真空炉熔炼技术

8.1坩埚炉熔炼•坩埚材料：石墨、硅砂、铸铁、钢板、刚玉、铂金坩埚。•加热方式：电加热—电阻加热、感应加热；燃料加热—固体：煤、焦炭等，液体：煤油、重油等，气体：天然气、煤气等。•传热方式：传导传热为主。•特点：设备简单、投资灵活、生产灵活性大、热效率低、升温慢、温度低、污染大。多用于厂、实验室、试制新产品、生产中间合金。•真空井式坩埚炉，集控制系统与炉膛一体，其中炉膛保温材料采体真空吸附成型，程控镶嵌进口电阻丝。超大口径的石英炉腔和真空密封法兰系统，可在流动气氛和真空状态下快速加热样品。主要用于金属、非金属及化合物材料进行烧结、融化、分析。控制面板配有智能温度调节仪，控制电源开关、主加热工作/停止按钮，以便随时观察。•坩埚炉的技术参数•工作温度：≤1100℃•最高温度：1200℃•控温方式：智能化可编程控制•升温最快速率：20℃/min•恒温精度：±1℃•炉门结构：上开式•工作电源：AC220V•额定功率：3KW8.2反射炉熔炼技术•8.2.1火焰反射炉•又称角型炉，是目前生产Al及合金的主要炉型。•加热方式：以燃料（煤、重油、天然气、煤气、柴油等）在炉膛燃烧室燃烧产生的高温火焰为主要热源，在它从炉头流向炉尾的时间里，以辐射（占总热量的90～95%）和对流的方式传给炉料。•传热方式：辐射传热为主、对流为辅。一般用于Al及合金熔炼、紫铜熔炼，不用于黄铜熔炼（∵Zn损耗↑）。技术特点：加热强度高，容量大，有利于氧化—还原精炼，但热效率低，劳动强度大，工作条件差，炉气难控制。•8.2.2电阻反射炉•加热方式：电阻发热元件产生的热辐射。•传热方式：辐射传热。•发热元件：合金：Ni—Cr高温合金；非金属：炭化硅棒。•特点：温度、气氛易控制，金属烧损↓，但加热速度↓、熔炼温度↓。•一般用于轻合金（Al、Mg等）保温。8.3快速熔炉熔炼技术一、竖炉熔炼技术特点快速、连续。特点：（1）炉料预热，余热利用率高。（2）强制对流传热，热效率高，熔化速度快（为反射熔的10～20倍）。（3）由于快速熔化，炉内气氛可调，氧化吸气量少。（4）由于连续、高速，生产效率高。二、喷射式熔铝炉熔炼技术特点结构：坩埚、水冷式感应线圈。工作原理：无芯感应电炉相当于一个空气芯的变压器，工作原理和变压器相近。炉内熔体的运动：无芯感应电炉在熔化过程中，炉内金属熔体受到图示方向（由左手定则确定）的电磁斥力作用，产生如图所示的运动现象。这个力的方向不随电流和磁场方向的变化而变化。•另外，炉内金属的运动上受金属静压力、表面张力的作用下受坩埚阻力的作用，形成两段搅拌的情况。中央液面会产生“驼峰”现象，使金属液面易于氧化，并将夹渣带入熔体内部，甚至发生金属喷溅。•解决方法：①采用增加装料量；②降低线圈高度；③增加坩埚高度；→利用静液压力抵消电磁搅拌力作用，使液面平稳。•技术特点：（1）可达较高T熔=1600～1800℃；（2）熔化速度快；（3）搅拌作用强烈（与有芯感应炉比较）；（4）不必起熔体，变料方便；（5）单位能耗比有芯的高；（6）原始功率因素低（cosφ=0.2～0.3），要配大量补偿电容器。（→功率因素↑→电效率↑）8.4真空炉熔炼技术•一、概况•真空环境中进行加热的设备。在金属罩壳或石英玻璃罩密封的炉膛中用管道与高真空泵系统联接。炉膛真空度可达133×(10-2～10-4)h。炉内加热系统可直接用电阻炉丝(如钨丝)通电加热，也可用高频感应加热。最高温度可达3000℃左右。主要用于陶瓷烧成、真空冶炼、电真空零件除气、退火、金属件的钎焊，以及陶瓷-金属封接等。•二、构造•真空炉一般由炉膛、电热装置、密封炉壳、真空系统、供电系统和控温系统等组成。密封炉壳用碳钢或不锈钢焊成，可拆卸部件的接合面用真空密封材料密封。为防止炉壳受热后变形和密封材料受热变质，炉壳一般用水冷或气冷降温。炉膛位于密封炉壳内。•根据炉子用途,炉膛内部装有不同类型的加热元件,如电阻、感应线圈、电极和电子枪等。熔炼金属的真空炉炉膛内装有坩埚，有的还装有自动浇注装置和装卸料的机械手等。真空系统主要由真空泵、真空阀门和真空计等组成。•真空炉按加热元件分为真空电阻炉、真空感应炉、真空电弧炉、真空自耗电弧炉、电子束炉（又称电子轰击炉）和等离子炉等。8.5真空感应电炉熔炼技术8.6真空电弧炉熔炼技术•真空感应电炉熔炼技术；真空电弧炉熔炼技术是利用电磁感应和电流热效应原理，将电能转换成热能并由炉料自身发热熔炼的。•结构：炉体、水冷或风冷系统、电气设备、倾炉装置•炉体：①感应器—熔沟样板、水冷套、线圈、铁芯；②炉身—炉膛：钢板外壳＋内衬石棉板＋耐火砖，炉底石：石英砂＋水玻璃。•工作原理：工作原理和变压器相近，即它是利用电磁感应和电流的热效应原理工作的。•炉子的感应线圈相当于变压器的一次绕组，炉子里的熔沟样板相当于变压器的二次绕组。当感应线圈通入交变电流时，在铁芯内产生交变磁场，处于磁场中的熔沟金属因此产生感应电势。熔沟内的金属相当于闭合线圈，于是产生感应电流。由于电阻的作用，感应电流流动时，将电能转化为热能，自热升温、熔化金属。•熔体所受作用力：①电磁斥力作用：产生离心力（异向相斥）；②压缩应力作用：力图缩小断面积（同向相吸）；③涡流效应：熔沟内金属挤向熔池；④重力和浮力作用：产生自然对流。→产生紊流，对炉子的热交换、炉子的效率、合金成份的均匀性以及炉子寿命等均有重要影响。•熔体的运动有利于：①搅拌作用→均匀成份；②热交换作用→均匀温度。但熔沟结构对称，两侧作用力相互抵消，不利于：热交换→熔沟底部死区→T↑→η↓、静压↑→渗透漏铜。•可采用的措施：（1）非对称的椭圆形变断面结构；（2）多相双熔沟并立结构。→在熔沟处形成单向流动，有利于熔体的热交换。•有芯工频感应炉的技术特点：（1）熔炼温度比无芯的低，多用于Cu及Cu合金；（2）属于大电流，低电压设备；（3）电气设备较少，热效率较高；（4）熔炼时氧化、吸气量少。8.7电子束熔炼技术•结构：坩埚、水冷式感应线圈。•工作原理：无芯感应电炉相当于一个空气芯的变压器，工作原理和变压器相近。•炉内熔体的运动：无芯感应电炉在熔化过程中，炉内金属熔体受到图示方向（由左手定则确定）的电磁斥力作用，产生如图所示的运动现象。这个力的方向不随电流和磁场方向的变化而变化。•另外，炉内金属的运动上受金属静压力、表面张力的作用下受坩埚阻力的作用，形成两段搅拌的情况。中央液面会产生“驼峰”现象，使金属液面易于氧化，并将夹渣带入熔体内部，甚至发生金属喷溅。•解决方法：①采用增加装料量；②降低线圈高度；③增加坩埚高度；→利用静液压力抵消电磁搅拌力作用，使液面平稳。•技术特点：（1）可达较高T熔=1600～1800℃；（2）熔化速度快；（3）搅拌作用强烈（与有芯感应炉比较）；（4）不必起熔体，变料方便；（5）单位能耗比有芯的高；（6）原始功率因素低（cosφ=0.2～0.3），要配大量补偿电容器。（→功率因素↑→电效率↑）8.8等离子炉熔炼技术8.9电渣炉熔炼技术一、等离子熔炼技术又称角型炉，是目前生产Al及合金的主要炉型。•加热方式：以燃料（煤、重油、天然气、煤气、柴油等）在炉膛燃烧室燃烧产生的高温火焰为主要热源，在它从炉头流向炉尾的时间里，以辐射（占总热量的90～95%）和对流的方式传给炉料。•传热方式：辐射传热为主、对流为辅。一般用于Al及合金熔炼、紫铜熔炼，不用于黄铜熔炼（∵Zn损耗↑）。•技术特点：加热强度高，容量大，有利于氧化—还原精炼，但热效率低，劳动强度大，工作条件差，炉气难控制。二、渣炉熔炼技术•加热方式：电阻发热元件产生的热辐射。•传热方式：辐射传热。•发热元件：合金：Ni—Cr高温合金；非金属：炭化硅棒。•特点：温度、气氛易控制，金属烧损↓，但加热速度↓、熔炼温度↓。•一般用于轻合金（Al、Mg等）保温。