特種電冶金工藝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

楊亮

摘 要 近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的拓寬，金屬材料重新成為生產(chǎn)生活中的重要材料，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)金屬材料有著不同的性能要求。金屬材料特殊的用途使得在應(yīng)用的過(guò)程中可能需要通過(guò)相應(yīng)的冶金工藝來(lái)完成，傳統(tǒng)的熔煉工藝在特殊金屬的提煉上存在著技術(shù)局限性，往往難以滿足實(shí)際的應(yīng)用需求，在技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，特種電冶金工藝逐步發(fā)展起來(lái)。基于此，本文分析了冶金行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中特種電冶金工藝的技術(shù)發(fā)展及其具體應(yīng)用，有利于帶動(dòng)整個(gè)冶金行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

關(guān)鍵詞 特種電冶金工藝;技術(shù)發(fā)展;應(yīng)用

1 真空冶金工藝的發(fā)展與應(yīng)用

在冶金領(lǐng)域，真空冶金逐漸成為一種熱門冶金工藝。真空冶金通常指的是處于0.01～50Pa的真空度范圍內(nèi)的冶金工藝。在當(dāng)前，隨著超級(jí)合金應(yīng)用范圍的擴(kuò)大、難熔合金的出現(xiàn)，真空冶金工藝得到了一定的發(fā)展。

1.1 分隔式真空感應(yīng)熔煉VIDP

在二十世紀(jì)九十年代初期，德國(guó)就開發(fā)出了真空分隔式感應(yīng)熔煉爐，這種熔煉爐的出現(xiàn)集熔化、精煉、合金化、脫氣與澆鑄功能于一身。在真空分隔式感應(yīng)熔煉爐的使用過(guò)程中，真空感應(yīng)熔煉室、合金裝料室與鑄錠室的連接是經(jīng)由真空管道與真空閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)這種連接處理，使得真空室的容積加以有效縮小，利用蒸汽噴射泵，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒婵諣顟B(tài)，進(jìn)而具有更強(qiáng)的脫氣能力[1]。

1.2 冷坩堝感應(yīng)懸浮熔煉

這種冶金工藝是近年來(lái)隨著冶金行業(yè)的發(fā)展而逐步出現(xiàn)的，在此工藝下，通過(guò)不同頻率分段感應(yīng)，在上部與下部分別采用高頻率加熱爐體與低頻率，最大的懸浮熔煉能力甚至超過(guò)了10kg，其構(gòu)成如圖1所示，由于此工藝下處于真空條件下，因此也歸于真空冶金工藝的范疇內(nèi)。

在冷坩堝熔煉工藝應(yīng)用中，涉及的工藝參數(shù)非常多，比如，坩堝形狀與材料、縫隙大小、內(nèi)冷卻方式等都是需要關(guān)注的重點(diǎn)參數(shù)，為達(dá)到良好的工藝應(yīng)用效果，相關(guān)人員在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)各種技術(shù)參數(shù)加以科學(xué)選擇。一般情況下，大型冷坩堝主要為平底直筒式，這種形式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)制造費(fèi)用的控制，但與此同時(shí)也會(huì)使得在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中存在較大的凝殼殘留。如果是小型的坩堝則適宜采用拋物面爐底，這種條件下，為物料攪拌提供了便捷，也使得熔體懸浮力逐步增大，通過(guò)分瓣水量的增加能夠起到抑制電磁場(chǎng)的作用。但是，如果分瓣過(guò)多也會(huì)加劇坩堝制造的復(fù)雜性，不利于結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度的實(shí)現(xiàn)，分瓣維持在18～24之間最佳。在分瓣縫隙的控制方面，應(yīng)盡量從縫隙絕緣性的實(shí)現(xiàn)、清理的便捷性出發(fā)。

冷坩堝熔煉工藝的不斷發(fā)展過(guò)程中，技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鈦、鎳、鉻等金屬材料的熔煉方面，不僅僅能夠在熔煉過(guò)程中發(fā)揮其工藝優(yōu)勢(shì)，還可以在多種金屬化合物熔煉中發(fā)揮其重要的作用，比如，鎳鋁合金、鎳鈦記憶合金等[2]。

2 等離子熔煉技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

2.1 等離子熔煉技術(shù)的發(fā)展

等離子熔煉技術(shù)同樣屬于特種電冶金工藝中的一種，其技術(shù)原理是等離子電弧會(huì)伴隨著熱能的出現(xiàn)，由此熱能來(lái)完成金屬的熔煉處理。從當(dāng)前等離子熔煉技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，在特殊鋼、超低碳不銹鋼與高溫合金等的熔煉中有著良好的應(yīng)用效果。在18世紀(jì)的中后期，世界就已經(jīng)出現(xiàn)了電弧熔煉方式，隨著技術(shù)的日益成熟，等離子熔煉逐步取代了電弧熔煉，技術(shù)優(yōu)勢(shì)日益凸顯，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。

2.2 等離子熔煉技術(shù)的具體應(yīng)用

通常情況下，等離子熔煉主要包含了一次熔煉與二次熔煉兩種方式，前者在應(yīng)用的過(guò)程中主要是將廢鋼與鐵合金或者其他的塊狀粗級(jí)金屬作為熔煉原料，在耐火材料坩堝中進(jìn)行金屬液的熔煉;而后者主要是對(duì)應(yīng)用其他熔煉方法初煉的金屬或者合金用等離子金屬電弧實(shí)施二次熔煉的過(guò)程，在這種工藝下，熔煉以后的金屬需在水冷結(jié)晶器中加以凝固成錠[3]。與其他類型的特種電冶金工藝相比，這種等離子熔煉技術(shù)的應(yīng)用范圍十分有限，主要是由以下因素所造成的：①如果要應(yīng)用等離子熔煉工藝，前期的設(shè)備投入非常多，且這些設(shè)備都為特殊的設(shè)備，設(shè)備成本相對(duì)較高，在后期工藝的應(yīng)用過(guò)程中對(duì)各種材料的消耗量也相對(duì)較大。②等離子槍的使用壽命相對(duì)較短，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，為保障熔煉工藝的有效應(yīng)用，相關(guān)人員需定期進(jìn)行等離子槍的更換。

等離子冶金工藝的應(yīng)用中，等離子弧是主要的冶金熱源，雖然當(dāng)前的應(yīng)用規(guī)模有限，但是在具體的應(yīng)用過(guò)程中卻具有突出的優(yōu)勢(shì)：①能量相對(duì)集中，且溫度較高，離子流速度很快，在熔煉過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)快速升溫與反應(yīng);②在高溫狀態(tài)下，高速等離子流能夠?yàn)闅?固-液相反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件;③離子狀態(tài)下的氣體，使得在熔煉的過(guò)程中能夠發(fā)揮較好的反應(yīng)活性優(yōu)勢(shì);④熔煉過(guò)程中的電弧始終處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的噪音相對(duì)較小。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，在我國(guó)冶金行業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，冶金工藝也日益進(jìn)步，尤其是特種電冶金工藝的出現(xiàn)更是為特殊金屬的熔煉提供了便捷，在未來(lái)，這些特種電冶金工藝將有著廣闊的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

[1]黃欽敏.淺談?dòng)猩苯鸬募夹g(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].商品與質(zhì)量，2018 （26）：237.

[2] 王凱，何明，王強(qiáng)，等.電磁冶金新技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].鞍鋼技術(shù)，2015（4）：1-7.

[3] 許德劍.淺談電渣冶金工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].納稅，2017（30）：177.