冷坩堝懸浮熔煉工藝是指將切有狹縫的金屬製成水冷坩堝, 置於高頻交換磁場中, 利用電磁力使熔融金屬與坩堝壁保持非接觸狀態進行熔煉。
基本介紹
- 中文名：冷坩堝懸浮熔煉
- 外文名：cold crucible levitation melting
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 起源：起源於懸浮熔煉和感應渣熔煉技術
簡介,歷史沿革,感應殼熔煉的特點及問題,冷坩堝熔煉的關鍵,
簡介
冷柑禍懸浮熔煉工藝是指將切有狹縫的金屬製成水冷坩堝, 置於高頻交換磁場中, 利用電磁力使熔融金屬與坩堝壁保持非接觸狀態進行熔煉。結構簡圖如圖1：
圖1歷史沿革
冷坩堝懸浮熔煉技術起源於懸浮熔煉和感應渣熔煉技術。懸浮熔煉通常是在高頻線圈裡的無坩堝熔煉, 熔體最重僅幾10g, 而感應渣熔煉由於渣易於混入熔體沒有得到工業實際套用。80年代初期, 美國D ur io n 公司將感應渣熔煉工藝發展成為感應殼熔煉工藝, 也就是現通稱的冷增禍熔煉工藝。這種進展是在改進感應渣熔煉工藝的實驗中得到的。為了減少渣對材料的污染和帶來的其他問題, 研究人員想使用最少的用渣量, 實驗結果意外地發現, 在無渣情況下, 熔體也不會造成坩堝瓣間短路, 從而提出了感應殼熔煉新工藝。
感應殼熔煉的特點及問題
感應殼熔煉與感應渣熔煉工藝的不同在於實現了無渣冷坩堝熔煉。避免熔體與坩堝接觸造成短路的條件在於: 採用較高的感應頻率和較大的功率, 坩堝採用合里的尺寸和足夠的切縫, 特別是分瓣坩堝底部相通連, 降低了瓣間電壓。坩堝底採用整體結構, 不存在瓣間感應電壓過高造成打弧短路問題。感應殼熔煉很快地發展成為一種具有實際工業價值的生產方法。
感應殼熔煉存在的問題是坩堝底部為整體結構, 不會形成排斥熔體的勞倫茲力, 熔體在底部與坩堝接觸損失大量熱量, 形成較厚的凝殼, 往往超過總容積的1/3。這種工藝用於多爐次熔煉同種牌號合金時不會遇到問題, 但對小批量和多品種合金生產和實驗研究十分不里想, 特別給多種元素合金化和高熔點材料的熔煉帶來困難。
冷坩堝熔煉的關鍵
實現冷坩堝熔煉的關鍵在於切割有夾縫的水冷銅坩堝和外加高頻感應磁場。高頻電流透過切縫產生的磁場會傳遞給被加熱物料, 物料產生的感生電流將自身加熱, 同時被加熱爐料和磁場相互作用, 產生由物料表面向中心的推力, 這種勞倫茲力防止了爐料和坩堝壁相接觸。這是一種常用的解釋方法。實際上任何一種感應熔煉都存在這種力, 通常稱為“ 駝峰力” 。冶煉過程使爐料產生駝峰, 但這種說法不足以解釋冷坩堝熔煉過程爐料不造成瓣間短路。
實際上, 當切縫和外加感應電流頻率增加時, 磁場對物料作用更加均勻, 表面集膚效應增強, 電磁力增加。特別應提到的是每個瓣區四周也將產生感生電流, 使整個水冷銅坩堝內側形成集膚電流群。正是各瓣自身感生電流產生的磁場和物料表面的感應電流間產生的電磁斥力,使熔煉過程避免了物料和坩堝的直接接觸, 實現了物料電磁學意義上的懸浮。顯然從這種角度來看, 外加磁場頻率越高, 銅坩堝切縫數目越多, 懸浮效果越好。
