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熔炼金属时主要使用的熔炼炉都有什么?具体的作用?

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熔炼金属时主要使用的熔炼炉都有什么?具体的作用?

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现在主要使用的熔炼炉以真空感应熔炼炉 电弧熔炼炉 电渣重熔为主。
真空感应熔炼炉
主要在真空或保护气氛条件下对金属材料(如不锈钢、镍基合金、铜、合金钢、镍钴合金、稀土钕铁錋等)的熔炼处理,也可进行合金钢的真空精炼处理及精密铸造。
由炉盖、炉体、炉底、坩埚回转机构、真空系统及中频电源控制系统等组成。
炉盖、炉体及炉底均采用双层水冷结构,保持炉壳温度不超过60℃。炉盖打开方式为手动,炉盖上设有观察孔及挡板,为便于熔化过程中添加合金元素,炉盖上特设有合金加料器。炉体内有一感应线圈,通过手动转动炉外手柄可轻松将坩埚内熔液浇入锭模,锭模可设计成水冷形式。坩埚上部设有一测温装置。
真空系统采用二级泵,即K-300油扩散泵与2X-70机械泵,机械泵上设有电磁放气阀避免停电后返油。真空机组上设有放气阀及充气阀。
中频电源可选择KGPS可控硅或IGBT集成电源、全数字电路等,电气系统设有过流、过压返馈及保护电路。
在电磁感应过程中会产生涡电流,使金属熔化。此制程可用来提炼高纯度的金属及合金。主要包括真空感应炉熔炼、悬浮熔炼和冷坩埚熔炼。由于在真空下熔炼容易将溶于钢和合金中的氮、氢、氧和碳去除到远比常压下冶炼为低的水平,同时对于在熔炼温度下蒸气压比基体金属高的杂质元素(铜、锌、铅、锑、铋、锡和砷等)可通过挥发去除,而合金中需要加入的铝、钛、硼及锆等活性元素的成分易于控制。因此经真空感应熔炼的金属材料可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能,高温蠕变性能以及磁性合金的磁导率等多种性能
真空电弧熔炼
直接加热式电弧熔炼
利用电能在电极与电极或电极与被熔炼物料之间产生电弧来熔炼金属的电热冶金方法。电弧可以用直流电产生,也可以用交流电产生。当使用交流电时,两电极之间会出现瞬间的零电压。在真空熔炼的情况下,由于两电极之间气体密度很小,容易导致电弧熄灭,所以真空电弧熔炼一般都采用直流电源。
直接加热式电弧熔炼的电弧产生在电极棒和被熔炼的炉料之间,炉料受电弧直接加热,电弧是熔炼得以进行的热量来源。直接加热式电弧熔炼主要有非真空直接加热式三相电弧炉熔炼法和直接加热式真空自耗电弧炉熔炼法两种。
(1)非真空直接加热式三相电弧熔炼法。这是炼钢常用的方法。炼钢电弧炉就是非真空直接加热式三相电弧炉中最主要的一种。人们通常说的电弧炉,就是指的这一种炉子。为了得到高合金钢,必须往钢中加入合金成分,调整钢中含碳量以及其他合金成分含量,脱除有害杂质硫、磷、氧、氮以及非金属夹杂物至产品规定的范围以下。这些熔炼任务在电弧炉中完成最为方便。在电弧炉内可以通过造渣将炉内气氛控制到呈弱氧化性甚至还原性。电弧炉内合金成分烧损较少,加热过程比较容易调节。因此,尽管电弧熔炼需要消耗大量的电能,但工业上仍然用这种方法来熔炼各种高级合金钢.
(2)直接加热式真空电弧炉熔炼法。它主要用来熔炼钛、锆、钨、钼、钽、铌等活泼和高熔点金属以及它们的合金,也用来熔炼耐热钢、不锈钢、工具钢、轴承钢等合金钢。经直接加热式真空自耗电弧炉熔炼出来的金属,其气体和易挥发杂质含量下降,铸锭一般不会出现中心疏松,锭子结晶较均匀,金属性能得到改善。直接加热式真空自耗电弧炉熔炼存在的问题是较难调整金属(合金)的成分。炉子设备费虽比真空感应炉低得多,但比电渣炉高,熔炼费用也较之高许多。真空自耗电弧炉是1955年才开始应用于工业生产,最初用于熔炼钛,随后用来熔炼其他高熔点金属和活泼金属及合金钢等。 [1]
间接加热式电弧熔炼
间接加热式电弧熔炼的电弧产生在两根石墨电极之间,炉料被电弧间接加热。这种熔炼方法主要用来熔炼铜和铜合金。间接加热式电弧熔炼由于噪声大、熔炼金属质量较差,正逐渐被其他熔炼方法所取代。
电渣重熔炉是利用熔渣隔绝空气的保护方法来精炼某些钢或合金的一种电炉设备。电渣重熔炉的工作原理示意图
从发热原理来说,电渣重熔炉是一种电阻熔炼炉。电渣重熔工艺是电极下端部浸埋在熔融的熔渣中。交流电流通过高电阻渣池时产生大量热量,它把浸埋在熔融的熔渣中的电极端部熔化,熔化产生的金属熔滴穿过渣池滴入金属熔池,然后被水冷结晶器冷却后凝结成锭。在此过程中,金属熔滴与高温高碱度的熔渣充分接触,产生强烈的冶金化学反应,使金属得到了精炼。电渣重熔炉的关键技术是熔渣系统。在电渣重熔炉中,熔渣的主要作用有四点,即:热源作用、保护作用、成型作用和冶金化学作用。熔渣的化学成分对电渣熔炼产品的质量和技术经济指标有很大影响。熔渣的特点是:(1)具有较高的电阻率,在熔炼过程中能产生足够的热量,以保证金属熔化升温和提纯;(2)具有一定的碱度,所以其脱氧和脱硫效果好;(3)不含有不稳定的氧化物,如MnO、FeO等;(4)具有良好的流动性,以保证高温下的对流热交换和液态物理化学反应充分进行;(5)具有较低的熔点,一般比被熔金属的熔点低150~250℃,这使锭子成型良好;(6)具有较高的沸点,以便在高温下不致大量挥发掉。
双柱式电渣炉的主回路图。它与单柱式电渣炉相比,短网平行布置,使得电抗抵消,因而功率因数高。与其他重熔设备相比,电渣重熔炉的主要优点是:(1)金属熔液与熔渣之间存在着强烈的冶金化学反应,所以除磷、除硫效果比较好,锭子纯度比较高;(2)设备简单、生产率高、投资省;(3)熔渣能将被熔融金属同外界空气隔离,不受外界污染;(4)熔渣和熔融金属产生冶金化学反应,能够熔炼出高级金属和合金;(5)熔融金属中的非金属夹杂物与熔渣起化学反应,则非金属夹杂物全部被熔渣清除掉;(6)由于锭子是在水冷铜坩锅中冷却,其冷却速度非常快,这就导致锭子内部结构均匀,不产生偏析。
电渣重熔炉的应用范围很广,不仅可用来生产航空轴承钢、高温合金、精密合金和某些有色金属等,还可用来生产上百吨重的大型优质合金钢锭、大型扁锭或板锭、中空钢锭、复合板,以及熔铸轧辊、齿轮坯、涡轮盘、压力容器、飞机起落架、炮管等异形铸件


电渣熔铸(electroslag casting)是一种使金属精炼和铸造成型一次完成,生产优质合金铸件的电渣冶金工艺。它是利用电流通过液渣所产生的电阻热,不断地将金属电极熔化,熔化的金属汇聚成滴,穿过渣层滴入金属熔池,同时在异型水冷模内凝固成铸件的技术。


电渣熔铸过程具有以下冶金特点:(1)反应温度高达1900℃左右;(2)渣池强烈搅拌;(3)水冷模强制冷却;(4)渣池冒口加热和金属熔池可起补缩作用;(5)电毛细振荡,随着交流电周期性变化,钢渣界面有微细振动,可强化精炼过程;(6)钢一渣充分接触。
电渣熔铸的冶金特点决定了该技术具有以下优越性:(1)金属纯洁。电渣熔铸过程是提高铸件精密度过程,钢渣充分接触,钢中非金属夹杂物为熔渣吸附和熔解,有效地去除钢中有害元素(S、P、Pb、Sb、Bi、Sn等)和有害气体(N、H、O);一般气体含量可降至0.002%左右;夹杂物总量达0.004%~0.006%,可见熔铸金属相当纯净。(2)金属组织致密。由于电渣熔铸金属纯净且采用强制冷却,因此电渣熔铸金属比普通铸造金属的密度提高0.33%~1.37%。(3)钢的成分和组织均匀。(4)钢的结晶细化。(5)铸件表面光洁。由于电渣熔铸件表面包裹一层薄薄的渣衣,铸件表面光洁,无需机加工。
金属的熔化、精炼、结晶、成型等几道工序是在异型水冷结晶器(铸模)内同时进行的,由于金属材料受合理渣系有效的精炼,使金属中的非金属夹杂物、有害元素、有害气体大量去除,从而获得高纯度的熔铸件。同时由于铸件在水冷铸模内快速冷却顺序结晶,金属的组织致密、成分均匀,消除了机械和物理性质的异向性,低倍组织得到改善,一般铸件中常见的发纹、疏松、缩孔、夹渣、偏析等缺陷基本被消除,铸件性能提高。电渣熔铸件的特点是不需要热变形而采用热处理就可以使之具有锻件性能,这是因为电渣熔铸金属化学成分均匀,组织致密,没有树枝偏析和带状偏析等缺陷,即使在晶界分布少量而均匀的杂质对其结构也没有影响。研究证实,只要对电渣熔铸件在热处理时增加一次均匀退火处理就可以消除电渣熔铸钢固有的“铸态断口”,从而发挥电渣熔铸钢性能潜力。
将金属自耗电极置于导电的熔渣 中熔炼,受熔渣的电阻热而熔化,金属 以融滴的形式透过熔渣形成熔池,随 后液态金属在水冷铜结晶器内凝固成 型。也称电渣重熔或电渣熔铸。

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现在熔炼炉基本是中频炉,只有融化功能,添加合金调整化学成分可以,但是不能去除杂质。

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