发布时间 : 星期一 文章《特种冶炼技术》复习资料11 - 图文更新完毕开始阅读
力，目前最大的悬浮熔炼能力已超过2 kg。见图2。
利用冷坩埚熔炼金属早在70年代就有过介绍，所谓凝壳熔炼，就是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层由金属熔体重新凝固而产生的固体壳层的情况下熔炼金属，此时坩埚内衬相当于用所熔金属制成，即坩埚内表面与金属熔体不直接接触，避免了坩埚对金属的污染。 ①它是一种采用水冷分瓣铜坩埚对物料进行真空感应熔炼的方法。
②铜坩埚分瓣的目的是为了避免导电的坩埚对电磁场产生屏蔽作用；
③水冷的目的是为了使坩埚壁温度保持在冷态，避免熔池中熔料与坩埚发生物理和化学反应。冷坩埚熔炼典型结构见图。
坩埚容量5～30kg，冷坩埚熔炼通常采用中频感应电源(1000～8000Hz)，冷坩埚处于冷态。冷却水带走较多热量，采用大功率，增加电磁斥力也消耗能量，通常η
H小于
50％。由于能量集中，加热时间短，例如10kg的钛合金物料需配
置200kW, 5～10 min物料即可全部熔化。
冷坩埚真空感应熔炼是为活性金属和纯度要求较高的合金服务的。冷坩埚熔炼被誉为“21世纪新型熔炼技术”。其主要特点有：
①它能够在无坩埚材料污染环境下对材料进行熔炼和处理，因为在熔炼过程中熔体和坩埚壁处于软接触或非接触状态，坩埚壁温度处于冷态，熔体和坩埚壁间不会发生任何形式的相互作用；
②该技术采用感应加热方式，熔体在加热过程被搅拌，可获得均匀的过热度和化学成分；
③由于铜坩埚一直处于冷态并且不与熔体接触，因此坩埚可以和高熔点或活泼性元素熔体共存；
④该技术可用于真空或任何气氛下，因此冷坩埚技术特别适用于熔炼活泼金属、高纯金属、难熔合金和放射性材料等。
9.真空下钢液（熔体）与坩埚之间易产生哪些反应？
真空感应冶炼所用坩埚，是用电熔镁砂、镁铝尖晶石或刚玉等耐火材料制成。常温下钢液中的组分与坩埚材料中的组分不产生反应，但是，在真空下将会产生一系列化学反应。反应的最终结果，降低了钢液的纯结度，缩短了坩埚的使用寿命。因此，必须了解真空下钢液与坩埚材料之间相互反应的规律，以便制订出合理的冶炼工艺，选择合适的坩埚材料。真空下钢液与坩埚之间的反应，主要产生下列几方面的影响。 ⑴坩埚向钢液供氧
⑵碳与坩埚材料之间的反应
⑶坩埚供氧与碳还原氧化物的综合反应 ⑷坩埚、氧化膜、炉气之间的反应 10.真空感应熔炼主要分为哪几个阶段？
不同容量的真空感应炉的冶炼工艺过程是大致相似的。真空感应炉熔炼的整个周期可分为以下几个主要阶段，即装料、熔化、精炼、合金化和脱氧、浇注等。 11.真空感应熔炼最重要的三个工艺参数是什么？
在精炼期内，温度、真空度、精炼时间、钢液搅拌强度等是取得良好精炼效果的重要工艺参数。其中精炼（期）温度、真空度和真空下保持时间（精炼时间）是真空感应熔炼最重要的三个工艺参数，更是真空精炼技术的核心。精炼期应有适当的高温度、足够高的真空度和比较短的精炼时间，具体的要根据冶炼需要确定。
12.真空感应冶炼的四个工艺关键是什么？
“两高、一长、一短”即①高真空度；②高温精炼；③熔化期长；④精炼期短。 13.真空感应冶炼的四个关键操作是什么？
“一中、一低、一搅拌、一带电”即①中温出钢；②低温加Al、Ti等补加料；③送电搅拌；④带电浇注
14.真空电弧炉炉型演变对其功能有哪些影响？各有何优缺点？（需总结） 1）传统类型的真空电弧炉/真空自耗炉，也称VAR（Vacuum Arc Remelting）
真空自耗电极电弧炉是利用预先制成的金属棒料在真空（10-2～10-1Pa）或惰性气氛中借助电弧供热重熔（利用直流电弧作热源来熔化自耗电极）金属和合金的设备；适用于钢，特别是高级合金钢、钨、钼、铌、钛等合金的重熔；其特点是温度高、熔化快、脱气效果显著，熔融金属不受耐火材料污染，能减少金属中
非金属夹杂物。
真空电弧重熔VAR是一项成熟的技术。真空电弧重熔可以生产大尺寸、大吨位的金属锭，目前世界上最大的工业真空电弧重熔炉锭重达50～70 t，锭径2 m，并正在设计100 t的炉子；而且在水冷结晶器中边熔炼、边凝固成锭，快速定向凝固消除了常见的缩孔、偏析和中心疏松等缺陷，同时使夹杂物上浮排到锭子头部。真空电弧炉重熔炉主要用于生产铁基、镍基及钴基超级合金；钨、钼、钽、铌等难熔金属；钛、锆等活性金属。亦用于熔炼优质不锈耐热钢、轴承钢及工模具钢。国内外冶金工作者致力于消除VAR铸锭中宏观缺陷(点状偏析、年轮状偏析、方心偏析等)，降低重熔金属中的微观偏析(如INCO 718合金中的Laves相与Nb偏析)。 真空电弧重熔的缺点：
①必须制造自耗电极，多了一道工序；
②锭子为柱状晶，从底部到上部柱状晶是变化的，与径向夹角逐渐减小，而且上部晶粒较大，这种晶体组织对压力加工不利。 ⑵真空电弧双极重熔炉——VADER
真空电弧双电极重熔(VADER-Vacuum Arc Double Electrode Remelting)是在真空电弧重熔炉基础上的新发展，它是80年代用于工业的新技术。它用于制备细等轴晶铸锭。其结构与传统类型的真空电弧炉类似，不同的是它有两个自耗电极。其过程是：在真空或惰性气体保护下，将两支金属自耗电极水平对置，作为直流电的两极，在两极间产生电弧放电，两自耗电极端头在电弧作用下呈熔化薄膜，汇聚成熔滴，熔滴在重力作用下落入旋转的非水冷结晶器
内凝固。熔滴在滴落的过程中受到冷却，温降至液相线与固相线之间，液相中出现许多固态晶核，加上旋转机械破碎作用，重熔铸锭或铸件获得细等轴晶，熔炼过程及原理如图12所示。通过真空电弧双极重熔制备的铸锭为细等轴晶组织。重熔锭在加热时不存在破碎柱状晶的问题，热加工过程中能耗少。对于某些合金来说，由于重熔金属成分均匀，各向异性小，塑性和韧性提高。
VADER工艺不足之处：
①锭子直径较大时，靠旋转离心力使处于半熔融金属流到铸锭壁处困难，恶化了重熔锭表面质量，因此，用VADER难于生产D＞500mm的锭子；
②由于离心力作用，使金属液中元素因密度不同产生径向分布不均匀(如Inconel 718合金)。图13及表2对两种电弧炉的特点进行了比较。
⑶真空凝壳炉/真空自耗电弧凝壳炉——水冷铜坩埚凝壳技术
利用冷坩埚熔炼金属早在70年代就有过介绍，所谓凝壳熔炼，就是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层由金属熔体重新凝固而产生的固体壳层的情况下熔炼金属，此时坩埚内衬相当于用所熔金属制成，即坩埚内表面与金属熔体不直接接触，避免了坩埚对金属的污染。这种方法还用于真空自耗电极电弧凝壳熔炼和浇铸，这种设备称为真空凝壳炉，它是从解决Ti、U等高温活性金属的熔炼和浇注开始的。
凝壳炉坩埚多采用水冷铜坩埚，也可用带水冷套圈的石墨坩埚。熔炼真空度一般在