真空感应炉的熔炼工序

技术改造真空感应炉设备及冶炼工艺探讨龚玉哲 程兴达 关腾飞（凯美龙精密铜板带（河南）有限公司，河南 新乡 453000）摘 要：本次研究当中主要介绍了真空感应炉设备的主要构成以及开展冶炼时涉及到的一些具体的工艺程序。

希望可以为具体的冶炼工作开展和相关技术应用奠定理论方面的基础。

关键词：真空感应炉；设备；冶炼工艺在真空冶炼当中，所需要的必要设备之一就是真空冶炼炉。

了解真空冶炼炉设备的基本构成和涉及到的冶炼工艺，可以帮助我们在实际冶炼当中找到更优的冶炼方法，最大限度提高冶炼效率。

1.真空感应炉设备主要构成不管是无削成形还是有削成形，哪一种冶炼产品工艺都会出现真空烧结相关问题。

所谓烧结，指的就是需要把希望烧制成的坯块烧成热锻时所需要使用到的预成型件。

而且还必须要确保所得到的延性结构、可锻性都比较好。

这样才可以减少在热锻当中制品出现不必要的缺陷。

真空冶炼炉是冶炼高温材料、精密合金、电磁和高温材料的主要设备[1]。

可以分为半连续和间断式两种类型。

若容量低于150kg，一般会选择间断式；若容量处于150kg到300kg之间，这两种炉子类型都会使用；超过500kg的都选择使用半连续式。

在国外会经常使用到一些5吨到7吨左右的大型真空冶炼炉。

国内常用的还是一些规模比较小的真空感应炉，现在随着各项技术的不断发展也正在积极朝着大型方向发展。

但仍然面临着一个关键问题，即怎样获得真空。

真空感应炉当中所设定的温度大约为2000度。

此种温度下想要达到10Torr甚至更高的空间度都是存在着较大困难的。

而用户在实际生产活动开展当中是很希望能够得到更高的真空度。

真空感应炉包含炉体、真空泵系统、电源等几种关键的部分，炉体部分主要是完成冶炼的空间[2]。

主体部分有翻炉机构、取样装置、加料装置、坩埚、真空壳室体等。

真空系统则包含有真空阀、真空泵等，主要是在冶炼当中提供必须要的真空条件。

在处于相对封闭的真空室当中，坩埚密封在其中，其热源主要来自于电磁感应所产生的涡流电源。

一、实验目的1、了解真空感应悬浮熔炼实验的基本原理；2、掌握真空感应悬浮熔炼的操作方法。

二、真空感应熔炼的特点真空感应熔炼作为一个高温冶金过程有很大的优越性，因为它有坚实的热力学基础。

咋非真空感应熔炼过程中，只有控制金属液的温度，而在真空过程中，温度和压力两者都可以控制。

与大气熔炼相比真空感应熔炼有以下优缺点：1、能够比较彻底地清除钢液中的气体根据物理化学中的气体熔解定律，对于双原子气体（H2，N2）来说，它们在钢液中的溶解量是炉气 中该种气体的分压力的平方根成正比的，其间的关系可用下式表示：(H)=k1PH1/2(N)=k2PN1/2式中：（H ）（N ）为氢和氮在钢液中的溶解量；PH 、PN 为炉气中氢和氮的分压力；k1、k2为平衡常数。

由上式可见，当降低炉气中氢气和氮气的分压力时，钢液中的气体含量就会随之减少。

如果炉气中的真空度很高（即pH ≈0,pN ≈0）时，则钢液中的含气就可以降低到很低的程度。

例如，实验结果表明，只要真空度达到10μm 汞柱时，钢中氢的含量可以降低至1ppm 以下。

2、钢液可以充分脱氧和降碳由于钢液的熔化过程是在真空条件下进行，钢液中元素的氧化程度很轻微。

因此，只要炉料很干净，所练出的钢，氧化夹杂物就会很少。

另一方面，在真空条件下，碳的脱氧能力比常压下大为提高。

这是因为碳的氧化反应：C+Fe →CO+Fe 所生成的一氧化碳被抽走，因而使得反应进行得很彻底，钢液脱氧良好。

3、金属元素的蒸发液态合金中每种元素都有一定的蒸气压，当蒸气压超过外界压力时，元素就会蒸发。

在大气熔炼的条件下，只要极少数金属元素会发生显著的蒸发现象。

但在真空条件下熔炼时，钢中蒸汽压较高的元素就会发生显著的蒸发现象，结果会造成钢液化学成分控制的困难。

4、坩埚材料的沾污在真空熔炼条件下，炉衬耐火材料会被钢液所侵蚀，这种侵蚀主要表现为钢液中的碳被还原，其结果是，还原产物进入钢液，使钢液的化学成分发生变化。

真空感应熔炼原理及工艺一、引言真空感应熔炼是一种常用的金属熔炼技术，它利用感应加热和真空环境来实现金属的高温熔化和精细处理。

本文将介绍真空感应熔炼的原理和工艺，并探讨其在金属加工领域的应用。

二、真空感应熔炼的原理1. 感应加热原理真空感应熔炼是基于感应加热原理进行的。

感应加热是利用电磁感应现象，通过变化的磁场在导体内感应出涡流，从而产生热量。

在真空感应熔炼中，通过感应线圈产生的高频交变磁场作用下，金属料块内部产生涡流，并迅速升温，最终达到熔化温度。

2. 真空环境的作用真空环境对于真空感应熔炼至关重要。

首先，真空环境可以减少金属与氧、氮等气体的接触，避免金属被氧化或气体吸收，从而提高金属的纯度和质量。

其次，真空环境可以降低金属的气化温度，使金属在较低温度下熔化，减少能源消耗和金属蒸发损失。

最后，真空环境还可以减少金属与炉膛内壁的接触，避免污染和杂质的产生。

三、真空感应熔炼的工艺1. 准备工作在进行真空感应熔炼之前，需要对金属料块进行预处理，包括清洗、切割和称重等。

同时，还需要准备好感应线圈、感应炉膛和真空系统等设备，并进行检查和调试，确保正常运行。

2. 熔炼过程将预处理好的金属料块放入感应炉膛内，然后启动感应线圈，产生高频交变磁场。

金属料块受到磁场的作用，内部涡流产生，温度迅速升高，最终达到熔化温度。

同时，开启真空系统，将炉膛内的气体抽出，形成真空环境。

在熔炼过程中，可以根据需要进行金属的合金化和成分调整。

3. 精细处理在金属熔化后，可以进行一系列的精细处理，包括脱气、去杂、调温等。

通过控制真空度和温度，可以实现金属的脱气和杂质的去除，提高金属纯度和质量。

同时，还可以根据需要调整金属的温度，以满足后续工艺的要求。

四、真空感应熔炼的应用真空感应熔炼广泛应用于金属材料的制备和加工领域。

首先，它可以用于高纯度金属的制备，如高纯铜、高纯铝等。

其次，它可以用于合金的制备，如钢、铜合金等。

此外，真空感应熔炼还可以用于金属粉末的制备、金属材料的再生利用等方面。

感应电炉熔炼工操作规程一、安全操作要求1.感应电炉熔炼工必须穿戴好劳动防护用品，包括耐高温手套、护目镜、防火服等，确保工作安全。

2.在操作过程中，严禁将任何身体部位伸入感应电炉内部，以避免发生触电事故。

3.感应电炉熔炼工必须熟悉应急预案，掌握急救知识，能够在紧急情况下正确处理。

二、操作流程1.准备工作–确保感应电炉周围环境整洁，没有可燃物品。

–检查感应电炉与电源之间的连接是否正常，确保电源稳定。

–检查感应电炉内部是否有异物，如有需要清除。

2.加热操作–将待熔炼的金属或合金放入预定位置，并确保其与感应电炉之间有一定的间隙。

–调节感应电炉的加热参数，包括加热时间、加热功率等，以达到所需温度。

–启动感应电炉，等待加热过程完成。

–在加热过程中，严禁离开操作区域，必须全程监控感应电炉熔炼情况。

3.熔炼处理–当金属或合金达到所需温度时，根据工艺要求进行相应的熔炼处理。

–在熔炼过程中，根据需要，在感应电炉中添加一定量的保护气体，以防止金属氧化和污染。

–监控熔炼过程中金属的状况，根据需要进行搅拌、调温等操作。

4.炉体清理–在熔炼结束后，等待感应电炉冷却至安全温度。

–清理感应电炉内的残渣和废料，确保下次使用时无影响。

三、故障处理1.电源故障–如果感应电炉无法启动或加热过程中突然停止，首先检查电源供应是否正常。

–检查电源开关、保险丝等是否出现故障，尝试修复或更换。

–如无法自行解决故障，应及时报告维修人员。

2.温度控制故障–如果感应电炉加热温度无法达到要求或无法控制温度变化，应停止加热操作。

–检查温度控制装置是否存在问题，包括温度传感器、控制器等。

–在保证安全的前提下，尽可能修理或更换故障部件。

3.其他故障–对于其他感应电炉出现的故障，应及时停止操作，查找原因。

–在保证自身安全的情况下，尝试排除故障或寻求专业技术支持。

四、操作注意事项1.在熔炼过程中，严禁使用湿手或穿戴湿透的劳动防护用品，以免发生触电危险。

2.感应电炉熔炼工应经常接受相关培训，保持对感应电炉操作的熟练程度。

真空感应熔炼炉操作规程一、操作前准备1.检查设备的各项安全阀和报警器的功能是否正常。

2.检查设备的电气连接是否牢固，并确保电气元件无异常。

3.检查真空系统的各项阀门和管道连接是否完好，确保无漏气现象。

4.检查冷却系统的水源供应是否通畅，并调整水流量到适当水平。

5.检查熔炼料的准备情况，确保熔炼料的质量符合要求。

二、开机操作1.按照设备说明书启动熔炼炉，确保设备各部分正常工作。

2.启动真空系统，并设置所需的真空度。

3.打开冷却水系统，并调整水流量到合适的级别。

4.检查温度控制仪表的功能是否正常，并设置熔炼炉的工作温度。

三、装料操作1.将熔炼料放置在合适的熔炼容器中，并进行称重并记录。

2.将熔炼容器放置在炉体中心位置，并确保其稳固。

3.关闭炉门，并使用密封装置将其封闭。

四、真空操作1.等待炉体升温到熔炼温度，然后开始抽真空。

2.逐渐减小真空度，注意不要太快，以免引起熔炉破裂。

3.定期检查真空度，并根据需要补充抽真空。

五、熔炼操作1.根据熔化温度和熔化时间的要求，打开加热系统，开始熔炼。

2.定期检查炉内温度，确保其在合适的范围内。

3.监测熔炼过程中的压力和真空度，并根据需要进行调整。

4.根据熔炼料的要求，可以添加适量的炉内保护气体。

六、熔炼结束操作1.按照设备规定的熔炼时间，关闭加热系统。

2.关闭真空系统，并逐渐恢复环境压力。

3.停止冷却水的供应，并等待炉体冷却到安全温度。

4.打开炉门，取出熔炼好的金属坯料，并进行处理、冷却和质量检验。

七、日常维护1.定期进行熔炼炉的清洁和维护，清除灰尘和金属残留物。

2.检查设备的密封性能和传感器的工作状态，确保其正常运行。

3.检查冷却系统的水源供应和水质，确保其满足要求。

4.定期校准温度、压力和真空度传感器，并记录校准结果。

以上是真空感应熔炼炉的操作规程，为了保证操作的安全和有效性，操作人员应严格按照规程进行操作，并定期对设备进行维护和检修，以确保设备的长期稳定运行和产品的质量。

钕铁硼熔炼工艺一般分为真空熔炼和真空气雾化熔炼两种：
1.真空熔炼：在真空感应炉中，将原料（主要是稀土金属和铁的
合金）熔化，浇入预热的铸型中，并在重力下形成一定厚度的铸件。

这种方法虽然简单，但很难达到控制磁场的目的，而且磁体的尺寸也受到了限制。

2.真空气雾化熔炼：这是一种更先进的熔炼方法，它利用氧气和
氩气的混合物，将原料粉末喷到感应炉中，在高温下熔化成液体，并在磁场的作用下凝固成微小的颗粒。

这些颗粒在气体中冷却后，形成了一种叫做“磁粉”的材料。

这种方法不仅可以精确地控制磁场的强度和方向，而且还可以生产出更小、更均匀的磁体。

真空感应熔炼炉操作规程一、熔炼设备准备1.确保熔炼炉周围环境安全，并保持通风良好。

2.根据熔炼任务的要求，选择合适的炉体、保护气体和适用的感应线圈。

3.检查熔炼炉的外观，确保炉体无损坏和异物。

4.检查炉体的感应线圈是否正常，如有损坏应及时更换。

5.检查熔炼炉的真空系统，确保真空度正常。

二、装料与真空炉内操作1.根据熔炼任务的要求，选择和清洗合适的熔炼料，并按照规定的比例装入炉体。

2.确保金属料已经干燥，避免水分进入炉体影响熔炼。

3.将装好料的容器小心地放入熔炼炉内，确保安全和稳定。

4.关闭炉门并启动真空泵，将炉体的真空度降至要求的范围。

5.观察真空度显示器，确保真空度稳定在规定范围内。

6.启动感应电源，将感应线圈激活，并根据熔炼任务的需求选择合适的加热方式（感应加热、感应加热联用辅助电阻加热等）。

7.根据熔炼任务要求，控制炉体的升温速度和最高温度，保证熔炼的均匀性和高效性。

8.定期观察炉体内的熔池情况，确保熔体的溶解状态。

三、炉体退火与真空松退1.完成熔炼任务后，根据需要进行退火处理。

设置适当的温度，保持一定时间，使金属材料达到所需的晶粒度和硬度。

2.熔炼完成后，关闭加热电源和感应电源，并断开电源连接。

3.断开真空泵连接，开启松退阀门，将炉体内的真空度逐渐增加至大气压。

4.打开炉门，取出熔炼好的金属料，并小心避免受伤，避免触碰炉体和感应线圈。

四、设备维护与安全操作1.每次使用后，及时将炉体进行清洁，保持炉体内外的整洁，并检查是否有损坏。

2.定期检查和更换感应线圈，确保其工作正常。

3.定期对真空泵和真空系统进行维护和保养，确保其正常运行。

4.使用过程中注意安全操作，如佩戴防护手套、眼镜等个人防护用品，防范烫伤和物体击打伤害。

5.严禁一人单独操作设备，必须有专人监控设备运行和熔炼过程中的变化。

6.在设备故障或异常情况下，应立即停止操作，检查并修复问题后方可继续使用。

通过遵守以上的操作规程，能够确保真空感应熔炼炉的正常运行，提高熔炼效率，保证操作人员的安全。

真空感应炉熔炼工艺真空感应熔炼VIM是在真空条件下,利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的方法,具有熔炼室体积小,抽真空时间和熔炼周期短,便于温度压力控制、可回收易挥发元素、准确控制合金成分等特点;由于以上特点,现在已发展为特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金生产的重要工序之一;1、基本原理：真空感应熔炼的两个基本原理应用是：感应加热和真空环境;感应熔炼是除电弧炉以外较重要的一种电炉熔炼方法;与电弧炉相比,其特点有：1电磁感应加热;由于加热方式不同,感应炉没有电弧加热所必须的石墨电极,从而杜绝了电极增碳的可能,因而可以熔炼电弧炉很难熔炼的含碳量极低的钢和合金;2熔池中存在一定强度的电磁搅拌,可促进钢水成分和温度均匀,钢中夹杂合并、长大和上浮;3熔池比表面积小;优点是熔炼过程中容易控制气氛,无电弧及电弧下高温区,合金元素烧损少、吸气少,所以有利于成分控制、气体含量低和缩短熔炼时间；缺点是渣钢界面面积小,再加上熔渣不能被感应加热,渣温低,流动性差,反应力低,不利于渣钢界面冶金反应的进行,特别是脱硫、脱磷等,因而对原材料要求较为严格;4烟尘少对环境污染小;熔炼过程中基本无火焰,也无燃烧产物;感应加热的原理：感应加热原理主要依据两则电学基本定律：一是法拉第电磁感应定律：E=B·L·v·sin∠v·BE:导体两端所感应的电势；B:磁感应强度；v:相对速度；∠v·B:磁感应强度的方向与速度方向之间的夹角;当一座无芯感应炉的感应线圈中通有频率为f的交变电流时,则在感应圈所包围的空间和四周产生一个交变磁场,该交变磁场的极性、磁感应强度与交变频率随着产生该交变磁场的交变电流而变化;若感应线圈内砌有坩埚并装满金属炉料,则交变磁场的一部分磁力线将穿过金属炉料,磁力线的交变就相当于金属炉料与磁力线之间产生了切割磁力线的相对运动;因此,在金属炉料中将产生感应电动势E,其大小通常以下式确定：E=Ф·f·nФ:感应线圈中交变磁场的磁通量,Wb；f:交变电流的频率,Hz；n:炉料所形成回路的匝数,通常n=1;二是焦耳-楞茨定律：又称为电流热效应原理;当电流在导体内流动时,定向流动的电子要克服各种阻力,这种阻力用导体的电阻来描述,电流克服电阻所消耗的能量将以热能的形式放出;这就是电流的热效应：Q=I2RtQ: 焦耳-楞茨热,J；I:电流强度,A；R:导体电阻,Ω；t:导体通电时间,s;当感应炉通以交流电后,在感应线圈内坩埚里的金属炉料由一法拉第电磁感应定律产生感应电动势,由于金属炉料本身形成一闭合回路,所以在金属炉料中产生感应电流：I=Ф·f/R,R:金属炉料的有效电阻,Ω;该感应电流又依照二焦耳-楞茨定律在炉料中放出热量,使炉料被加热;真空冶金的原理：影响一个化学反应的外部因素主要是：温度、浓度和压力;真空冶金就是通过改变外界压力对冶金过程中诸多化学反应中有气相参加的反应产生影响,当反应生成物中的气体摩尔数大于反应物中的气体摩尔数,减小系统的压力即增加真空度则可以使平衡反应向着增加气态物质的方向移动,促使反应进行的更完全;以下几类反应器中发生的反应属于此类：真空下的碳脱氧反应：〔C〕+〔O〕→CO↑真空下的脱气反应： 2〔H〕→H2↑2〔N〕→N2↑金属中元素的挥发：〔Me〕→Me↑1 在真空环境下,碳的行为很有意思;在常压下,碳的脱氧能力较弱,因此常用金属脱氧剂如硅、铝等来进行沉淀脱氧,但硅、铝脱氧后形成的氧化物夹杂会部分残留在钢中,降低钢的纯洁度;在一般条件下,当钢中〔C〕=%,与之平衡的〔O〕=%,当钢中〔C〕降低时,与之平衡的〔O〕还要升高,而现今有些特殊用途的钢和合金中的氧含量要求又远低于%,因而在一般条件下仅用碳来脱氧是达不到脱氧要求的;碳氧反应的平衡常数为：K=P CO/a c ·a O= P CO/〔%C〕·f C·〔%O〕·f O即：〔%C〕·〔%O〕= P CO/K由于K值在某一温度下是一常数,当将炉内CO不断抽走,即降低炉内的P CO,〔%C〕·〔%O〕的数值也会同时降低,即在真空条件下,碳氧反应会进行的更完全;当气相压力降至时,碳的脱氧能力可超过硅；若气相压力降至时,碳的脱氧能力可超过铝;但碳的脱氧能力并不会随着真空度的提高而无限制的提高,因为只有液气分界面的碳氧反应仅只遵循上述热力学原理,金属液体内部的碳氧反应不仅遵循上述热力学原理,还要受到动力学条件的约束;金属液体内部如果要形成CO气泡,那么CO的生成压必须大于炉气压力、气泡产生处金属液柱的静压力和表面张力造成的压力之和;因而仅减小炉气压力即增加真空度是不够的,此时限制碳脱氧的主要因素是表面张力和静压力;此原理不仅能降低溶解于金属中的氧,还能还原金属夹杂中的氧,如: MnO+〔C〕→〔Mn〕+CO↑SiO2+2〔C〕→〔Si〕+2CO↑Al2O3+3〔C〕→2〔Al〕+3CO↑同时,真空下碳这一特性也会作用于坩埚耐火材料;在真空熔炼的精炼期,此时熔池处于高温、高真空下,炉衬中的氧化物及杂质会分解并与碳发生还原反应;因而坩埚材料的选择很重要;由于以上过程的存在,反过来也会消耗〔C〕,降低钢中〔C〕;2真空下的脱气：金属中的气体是指溶解在其中的氢和氮而言;氢和氮在空气中以分子状态存在,在金属中则以单原子或离子状态存在,这种双原子气体在金属中的溶解度与气体分压力的平方根成正比;〔%H〕=K H√P H2〔%N〕=K N√P N23真空下杂质及合金元素的挥发：在真空条件下,金属中某些蒸气压较高的元素,当熔室内压力降低至低于其蒸气压力时,这些元素就会从液态金属中挥发出来;因而应合理制定工艺制度,促进杂质的挥发、减少有用元素的挥发;500kg真空感应炉1、真空系统2、加料系统3、感应线圈4、坩埚5、电源6、锭模车2、真空感应炉熔炼的工艺过程：就是结合真空冶金与感应熔炼的特点制定合理有效的工艺;其整个周期可分为以下几个主要阶段,即装料、熔化、精炼、浇注;（1）装料：真空感应炉所用炉料一般都是经过表面除锈和油污后的高纯原料,有的合金元素还以纯金属形式加入;严禁采用潮湿的炉料,以免带入气体和在熔炼时产生喷溅;装料时,应做到上松下紧,以防熔化过程中上部炉料因卡住或焊接而出现“架桥”；在装大料前,应先在炉底铺垫一层细小的轻料；高熔点不易氧化的炉料应装在坩埚的中、下部高温区；易氧化的炉料应在金属液脱氧良好的条件下加入；易挥发的元素加入时,熔炼室应先充以惰性气体Ar为好;（2）熔化期：装料完毕后,应开始抽真空;当真空室压强达到时,便可送电加热炉料;熔化初期,由于感应电流的集肤效应,炉料逐层熔化;这种逐层熔化非常有利于去气和去除非金属夹杂,所以熔化期要保持较高真空度和缓慢的熔化速度;所以开始熔化时不要求输入最大的功率,而是根据金属炉料的不同特点,逐级增加输入功率,使炉料以适当的速度熔化;若熔化过快,则气体有可能从金属液中急剧析出,这将会引起熔池的剧烈沸腾,甚至产生喷溅;如果发生喷溅,可采取降低熔化速度减小输入功率或适当提高熔炼室压力关闭真空阀门或充入一定量的惰性气体的方法加以控制;若采用两次加料熔化时,第二次炉料应在坩埚炉料熔化70%~80%时加入,并等到补加料开始发红后再提高输入功率,以免冷料突然加入而放出大量气体产生喷溅;当金属全部熔化,熔池表面无气泡逸出时,熔炼进入精炼期;（3）精炼期：精炼期的主要任务是：脱氧、去气、去除挥发性夹杂、调整温度、调整成分;为完成上述任务必须控制好精炼温度、真空度和真空下保持时间等工艺参数;a、精炼温度：温度升高有利于碳氧反应的进行、夹杂的分解挥发；但温度过高会加剧坩埚与金属间的反应、增加合金元素的挥发损失,所以通常合金钢的精炼温度控制在所炼金属的熔点以上100℃;b、真空度：真空度提高将促进碳氧反应,随着CO气泡的上浮排出,有利于〔H〕和〔N〕的析出、非金属夹杂的上浮、氮化物的分解、微量有害元素的挥发;但过高的真空度会加剧坩埚与金属间的反应、增加合金元素的挥发损失,所以对于大型真空感应炉,精炼期的真空度通常控制在15~150Pa；小型炉则控制在~1Pa;c、真空下保持时间：金属液内氧含量是先降后升的,所以当氧含量达到最低值的时间就是精炼时间,500kg的炉子精炼时间为50~70min;炉料熔清后,应立即加入适量的块状石墨或其他高碳材料进行碳氧反应;精炼后期,充分脱氧、去气、挥发夹杂物时,加入活泼金属和微量添加元素,调整成分,加入顺序一般为Al、Ti、Zr、B、Re、Mg、Ca,应做到均匀、缓慢,以免产生喷溅,加入后用大功率搅拌1~2min,以加速合金的熔化和分布均匀,由于Mn的挥发性较强,一般在出钢前3~5min加入;4浇注：合金化后,温度成分合格后即可出钢浇注;浇注时采用保温帽或绝热板;对于成分复杂的高温合金,浇注后可在真空下冷却;3、结语：真空感应熔炼作为制造高温合金、精密合金、特殊功能材料等的重要工序之一,其作用将越来越重要、应用将越来越广泛;。