埚支架、铸锭装置、加料溜槽、同轴转动电极等装置。

炉壳外设有加料器，捣料杆、测温取样装置以及观察窗等装置。

图2卧式炉壳坩埚转动浇注式真空感应炉结构简图（可动炉壳）

1—真空系统；

2—翻炉机构（转轴）；

3—加料机构；

4—坩埚；

5—感应器；

6—取样和捣料装置；

7—测温装置；

8—可动炉体（炉壳）；

⑵立式~（坩埚转动浇注式或炉体倾动浇注式）：

立式的真空室上方有一个盖，由该盖来启闭真空室。

立式炉壳结构虽占地面积小，但由于其结构上的不便，只适用于间歇式生产的小型炉座。

（图略）

4）按容量分

⑴实验用炉：

实验室用炉的容量一般在100kg以下的间歇式操作小炉子；

常见的是10kg和25kg两种。

⑵工业生产用炉：

工业用炉通常都大于200kg。

我国生产的ZG系列有0.2t、0.5t、1.5t容量。

①对容量≤500kg的感应炉，选择侧倾坩埚浇铸的结构，在熔炼室内浇铸，结构紧凑；

②容量＞500kg的大炉子通常采用半连续操作（如图3），即装料和取样时不会破坏熔炼室真空。

这种炉子一般都包括三室（也有四室的），即加料室、熔炼室和浇注室，三个室之间设有闸门，分别连接真空系统，可保证装料和取样时不会破坏熔炼室真空，从而提高生产率。

③对≥1t的真空感应炉，铸锭室和熔炼室分开，坩埚与铸模间经水平导流槽连通，可连续熔炼，缩短冶炼周期，提高设备利用率。

5）按炉子的操作方式/作业方式/生产方式分

⑴间歇式真空感应炉（周期式~）：

铸造用或实验室用容量在100kg~200kg以下的小型炉座，常用间歇式操作。

其特点如下：

①在熔炼室内浇铸，结构紧凑。

②间歇式每炼一炉就得破坏一次真空，进行锭模和炉料准备，生产率低。

③只能一次性加足炉料，冶炼过程中不能再作补加。

浇铸后须整个炉子破真空才能吊出锭模，然后在非真空下重新加料冶炼，每炼一炉为一周期，故称周期式炉。

⑵半连续式真空感应炉：

为了提高作业率以降低成本，大型真空感应炉本身与铸模分别装在互相连接但用闸门隔开的两个真空室内，每次浇铸后关闭闸门，待凝固完成后更换模子，而不破坏炉子本身的真空。

因此出炉后，可以立即通过给料装置装入炉料，进行下一炉熔炼。

因为不能连续不断地加料和出钢，所以称为半连续式真空感应炉，如图3所示。

①容量：

＞500kg或1吨以上较大容量的真空感应炉（如容量为500kg、1500kg）多采用半连续式作业。

图3半连续式真空感应炉

3—抽气口；

4—装料仓；

5—装料斜槽；

6—钢锭模；

7—取样装置；

8—热电偶；

9—锭模闸门

②特点：

a）生产率较间歇式炉子高。

由于半连续作业的炉子，能在不破坏熔炼室真空的情况下，完成熔炼的全过程（即进行装料、熔化，取样、浇注、开出和开进铸锭模等操作），缩短了抽真空的时间（即冶炼周期短），生产率较高。

半连续式操作炉，在各个功能室之间设计有阀门互相分隔，可分别单独抽空，各室的操作互不干扰，可以单独操作，并通过阀门的开闭，完成整体操作功能。

相对周期式真空炉而言，不必对加热室反复抽真空，可使加热室始终处于真空中，另外不必等炉冷后，再将模子取出，提高效率。

b）减少高温坩埚与大气接触机会，有利于提高坩埚寿命；

减少坩埚残留金属的氧化和坩埚吸气量，从而有利于提高冶炼金属的质量。

6）按装料方式分：

⑴冷装：

是将固体炉料装入坩埚内，炉料的熔化在感应炉的坩埚内进行。

但是在当今的技术水平下，感应加热熔化废钢并非效率最高的熔化技术。

所以直接装冷料不可能取得最佳的综合效率，特别是随着炉容量的增大，感应炉熔炼熔化期长的缺点就更为突出。

为此，提出了大容量炉座热装的工艺。

⑵热装：

是将所需的钢铁料先在电弧炉内熔化，然后再兑入感应炉坩埚进行真空精炼。

感应加热的作用只是调温和补偿熔池的热损失，从而缩短熔炼周期，提高生产率。

7）按电源的工作频率可将感应炉分为工频、中频、高频三类。

⑴按炉料和容量选择电源频率，一般分为

①高频~（＞104Hz或105~106Hz）

②中频~（50～104Hz，常用150~2500Hz）

③工频~（50或60Hz）

⑵炼钢用的感应电炉依炉子容量（坩埚直径）的不同而采用不同的频率。

①容量在100kg以下（10000Hz以上），广泛应用于实验室的小试验炉，电源频率为10~300kHz的感应炉称为高频感应炉。

高频感应炉的电源频率为10~300kHz。

所用变频电源为高频电子管振荡器。

由于高频电源的功率较小，高频感应炉的效率较低，所以其容量一般不超过100kg，主要用于试验室中研究性的熔炼。

②容量从100～500kg的用中频（1000～3000Hz），普遍应用中频感应炉熔炼钢和合金。

中频炉电源的频率范围为150~10000Hz，其常用的工作频率是150~2500Hz（常用频率150、1000、2500Hz三种。

）。

中频感应炉的变频电源可选用中频发电机或可控硅变频器。

对于150Hz的变频电源还可选用三倍频变压器。

国内广泛应用的0.5、1、1.5t三种容量的中频炉。

③而容量在500kg以上的感应电炉采用工频（50Hz）。

8.真空感应炉炉型结构有哪几种演变类型？

有何不同功能和特点？

1）真空感应脱气炉VID（VacuumInductionDegassing）/钟罩式真空脱气炉

⑴对于有些材料，如特钢，耐热钢，耐蚀钢，仅需要在真空下保温、脱气（也可精炼），而不必在真空下浇注而设计的，如图4所示。

⑵VID不强求在真空下加入钢液，运行真空度在133Pa～1333Pa范围内。

⑶这种型式的炉子体积小，对一定用途而言，其技术经济性好，无须体积庞大的LF/VD型脱气炉。

⑷VID代表