冶金新技术讲座2.ppt

第四章炉外精炼,为生产超纯铁素体不锈钢、无间隙原子深冲钢（IF钢）、超低碳贝氏体钢等需要，促使炉外精炼的发展。炉外精炼是将转炉、电炉初炼过的钢液转移到另一容器中进行精炼的炼钢过程，称“二次炼钢”（SecondarySteelmakingProcess），又称“二次精炼”（SecondaryRefining）初炼：熔化、脱磷、脱碳和主合金化精炼：脱气、脱氧、脱硫、深脱碳、去除夹杂及成分微调1.炉外精炼的手段1）钢液搅拌多数冶金反应是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是限制性环节。钢液搅拌是炉外精炼过程中加强冶金反应动力学条件的重要手段，借助气体、电磁感应和机械方法，实现钢液和熔渣运动。（1）气体搅拌（吹氩搅拌方式）（2）吸吐搅拌（RH和DH搅拌方式）（3）感应搅拌（ASEA-SKF搅拌方式）,炉外精炼的手段,2）真空脱气（1）脱氢根据脱气装置几何尺寸，操作工艺及条件、钢种及预脱氧状态不同，脱氢的效果有差异真空度是直接关系脱氢的主要因素（2）脱氮去氮效果与其真空处理方法，装置结构与尺寸，钢水预脱氧程度，系统真空度等因素有关由于钢中氮的溶解度、扩散速度慢，存在易于氮化的合金元素（Mn、Cr、Al、Zr、B），真空脱氮的效果仅为10-15%左右（3）脱氧碳在钢中的扩散速度比氧大，故氧的传质是真空下脱氧反应的控制环节3）合成渣洗,炉外精炼的手段,4）喷粉精炼扩大钢渣接触比面积，改善钢液内部冶金反应的热力学和动力学条件夹杂物变性,5）钢水加热（1）电弧加热（2）化学加热铝热法硅热法CO燃烧法,炉外精炼方法,2.炉外精炼方法,精炼方法,真空精炼法,惰性气体稀释法,渣洗精炼法,从有无补偿加热装置方面又分为,钢包处理型(RH、TN、SL、WF、Gazid）,钢包精炼型（VAD、VOD、AOD、ASEA-SKF、LF）,炉外精炼方法,炉外精炼方法,一、钢包吹氩技术1）带保护罩加合成渣吹氩,SAB法（SealedArgonBubbling）,CAB法（CappedArgonBubbling）,炉外精炼方法,2）封闭式吹氩成分微调法,CAS法,CAS-OB法,炉外精炼方法,3）带电弧加热的钢包吹氩,LF炉具有4个功能：a.还原气氛(石墨电极反应)b.氩气搅拌c.埋弧加热d.白渣精炼,LF炉与超高功率电弧炉配合，除提高钢质量外，可提高生产率15-20%。,LFV法,a电弧加热；b真空处理1加热盖；2电极；3加料槽；4真空盖；5钢包；6碱性还原渣；7钢包车,LFV功能与VAD相同真空和加热分别采用两个包盖，大气压下加热，加合成渣精炼，吹氩搅拌，然后抽真空脱气。VAD的加热和真空同用一个包盖，真空下电弧加热，可以在真空下加合金微调合金成分。LFV法可脱气，脱氧，脱碳，脱硫，去夹杂，加热钢液，微调成分等。配一支吹氧枪还可以真空吹氧脱碳，冶炼不锈钢。,炉外精炼方法,二、钢包喷射冶金喷射冶金的基本特征是利用氩气作载体，将粉料喷射到钢液深部，气动连续输送，显著改善了钢液内冶金反应的热力学和动力学条件。冶金特点如下：a.扩大了反应表面积b.连续供料与控制供料c.解决了活性元素加入问题d.反应在熔池被强烈搅动下进行,炉外精炼方法,1)CAB/TN法和SL法,CAB/TN法,SL法,可以喷吹合金粉末,IR-UT法钢包冶金站,IR-UT技术设置了吹氧和吹氩搅拌（或喷粉）用的两支浸入式喷枪，吹氩方式由底吹改为顶吹，对钢液吹氧加热后进行喷粉脱硫和夹杂物形态的调整操作。,1-钢包；2-吹氧枪；3-隔离罩裙；4-包盖；5-平台；6-合金称量料斗；7-升降机构；8-喷粉罐；9-排气口；10-搅拌枪;11-钢包车,炉外精炼方法,2)RH-IJ法喷射冶金不具备真空去气、脱碳功能，也无法形成还原气氛，是其局限性。与LF、VOD、RH等精炼工艺和喷吹冶金合理结合，产生新的方法。RH-IJ法用于精炼硅钢。,RH-PB法,生产出超低硫、超低碳和超低磷钢。利用原有RH-OB法真空室下部底吹氧喷嘴，使其具有喷粉功能，依靠载气将粉剂通过喷嘴吹入钢液。真空室下部装有两个喷嘴，可以利用切换阀门来改变吹氧方式还是喷粉方式。同时通过加铝可使钢液升温。具有良好的去氢效果，不会影响传统的真空脱气的能力，更不会导致钢液吸氮。,炉外精炼方法,三、喂线技术80年代出现的喂线技术，逐步代替了喷枪喷吹技术，以每分钟80-300m的速度喂入熔池深处。因其不存在气相载体，喂入的金属向上移动时间延长，有足够的时间与钢液发生反应。综合对比各种炉外精炼技术，喂线技术有以下优越性：合金收得率高合金微调接近目标值铝的收得率提高，收得率可达94-98%。,炉外精炼方法,四、循环真空脱气法,RH-OB,RH,RH-O,RH-KTB法,KTB法是用水冷氧枪向真空室内的钢液供给氧气的工艺方法。30%的氧用于CO气体的二次燃烧，二次燃烧率达60%，使RH处理过程中的热损失得以补偿，因此可降低转炉出钢温度约26。提高脱碳速率，可以减轻转炉的冶炼负担。稳定地降低脱气结束时渣中的（TFe）和钢液中的TO，使连铸时由于钢液中的Al2O3造成的浸入式水口的堵塞得到缓解。,RH-MFB法,RH-MFB主要功能是在真空状态下的吹氧强脱碳、铝化学加热钢液。在大气状态下吹氧或天然气燃烧加热烘烤真空室及真空室内壁形成的结瘤物,炉外精炼方法,五、真空钢包处理,吹氩和真空脱气结合-芬克法,真空下减压吹氩精炼-Gazad法,电磁搅拌真空去气法,炉外精炼方法,六、电弧加热的真空精炼炉1）ASEA-SKF炉,具有真空脱气、电弧加热、电磁搅拌功能,炉外精炼方法,2）VAD炉具有电弧加热、吹氩搅拌、真空脱气、包内造渣、合金化等多种精炼手段。VAD可实现以下功能：（1）有效杜绝炉渣回磷；（2）脱硫率高；（3）脱氧良好；（4）脱氢良好；（5）去氮率高；（6）有效去除夹杂物；,炉外精炼方法,VOD,K-VOD/VAD,SS-VOD,VODC,RH-OB,AOD,CLU,七、不锈钢炉外精炼不锈钢生产技术发展方向：1）发展不锈钢冶炼工艺2）采用廉价原料3）开发新产品，如高纯铁素体不锈钢、马氏体不锈钢4）完善配套技术，如不锈钢带钢连铸,GOR工艺,GOR转炉工艺的基本原理在于使用多种组分的混合气体吹炼预先溶化好的钢水GOR工艺与AOD工艺对比在吹炼工艺上，GOR工艺采用天然气(或其它碳氢化合物)保护底吹喷咀向炉内供应氧气、氩气、氮气，而AOD炉采用侧吹喷咀，用惰性气体保护喷咀。AOD工艺全程供氨气(前期氧、氩混吹)，而GOR工艺在吹炼后半期供氩气，前半期只供氧气和天然气。GOR炉炉容比几乎是AOD炉的一倍，采用可更换炉底。GOR炉铬的收得率为9799，良好的熔池搅拌保证了钢液不会发生过氧化现象。,GOR炉与AOD炉指标对比,炉外精炼方法,AOD-VCR,AOD,VCR,利用真空和吹氩，进一步脱碳,不锈钢生产工艺路线,超高功率电炉VODLF连铸超高功率电炉AOD连铸超高功率电炉AODVODLF连铸超高功率电炉VOD真空浇铸,炉外精炼技术发展趋势,1.钢水百分之百地进行处理；2.促使钢铁工业有粗放型向集约型发展；3.向组合、多功能化方向发展；4.对不同规模、不同产品配备不同精炼技术：1）生产板带钢材企业，应配备CAS-OB和RH精炼站。2）生产棒材的企业，应配备LF炉和喂线手段。3）对电弧炉特殊钢厂生产不锈钢采用EFAODVCR工艺；生产轴承钢采用EFLFRHCC工艺；生产超纯结构钢采用EFVAR工艺。,第五章近终形连铸,高效连铸技术是以高质量为基础，高拉速为核心实现高连浇率、高作业率的系统优化技术方坯连铸机:单流年产大于20万吨;板坯连铸机:单流年产大于200万吨;薄板坯连铸技术1989年，美国纽柯公司正式投产了第一台薄板坯连铸机薄板坯连铸技术有ISP和CSP法两种带钢连铸技术1856年由英国Bessmer提出，放置了近130年电磁技术及其它技术应用,薄板坯（带）连铸,Conventionalnear-net-shapeProcessroutecastingtechniques,薄板坯连铸,1.CSP(CompactStripProduction)生产工艺紧凑式带钢生产线,薄板坯连铸机均热（保温）炉热连轧机层流冷却地下卷取,CSP工艺结晶器特征,连铸机结晶器为漏斗状，并配一个可防二次氧化的异形浸入式水口。,顶视图,剖视图,CSP技术的进步,漏斗形结晶器的不断完善,液芯压下技术的采用有利于长水口的插入结晶器变大后可容纳更多钢水，在通过量不变的情况下，钢水的流速减慢、变稳，有利于夹杂物上浮和提高拉速。导致铸坯内部晶粒破碎和滑移，可得到较细的晶粒，使铸坯在相同的轧制温度下获得更好的韧性。采用液芯压下比减薄结晶器的相同厚度带来的效果更佳。,CSP技术的进步,液压振动装置的应用改善铸坯与结晶器壁的接触。有利于表面质量的提高。通过提高振动频率还能提高连铸机的拉速。电磁闸(Electromagneticbrake)的使用限制钢流速度，降低液面波动，减少紊流，减少保护渣卷入钢水，使液面平静且温度可上升约10，增加非金属夹杂物上浮的机会。有利于铸坯和结晶器铜板间润滑，减少表面裂纹。,CSP技术的进步,二冷段的改进二冷段喷嘴平均布置改为按坯宽来放置，解决了因坯宽不同造成的窄断面边部过冷的问题，保证了铸坯冷却均匀，改善了铸坯质量。新的高压水除鳞装置,薄板坯连铸,2.ISP（In-lineStripProduction）生产工艺在线带钢生产线特点：1）采用立弯式结晶器；2）采用薄壁收缩式长水口；3）采用铸轧工艺。,中间罐薄片状浸入式水口结晶器铸轧段大压下量粗轧机剪切机感应加热炉克日莫那炉精轧机层流冷却地下卷取,薄形浸入式水口,ISP压缩浇注技术,ISP技术第一个实现了在线厚度压缩，并有一整套设备能保证铸坯温度均匀及铸坯终轧前的在线加热。带液芯的铸轧技术是通过由窄边向外部突出的轧制过程来减薄铸坯，真正的轧制作用是很小的。在宽边上造成的纵向变形也很小，对多数钢种来说一般是无害的。,薄板坯连铸,3.FTSRQ(Flexiblethinslabrollingforquality)工艺高质量灵活性薄板坯轧制,1连铸机；2旋转式一次除鳞；3隧道式加热炉；4二次除鳞；5立辊轧机；6粗轧机；7保温辊道；8三次除鳞；9精轧机；10输出辊道和冷却段；11卷取机,H2结晶器,结晶器为漏斗形，长1200mm。铸坯从凸形变成矩形，逐步使表层和内部张力减小至零。结晶器下部为立辊段，长约2000mm，可保证铸坯平滑收缩，承受较小的坯壳压力。结晶器有防漏和防粘结装置，可不安装电磁闸。,FTSRQ技术,动态软压下装置（DSR）结晶器出口铸坯厚度90mm，经连续软压下最终可达70mm。保证结晶器使用较厚的断面，且可获得轴向中心偏析和疏松均小、晶粒细小的内部质量。三点除鳞为防止和消除铸坯表面的氧化铁皮，在二冷段出口设有旋转式除鳞机。在隧道炉出口和进精轧机前还有两个除鳞机。全液压宽度自动控制轧机粗轧机前设置了带有全液压宽度自动控制的带孔型的轧机，保证了连铸坯的几何尺寸和力学性能。,加拿大阿尔戈马RTSRQ(FTSC)生产线,薄板坯连铸,4.CONROLL工艺,工艺特点：采用平行板形结晶器采用旋转除鳞机，避免温降过大采用超低头弧形连铸机配有液压轻压下（LSR）系统可生产包晶钢热轧带卷,薄板坯连铸,5.CPR(CastingPressingRolling)工艺,1结晶器；2挤压辊；3轧制辊；4感应炉；5冷却区；6轧机；7除鳞区；8卷取机,CPR工艺原理：利用浇铸后的大压下（60%极限压下量），仅使用一组轧机就可生产厚度为6mm的薄带卷。该工艺采用西马克的漏斗形结晶器。结晶器出口处的铸坯厚度为50mm，直接进行液芯压铸和粗轧。,QSP工艺,日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，双流连铸机浇出90mm厚的铸坯，经软压下变成70mm。提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板，满足钢铁联合企业的质量要求。,1单流连铸机；2软压下装置；3剪切机；4隧道式加热；5可移动段；6立辊轧边机；7单流通过2机架初轧机、除鳞机；8除鳞装置；95机架精轧机；10卷取机,其它薄板坯连铸技术,1.Twin-beltthinslabcasters,Horizontalthinslabcasters,带钢及薄带钢连铸,1.Twin-rollstripcasters,带钢及薄带钢连铸,2.Single-rollstripcasters,单辊连铸机是使用一个铜合金或不锈钢质的水冷旋转辊，将钢水从辊子上部或侧面紧贴着辊子表面流出，在辊子上被激冷而制成薄的带钢。这种方法主要用于浇铸厚度小于1mm的极薄材料，生产非晶态合金等。,带钢及薄带钢连铸,3.Spraycastingtechniques,Sprayrollingequipment,Spraydepositionprocess,异型坯连铸,异型连铸可显著地减少了轧制道次。在采用三种不同坯料生产同一种规格的工字钢IPB300时，所需的轧制道次数相差很大，分别为：1）采用钢锭轧制时，需要29+7=36个道次；2）采用连铸大方坯时，需要16+7=23个道次；3）采用连铸工字形坯时，仅需要5+7=12个道次。若采用近终形工字钢连铸坯来生产工字钢，其轧制道次会更少。,异型坯连铸,双水口,单水口,异型连铸结晶器浇注水口位置,世界主要连铸机生产和研制公司,SMS德国施罗曼西马克公司COCAST瑞士康卡斯特公司SHI日本住友重型机械工业公司DANIELI意大利达涅利公司MDH日本三菱重工业公司VAI奥钢联设备工业公司DEMAG德马克公司,无氧化浇注技术,钢水在从盛钢桶注入中间罐、或者从中间罐注入结晶器的过程中，不可避免地与空气接触而发生氧化反应和吸收气体。连铸过程中必须使钢水与空气隔绝，这就是无氧化浇注技术。,无氧化浇注技术,结晶器在线调宽,发展连铸坯热送轧钢和连铸坯直接轧制技术充分满足了轧钢每个单元内多规格的要求，提高连铸及轧钢机的生产能力,第六章特种冶炼技术,6.1真空冶金过程特点6.2真空感应熔炼6.3电渣重熔法6.4等离子弧熔炼法6.5其它熔炼法(真空电弧、电子束),6.1真空冶金过程特点,活泼元素控制防止活泼金属的氧化和氮化，精确控制合金成分；真空下碳氧反应C+OCO提高了碳脱氧的能力；真空脱气H，N=KH，NPH2,N21/2；真空挥发蒸气压较高的有害元素Pb、Sb、Bi、Sn、Cu等的挥发去除；夹杂物的分解(MeO)+C=Me+CO(MexOy)=xMe+y/2O2；(MexNy)=xMe+y/2N2真空坩埚反应MgO固+Me=Mg+MeO；MgO固+C=Mg+CO,6.2真空感应熔炼,1.感应熔炼(InductionMelting)原理利用电磁感应在导体内产生涡流加热炉料，从而进行熔炼的方法。,感应电动势,感应电流,焦耳-楞次定律Q=I2Rt,产生热量,6.2真空感应熔炼,2.真空感应熔炼真空感应炉设备1）电源系统；2）真空系统；3）炉体；如下图：,真空系统,翻炉机构,加料机构,坩埚,感应器,取样和捣料装置,测温装置,可动炉体,真空感应熔炼,1）电源输入系统由于真空感应炉设备庞大昂贵，提高生产率成为选择电源功率的依据，通常选择范围在300-500kW/t，电源频率选择主要考虑熔池的搅拌，电源选择见下表。表1.真空感应炉电源,真空感应熔炼,2）真空系统要求主熔炼室在15分内抽至13.332Pa，同时考虑精炼期气体排放及精炼真空要求。3）炉体炉体结构已多样化，主要包括：熔炼室、装料系统及辅助设备。对容量500kg的感应炉，选择侧倾坩埚浇铸的结构，在熔炼室内浇铸，结构紧凑；对1t的真空感应炉，铸锭室和熔炼室分开，坩埚与铸模间经水平导流槽连通，可连续熔炼，缩短冶炼周期，提高设备利用率。真空感应熔炼工艺包括：装料、熔化、精炼、浇铸四步工序。,真空感应熔炼工艺,装料装料在真空室内进行，一部分直接装入坩埚，另一部分装入合金料箱中，以便在熔炼过程按进程加入。蒸气压高的元素Mn，应在出钢前不久通入保护气体后加入；活泼元素Al、Ti、Mg、Ce、La、Zr、B等，在精炼期加入；基体材料Fe、Ni、C、W、Mo、Co、V直接一次加入坩埚，难熔、量多的料装在高温区。装料应上松下紧，大块料放在中上部，便于预热和塌料，严防化料中发生“架桥”。熔化使炉料熔化、去气、去除低熔点有害杂质和非金属夹杂物，使金属液有适当温度，熔池上方保持较高真空度。,真空感应熔炼工艺,精炼精炼期应控制精炼温度、真空度及真空保持时间。精炼期主要是高温沸腾与合金化：高温沸腾利用碳脱氧，降低氧含量，生成的CO，促使熔池沸腾，去除气体和夹杂物，促使合金成分均匀。合金化在脱氧、脱气良好的条件下，填加合金元素，调整成分，加入的同时应加大输入功率，进行搅拌，加速熔化并使成分均匀。浇铸真空浇铸，可适当降低浇铸温度，一般超过合金熔点60-80即可；带电浇铸，保证合金成分均匀；浇铸后保持真空，避免金属氧化。,6.2真空感应熔炼,3.真空感应熔炼冶金效果提纯精炼真空提纯的主要反应是碳和氧形成CO气泡的反应，应通过气泡沸腾过程去除氮和氢。通过加入活性元素铈、钙和镁，可在一定程度上去除硫、磷。真空和高温，可促使夹杂物分解，蒸气压大的杂质元素挥发去除。精确控制成分提高性能利用真空感应熔炼主要用于航空涡轮盘、叶片的精密铸造、马氏体时效钢及原子反应堆用的不锈钢等。,6.3电渣重熔法,电渣冶金的优越性1）质量优良。纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁。2）生产灵活。可生产各种形状的钢锭。3）工艺稳定。质量和性能再现性高。4）经济合理。设备简单，操作方便，成本低，成材率高。5）过程可控性好。电渣冶金品种及产品规格的发展钢及合金品种的扩大1）转子用钢2）轧辊材料3）高速工具钢4）模具钢5）轴承钢,6.3电渣重熔法,6）火炮身管及装甲板用钢7）飞机起落架用钢8）超级合金9）有色金属及其合金,表1各种方法熔炼轴承钢疲劳比较,最大变形达90%,高温合金,6.3电渣重熔法,电渣冶金生产巨型铸件工业设备大型化，如21000马力柴油机曲轴需150t钢锭，1200MW汽轮机和发电机转子均需300t巨型钢锭。1）电渣重熔法2）自耗模电渣重熔法3）电渣焊法4）电渣分批浇铸法5）电渣热封顶法。,6.3电渣重熔法,电渣重熔厚板坯,电渣重熔复合钢锭,BS1503-622铁素体钢区,过渡区,316奥氏体钢区,6.3电渣重熔法,提高技术经济指标提高熔化率，降低电耗直接影响比电耗的是电渣重熔电效率及渣池散热率，即：,填充比K对重熔熔化率v及比电耗W的影响,6.3电渣重熔法,结晶器直径300mm，电极直径150mm,结晶器直径300mm，电极直径254mm,在渣池输入功率恒定条件下，增大填充比K，可以大大增加电极端头吸热量，减少渣池表面热辐射损失，改变渣池热分配。且结晶器冷却水带走热量减少，必然使熔速增加，热效率提高，比电耗W减少。,6.3电渣重熔法,提高金属利用率和产品合格率采用铸造电极电渣重熔或电渣熔铸金属材料利用率可进一步提高。降低电渣重熔成本1）降低电耗，减少生产成本。2）采用铸造电极代替锻造电极，电渣重熔成本降低约20%。3）提高金属成材率，降低废品率。4）改进操作。采用双工作位，减少辅助工时，提高自动化水平，减少劳动定员。5）减少电渣钢加工工序。提高电渣钢质量电渣重熔二次冷却,抽锭式电渣炉附加二次冷却，能强化制冷效果，消除各种偏析。,6.3电渣重熔法,电磁搅拌与超声振荡,气粉吹炼及变性处理,高速钢中加孕育剂降低莱氏体网距的效果。,6.3电渣重熔法,稀土元素在电渣重熔中的应用,熔炼室内电渣重熔,电渣重熔活性金属及含活性金属的合金，是在封闭熔炼室中充氩气进行保护下进行的。,稀土元素对16MnNiMo冲击韧性的影响,电渣冶金未来展望,电渣重熔在中型及大型锻件生产中，将处于垄断地位。在优质工具钢、模具钢、马氏体时效钢、双相钢管坯及冷轧辊方面，电渣钢占绝对优势。枪炮弹簧及仪表弹簧钢，将选用电渣重熔；航空轴承及仪表轴承用钢，仍采用电渣重熔生产。在超级合金生产方面，电渣重熔与真空电弧重熔处于竞争局面。在有色金属生产方面，电渣重熔处于方兴未艾大发展阶段。电渣熔铸管件、环件、异形铸件上有独到之处，占独特地位。,6.4等离子(Plasma)弧熔炼法,一、等离子熔炼及其特点等离子体是一种强有力的高温热源，利用等离子体作为热源，可熔炼或重熔金属材料。1.等离子体的产生给气体原子和分子施以足够能量，电子可脱离原子核形成自由电子，而原子则成为正离子，电离达到一定程度，呈现明显的电磁特性，成为区别于物质固体、液体、气体的第四态-等离子体。等离子体-就是由自由电子、正离子以及未经电离的气体原子和分子组成的混合体。等离子体在电的性质方面呈“中性”，但在外电场的作用下却具有良好的导电性、导热性，同时又是一个高温热源。获得等离子体，需给气体一定的能量，一般用“电离电位”表达此能量。,等离子体的产生,电离电位越大，所需能量也越高，供给气体能量的方式如下：1）以一定波长的光照射气体原子（或分子）；2）用加速到一定速度的粒子撞击原子（或分子）；3）将气体加热到一定温度，进行热电离；多数气体在温度超过8000K时，会发生热电离。,2.等离子体的分类,按温度分,高温等离子体,低温等离子体,按工作压力分,高压等离子体,低压等离子体,目前工业上应用低温、低压等离子体，产生方法有电弧法和高频感应法。,等离子枪,3.等离子枪,电弧等离子枪,高频等离子枪,非转移型等离子枪,转移型等离子枪,中空阴极型等离子枪,阳极是水冷铜喷嘴，起弧后，电源正极由喷嘴转移到被熔化的材料上-转移型等离子枪。工业上多用转移型或中空阴极型电弧等离子枪。,6.4等离子(Plasma)弧熔炼法,4.等离子弧的特点等离子弧是一种导电截面强烈收缩，而能量高度集中的电弧。高温（5000-30000K）；能量高度集中；离子化状态；离子流速度快（100-500m/s）。5.等离子熔炼的优点温度高-高的热效率，炉料熔化快。由于高温和喷射作用，气体和夹杂物可得到充分去除。超高温+惰性保护,能熔炼难熔和活泼金属及其合金。工作时电气参数稳定。可按工艺要求，炉内选用不同的气体介质（还原性、惰性等），以及不同的工作压力。可造渣精炼。没有增碳的可能性。等离子熔炼可使金属进行等离子渗氮，N=0.6-1.0%。,6.4等离子(Plasma)弧熔炼法,二、等离子枪的电极材料和等离子工作气体1.电极材料喷嘴-紫铜电极-钍钨、铈钨、石墨电极2.等离子工作气体Ar、He、H2、N2以及Ar+N2、Ar+H2等；Ar最普遍，原因是Ar是单原子，易电离，又是惰性气体。三、等离子熔炼的类型等离子电弧炉PAF；等离子感应炉PIF；等离子电弧重熔PAR；等离子电子束重熔PEB；等离子钢包精炼。,等离子电弧炉PAF,外形与普通电弧炉相似，以等离子弧作热源，等离子弧由枪的阴极向埋在炉底的阳极转移，用感应线圈搅拌金属熔池。,由于离子弧温度高，热量集中，会引起局部金属过热，所以在炉底耐火材料的外层，装有两个水冷铜管线圈，搅拌熔池。,等离子电弧炉PAF,等离子电弧炉的优越性：1）合金收得率高。如Al50-79%，Ti60-80%；2）铁的损耗低于普通电弧炉，小于2%；3）比普通电弧炉噪音低，在80dB以下；4）电极、耐火材料、氧气和氩气等消耗降低，成本降低；5）可避免间隙性能量传递，闪烁现象减少；6）等离子电弧炉熔炼钢的纯净度高于普通电弧炉。工业上有经济价值的应用：1）镍基合金、不锈钢、超级合金等切屑的回收熔炼；2）熔炼超低碳钢；3）利用等离子体中的氮离子渗入钢液，熔炼含氮钢。,等离子感应炉PIF,PIF是利用稳定的等离子弧的超高温和惰性气氛与感应加热及电磁搅拌作用相结合的新型熔炼炉。炉体部分可采用工频炉、中频炉等，与普通感应炉不同之处，坩埚底部装有炉底阳极。PIF加有炉盖，可以造渣脱硫。合金收得率达95%以上。热源由等离子弧和感应加热组成，而以感应加热为主。,等离子电弧重熔PAR,一般PAR做成直筒形，炉盖、炉底和炉壳通水冷却。结晶器安在炉膛中间。重熔前，先将炉内抽成真空Ar气为工作气体时，一边进气，一边抽气，并使炉内保持一定压力。PAR采用水冷结晶器，使熔炼和结晶同时进行。重熔和浇注过程不受耐火材料污染，且等离子温度高，可使钢中夹杂物分解，有害元素S、P、Pb、Sb等挥发。,1-重熔金属棒2-等离子枪3-水冷铜结晶器4-铸锭5-熔炼室6-拉锭装置,等离子电子束PEB炉,等离子电子束是用钽制的中空阴极，在低真空下，用Ar等离子弧加热钽极，由钽极发射电子束。从阴极发射出的热电子,电场的作用下高速飞向阳极(金属炉料),使其加热熔化。PEB炉适用于生产活性金属Ti、Zr、Nb、Ta、W等及其合金。,等离子钢包精炼,等离子钢包精炼，是炉外精炼和等离子冶金两项新工艺的有机结合。利用等离子高温、气体稀释、熔池渣洗及电磁搅拌综合精炼作用，能在真空条件下获得真空条件下精炼材料的水平。具有以下技术优势:1)可按需要控制钢包内气氛及等离子工作气体；2)解决了钢包精炼辅助热源；3)工艺灵活，具备SKF功能；4)钢包寿命高，产品适应性广。,等离子技术的新发展,1.等离子熔融还原,等离子技术的新发展,2.活性金属等离子熔炼1)铬的熔炼铬是难以采用真空熔炼的金属，采用等离子熔炼铬，可以脱氧和脱硫。使用的炉子是等离子渣壳熔铸炉PSC，如图所示。,2)钛的熔炼钛是活性金属，通常用真空熔炼法制取钛锭。熔炼工艺有：PAR、PAR+VAR、VAR+VAR。3)锆的熔炼-与钛大致相同4)新型特种合金的熔炼包括：Ti系、Zr系储氢合金，NiTi形状记忆合金，Nb-Ti系超导合金等。,等离子技术的新发展,3.等离子弧制取超细粉末4.连铸中间包加热钢水技术采用等离子加热后，中间包钢液可控制在5以内，使出钢温度降低10-20。,中间包等离子加热的特点如下：1)气氛可调，不污染钢液，可防止二次氧化；2)加热过程简单，温度控制准确，升温速度快；3)促进夹杂物上浮，有助于改善铸坯质量；4)热效率较低，等离子枪寿命短，温度分布不均匀，噪音大。,6.5其它熔炼法(真空电弧、电子束),1.真空电弧重熔VAR（VacuumArcRemelting）将待重熔金属制成自耗电极，在真空下，利用直流电弧作热源，将自耗电极逐渐消熔，熔化金属滴入水冷结晶器内，凝固成锭，熔滴通过5000K的电弧区，在高真空下得到精炼。VAR是将提纯净化、改善铸锭结晶结构集中在一道工序解决。VAR用来熔炼钛、锆、钼、钨等活性金属和难熔金属，也用于熔炼优质耐热钢、不锈钢、工具钢和轴承钢。,1-电流导线2-水冷电极杆3-真空室4-电极夹头5-过渡电极6-接真空系统7-金属自耗电极8-水冷铜结晶器9-稳弧线圈,真空电弧重熔工艺,真空电弧重熔的优缺点优点：(1)熔炼过程不受耐火材料、大气和铸模的玷污；(2)可生产大尺寸、大吨位的金属锭；(3)在水冷结晶器中边熔炼，边凝固成锭，可消除缩孔、偏析和中心疏松等缺陷；缺点：(1)必须制造自耗电极，多了一道工序；(2)锭子为柱状晶，且上部晶粒较大，对压力加工不利。真空电弧重熔工艺一、工艺参数的选择自耗电极合金钢及超级合金电极用铸造或锻造制作；对Ti、W、Mo及其合金采取压制成形。电极直径选择公式：d/D=0.65-0.85（d-自耗电极直径，D-结晶器直径）真空度、漏气率真空度不宜过低或过高，保持在1.3Pa左右即可。重熔合金钢及合金一般要求漏气率E6.7PaL/s；对难熔金属及合金要求E0.4-0.67PaL/