宇航材料所需的高級冶煉設備:真空自耗電弧爐

真空應用 admin 未知

  世界上第一臺真空自耗電弧爐是于1950年在美國誕生的。

  真空自耗電弧爐是在真空室中利用電弧的能量來熔煉金屬的一種電爐。真空自耗電弧爐主要用來熔煉鈦、鋯、鉬等活潑金屬和難熔金屬,也用來熔煉耐熱鋼、不銹鋼、工具鋼、軸承鋼。上個世紀五十年代初,用來重熔高溫合金,顯示出極好的優越性,成為高溫合金和特殊鋼重熔的重要手段之一。

真空自耗電弧爐的工作原理

  真空自耗電弧爐結構示意圖示于圖2。

真空自耗電弧爐

  在電極下端部形成熔滴和熔滴滴落過程中,產生一定的物理化學反應,它能將一部分氣體雜質去除掉。真空自耗電弧爐的工藝特點是在水冷銅結晶器中進行熔煉,這樣就克服了金屬同耐火材料之間相互作用而沾污金屬的弊端。同時,在高度水冷狀態下,對鋼液進行凝固結晶,可得到組織均勻、無縮孔和致密的鋼錠。真空自耗電弧爐熔煉過程是在直流低電壓、大電流的電弧作用下進行的。

  首先,在自耗電極下端部同結晶器之間燃起電弧,自耗電極下端部同熔池之間形成電弧等離子區,該區具有極高的溫度,能使自耗電極端部先在這里被熔化掉。隨著自耗電極中一些非金屬夾雜物,如氧化物氮化物,在真空和高溫條件下,發生離解或被碳還原而被去除掉,達到進一步提純的目的。

  由于真空自耗電弧爐工藝能去除氣體和非金屬夾雜物,以及去除某些低熔點的有害雜質,從而使冷、熱加工性能、塑性和力學性能、物理性能得到明顯改善。特別是改善了縱向和橫向性能的差異,這對保證材料性能的穩定性、一致性和可靠性有著極其重要的意義。

真空自耗電弧爐的電氣設備

  為了獲得高質量錠子,熔煉過程中要求熔煉功率穩定,對供電電源要求具有恒流特性的直流電流。真空自耗電弧爐用的硅整流電源主回路示于圖3。

真空自耗電弧爐

  上述硅整流裝置的參數為:(1)在20-40V工作電壓范圍內具有恒流特性,空載電壓在70V左右;(2)電流調節范圍為1:10;(3)當各整流臂中有10%硅元件損壞時,系統會發出信號,但能在額定電流下繼續運行;(4)允許過載10%,運行1分鐘。

  綜上所述,真空電弧爐有以下特點:

  1、在真空狀態下,自耗電極和錠子之間沒有渣和其他材料,因此在重熔時被熔煉材料不受污染。

  2、真空電弧爐熔煉時,被熔煉金屬直接暴露在真空中,所以脫氣效果非常好,能有效地除去氫氮氧等氣體。

  3、真空電弧爐熔煉時,被熔煉金屬中的非金屬夾雜物比重輕,總是浮在熔融金屬的最上面,這就導致錠子內部結構非常純潔。

  4、由于錠子是在水冷銅坩鍋中進行冷卻,其冷卻速度非?,這就導致錠子內部結構均勻,不產生偏析。

  5、在真空狀態下,可添加大量合金劑,因而能熔煉高級合金鋼。

  6、短的出鋼到出鋼時間,因而提高了設備生產率,降低了生產成本。

  目前,真空電弧爐的容量范圍在15-200t之間。集加熱、脫氣、渣處理和合金調整等工藝都是在真空狀態下連續進行的。同蒸汽噴射真空泵相結合的完全封閉式處理站,提供了對周圍環境完全沒有污染的清潔熔煉設備。