等離子電弧重熔是在惰性氣氛或可控氣氛中利用超高溫的等離子電弧熔化和精鍊金屬（棒料或塊料），被熔化的金屬聚集在水冷結晶器中，再拉引成錠的二次重熔工藝，簡稱PAR。它是綜合了等離子電弧爐和其他二次重熔法如電渣重熔（ESR）優點的等離子熔煉技術。
基本介紹
- 中文名：等離子電弧重熔
- 外文名：plasma arc remelting
- 學科：冶金工程
- 簡稱：PAR
- 出現時間：1963年
- 設備組成：等離子槍、電極及其升降裝置
歷史,設備,工作原理,冶金特點,
歷史
1963年美國聯合碳化物（Union Carbide）公司下屬的林德（Linde）公司研製了兩台實驗型PAR爐，分別裝有1支和2支電漿發生器（即等離子槍），均採用立式水冷結晶器。同年，捷克斯洛伐克也用類似爐子進行了試驗研究。從70年代開始前蘇聯和日本等國進行了大量的研究工作並將其套用於工業生產。烏克蘭巴頓電焊研究所在70年代就研製了PAR的系列設備。最大爐子的功率為1800kW，採用6支等離子槍，可生產直徑達650mm的5t鋼錠。日本大同特殊鋼公司於1972年開始進行PAR技術的試驗，先後建成25kg和50kg的試驗爐並稱之為PPC爐，1982年建成了2t的工業爐。
設備
等離子電弧重熔設備主要包括1個或多個等離子槍、電極及其升降裝置、合金及其他爐料的加料裝置、水冷銅結晶器、抽錠裝置、供水和供氣系統、電源及供電迴路等。圖1是兩種典型的PAR爐的設備示意圖。根據等離子氣體種類、電源和槍的種類，結晶器結構和安裝方式的不同具有不同的設備類型。圖2歸納了PAR在設備及工作條件的各種不同方式。等離子槍一般為轉移弧型，可採用直流、交流或在交流電上附加直流操作。由於槍內陰極是鎢及其合金製作，故通常是非自耗式的。中空陰極自耗式槍和等離子電子束槍是兩種特殊情況。大多數PAR爐採用立式結晶器。也有的採用臥式結晶器或帶由旋轉輥組成的臥式結晶器，其優點是可降低對爐料的形狀和化學成分的均勻性要求。其過程類似於區域熔煉。
工作原理
以圖1a所示的爐子為例，先在結晶器內準備底墊，對抽錠式爐則是引錠板，然後將電極棒料送至水冷銅結晶器上方，將等離子槍靠近電極，然後通電產生等離子弧，電極端部開始熔化，表面形成液膜並下向流動形成金屬液滴。熔融金屬匯入結晶器由於強制水冷在底部逐漸形成固態錠子。由於上部不斷有新的金屬液補充和等離子弧的加熱便形成金屬熔池。隨著電極的不斷熔化，錠子不斷上漲，抽錠機構要帶動錠子同步下降，以保證金屬液面位置在正常重熔階段保持恆定。為了使自耗電極均勻熔化，電極要不斷旋轉。在金屬電極端部表面形成液膜、聚集成液滴並滴落的過程是金屬精煉的重要階段。重熔時加入少量的爐渣可以有效地脫硫和去除金屬中的非金屬夾雜物。由於等離子弧向熔池衝擊的角度和功率容易調節，使得熔池表面熱量分布比較均勻，金屬熔池呈淺平形，從而錠子的結晶方向趨於軸向，結晶組織緻密、化學成分均勻。
冶金特點
由於爐內氣氛和壓力可控、良好的爐渣精煉和順序凝固條件，使得生產的金屬錠具有高的純度和良好的結晶組織，並且容易控制一些特殊元素的含量，其特點可歸納為5項：
（1）可以控制熔鍊氣氛，有效地控制合金元素含量。在常壓惰性氣氛中有利於冶煉含有易揮發元素Mn、N的合金。採用加壓氮等離子弧重熔可生產出含氮1.0%左右的Cr-Ni-Mn奧氏體不鏽鋼。（2）採用熔渣精煉生產出硫含量和非金屬夾雜物含量很低的鋼種。例如，用（H2+Ar）等離子弧重熔，Cr-Fe合金硫含量可從300×10-6降至10×10-6以下；軸承鋼的非金屬夾雜物可達到0.0058%，低於電渣重熔（ESR）和真空電弧重熔。鋼錠表面質量可與ESR相當。（3）熔煉時可添加合金塊料，使原材料的準備相對容易。（4）與ESR相比，重熔含易氧化元素A1、Ti較高的合金比較容易。（5）熔池溫度容易控制，易於控制結晶過程。由於具有這些特點，該法已成功地套用於生產鈦及鈦合金、鉑銠合金、耐熱合金、磁性合金、高速鋼、含氮鋼、特種軸承鋼、結構鋼、高溫合金、難熔金屬及其合金等。
