真空感应熔炼炉(VIM)的工作原理与结构简图

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安桃园冶金设备工程有限公司 作者:王建民
  世界上第一台真空感应炉是于1917 年在德国诞生的,用于熔炼飞机和火箭发动机的引擎。真空感应熔炼炉是真空冶金领域中应用最广的设备之一。事实证明:宇航、导弹、火箭、原子能设备和电子工业所需要的合金和特殊钢,占有相当比例的产品是采用真空感应熔炼炉生产出来的,例如,镍基、钴基、铁基高温合金采用真空感应熔炼炉工艺熔炼时,其热加工性能和机械性能明显提高。像不锈钢、耐热钢、超高强度钢、工具钢、轴承钢,以及磁性材料、弹性合金、膨胀合金等几乎均采用真空感应熔炼炉来熔炼,以保证材料性能和质量。此外,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为随着二次重熔工艺的发展,真空感应熔炼炉的另一用途是为真空自耗电弧炉或电渣重熔炉提供高质量的自耗电极,以及生产母合金供精密铸造用。

  众所周知,真空感应熔炼炉工艺,对金属的熔化、精炼和合金化的整个过程均是在真空状态下进行的,因而避免了相同气相的相互作用而污染。其次,在真空条件下,碳具有很强的脱氧能力,其脱氧产物CO 不断被抽至系统之外,克服了采用金属脱氧剂脱氧的污染问题。真空感应熔炼炉工艺可精确地控制合金的化学成分,对于含有和氧、氮亲和力强的活性元素Al、Ti、B、Zr 等,可控制在很少的范围内。对低熔点易挥发的金属杂质,如Pb、Bi、Sn、Sb 等能蒸发去除,这对提高材料性能起到重要作用。强烈的感应搅拌作用,能加速其反应速度,这对于熔池温度均匀、化学成分均匀等方面很有效果。

  真空感应熔炼工艺之所以得到迅速发展是和航空航天工业所需高温合金材料有密切关系,如宇航、导弹、火箭、原子能等设备所需的高温合金。在未采用真空熔炼方法生产的高温合金,其最高工作温度一般只有750-810 ℃;而采用真空熔炼方法生产的高温合金,其最高工作温度可达到980-1090 ℃的水平。这主要是由于采用真空感应熔炼炉熔炼的镍基、铁基、钴基高温合金时,降低了间隙元素O2、N2、H2,能彻底清除非金属夹杂物,以及去除低熔点有害金属杂质,如Pb、Bi、Sb、Cu、Sn、Te 等。

  真空感应熔炼炉的设备主要由炉壳、感应器、坩埚、倾炉机构、锭模机构、供电装置,以及水冷系统等组成。炉壳上附设有观察、测温、加料、取样、捣料等装置。炉体外配备有真空系统、供电系统和控制系统等。真空感应熔炼炉有间歇式和半连续式两种,可做成立式或卧式。

  真空感应熔炼炉在结构设计上需考虑的重要问题是避免真空放电,为此对于炉壳内的所有带电体都需要经过绝缘处理,并且感应器在结构上应没有尖角、毛刺和锐棱。

间歇作业式真空感应熔炼炉结构简图

图1 间歇作业式真空感应熔炼炉结构简图

  综上所述,真空感应熔炼炉具有以下特点:

  (1)在真空状态下,能够熔炼一些贵重的活泼金属,如钛合金等。

  (2)在真空状态下,能够杜绝被熔炼金属和合金,同非金属夹杂物产生化学反应。

  (3)在真空状态下,能够清除液态熔融金属中的有害的可溶解气体和污染物。

  从产品应用上看,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为真空感应熔炼炉主要用于生产宇航、导弹、火箭、原子能和电子工业所需的高温合金、超高强度钢、不锈钢,以及其它特殊用途的合金。

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