真空電弧凝殼爐

真空電弧凝殼爐(Vacuum arc furnace)真空電弧重熔爐的改型設備，簡稱真空凝殼爐。它是利用真空電弧爐的熔煉條件，採用可以傾動的淺底水冷坩堝、控制冷卻水量使被熔鍊金屬在坩堝壁內形成一薄層“凝殼”，將被熔鍊金屬液與坩堝陷離，這樣就避免了坩堝對活性金屬液的沾污。

基本介紹

• 中文名：真空電弧凝殼爐
• 外文名：Vacuum arc furnace
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 範圍：能源
• 簡稱：真空凝殼爐

簡介

真空電弧凝殼爐(Vacuum arc furnace)真空電弧重熔爐的改型設備，簡稱真空凝殼爐。它是利用真空電弧爐的熔煉條件，採用可以傾動的淺底水冷坩堝、控制冷卻水量使被熔鍊金屬在坩堝壁內形成一薄層“凝殼”，將被熔鍊金屬液與坩堝陷離，這樣就避免了坩堝對活性金屬液的沾污。而且可以形成相當大的熔池，熔煉結束時快速傾動鉗垠將金屬液注入錠模或鑄型凝固。真空凝殼爐是克服了真空電弧爐不能鑄型和真空感應爐有耐火材料柑渦對活性金屬沾污的弊端，集兩者優點面成的真空電爐。

簡史

1950年美國發明了第一台小型(4.5kg)真空電弧凝殼爐。後來各國又出現了電子束凝殼爐、電漿凝殼爐等，但常用的是真空電弧凝殼爐，簡稱真空凝殼爐。

真空電弧凝殼爐結構

真空電弧凝殼爐結構示意於圖1。

圖1

凝殼爐坩堝多採用水冷銅坩堝(根據需要也可採用帶有水冷套圈的石墨坩堝)。熔煉真空度一般為5~5×10^-1Pa。

真空凝殼爐熔煉時，電弧熔化自耗電極形成的液體金屬聚集在水冷銅坩堝內。為了儘快地獲得大量熔融金屬，需使用較高的熔煉功率，但所供入的電流和由此引起的金屬過熱不應使在坩堝內壁上形成的凝殼熔化。當用自耗電極熔煉完所需要的金屬量時，斷開電源，並迅速傾轉坩堝將液體金屬注入錠模或鑄型。

自耗電極重熔

一般說來，採用自耗電極重熔工藝時，使用較高的熔煉功率可以導致較快的熔化速率。而欲使水冷銅坩堝內壁凝殼保持一定的厚度，又要求坩堝內的液體金屬保持一定的過熱溫度是比較困難的，可以將按所需金屬量製成的自耗電極熔焊在一根鎢棒上，這樣當自耗電極材料熔完以後，利用熔池上方的鎢棒作為一個非自耗電極，繼續進行熔煉，並提高和調整液體金屬的溫度。

真空電弧重熔

在真空電弧重熔過程中，金屬的熔化和凝固過程同時進行，由子在水冷銅結晶器記憶體在大的溫度梯度，在這種條件下凝固會形成粗大晶體。而在真空凝殼爐熔煉中，金屬的熔化和澆注完全分開進行，由於金屬液面沒有電極的陽極輝點，熱場相對均勻，加之熔池發生攪動，促使鑄件凝固時長大的晶體前沿形成過冷金屬液，在該處出現補充的結晶中心，從而可以獲得細晶組織，這是真空凝殼爐較真空電弧爐熔煉的又一優點。真空凝殼爐熔煉的鑄件具有較高的機械性能。例如一般真空電弧爐熔煉的MT(Mo+0.5%Ti)合金的延伸率占為1%-2%,而用真空凝殼爐熔煉的同一合金的占為3%~5%。

發展前景

中國1964年開始研製小型真空凝殼爐，現已有容量為5、25、50、100和250kg的真空凝殼爐產品。許多國家已廣泛套用真空凝殼爐，坩堝聚集的金屬可達300kg以上，可以獲得各種毛坯和成型鑄件。真空凝殼爐熔煉可以用來熔煉和鑄造欽和欽合金，也用它熔煉和鑄造鎢、鉬、鉭、鈮等合金，還用以回收部分鈦和鈦合金廢料。