钢铁人必看,真空感应炉熔炼百问百答

钢铁人必看，真空感应炉熔炼百问百答可真空感应炉熔炼是在真空条件下，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，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、准确控制合金成分的特点。

由于以上特点，现已发展为特殊钢、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设备。

1、什么是真空？某密闭容器里面，由于气体分子数目减少，气体分子作用于单位面积上的压强降低，此时该容器内部压强低于常压，这种比常压低的气态空间就称”真空”。

2、真空感应炉的工作原理？主要是应用电磁感应的作用，在金属炉料本身产生电流，再依靠金属炉料本身的电阻，按照焦耳——楞次定律，将电能转换为热能，用以熔炼金属。

3、真空感应炉的电磁搅拌是如何形成的？坩锅中的熔融金属在感应圈产生的磁场中产生电动力，由于集肤效应，熔融金属产生的涡流与感应圈中通过的电流方向相反，产生相互排斥作用；熔融金属受到的排斥力始终指向坩锅的轴线方向，熔融金属也被推向坩锅的中心；又由于感应圈是短线圈，两头有短部效应，所以在感应圈两头相应电动力变小，电动力分布为上下两头小，中间大。

在这种力作用下，金属液首先从中部向坩锅轴线运动，到中心后分别向上和向下流去，此种现象不断的循环下去，便形成金属液体的激烈运动。

实际冶炼时可以清除看到金属液在坩锅中心部分向上隆起，上下翻腾的现象，这就是电磁搅拌。

4、电磁搅拌有何作用？①可以加速熔炼过程中的物化反应速度；②使被熔融金属液成分均匀；③坩锅内金属液温度趋于一致，导致熔炼中反应彻底完成；④搅拌的结果克服了自身静压力的作用，把坩锅深处的融解气泡翻到液面上来，便于气体排出，减少合金的气体夹杂含量。

⑤猛烈搅拌增强金属液对坩锅的机械冲刷，影响坩锅寿命；⑥加速坩锅耐火材料在高温下的分解，构成对熔融合金的再次污染。

5、什么是真空度？真空度表示低于一个大气压的气体的稀薄程度，常用压强表示。

6、什么是漏气率？漏气率指真空设备封闭后单位时间内的压力增高量。

7、什么是集肤效应？集肤效应指交流电通过导体（冶炼中指炉料）时，在导体截面上出现电流分布不均匀现象，越靠导体表面电流密度越大，越向中心部位电流密度越小的现象。

8、什么是电磁感应？交变电流通过导线，在其周围产生交变磁场，而把封闭导线放在变化的磁场中，导线内又会产生交变电流。

这种现象称为电磁感应。

9、真空感应炉漏气度计算公式？P2-P1E = ————(Pa/min)△t10、真空感应炉冶炼的优点有哪些？①没有空气和炉渣污染，冶炼的合金纯净，性能水平高；②真空下冶炼，创造了良好的去气条件，熔炼出的钢和合金气体含量低；③真空条件下，金属不易氧化；④原料带入的杂质（Pb、Bi等）在真空状态下可以挥发一部分，使材料得到提纯；⑤真空感应炉冶炼时，可以用碳脱氧，脱氧产物是气体，合金纯度高；⑥能准确的调整和控制化学成分；⑦可以使用返回料。

11、真空感应炉冶炼的缺点有哪些？①设备复杂，价格昂贵，投资大；②维修不方便，冶炼费用高，成本比较高；③冶炼过程中坩埚耐火材料污染金属；④生产批量小，检验工作量较大。

12、真空泵的主要基本参数和含义是什么？①极限真空度：真空泵进气口封死情况下，经长时间抽空所能获得的最低压强稳定值（即能获得最高稳定的真空度），称泵的极限真空度。

②抽气速率：泵在单位时间内所抽出的气体体积称为真空泵的抽气速率。

③最大出口压强：真空泵正常工作时，在排气口处排出气体的最大压强值。

④前置压强：为保证真空泵安全运转，在泵的排气口处所需维持的最大压强值。

13、如何选择合理的真空泵组系统？①真空泵的抽气速率与一定的真空泵入口压强相对应；②机械泵、罗茨泵、油增压泵不能直接向大气排气，必须依靠前级泵建立并维持规定的前置压强，才能正常工作。

14、为什么在电器回路中要加入电容器？由于感应圈和金属炉料之间距离很大，漏磁非常严重，有用磁通很少，无功功率大，因此在电容性电路上，电流超前于电压，为抵消电感的影响，提高功率因数，必须在回路中并入适当数量的电容器，使电容与电感发生并联谐振，从而提高感应圈功率因数。

15、真空感应炉的主体设备有几部分？熔炼室、浇注室、真空系统、电源系统。

16、冶炼过程中对真空系统的维护事项？①真空泵油质、油位正常；②过滤网倒换正常；③各隔离阀门密封正常。

17、冶炼过程中对电源系统的维护事项？①电容器冷却水温度正常；②变压器油温正常；③电缆冷却水温正常。

18、真空感应炉熔炼对坩锅有哪些要求？①有高的热稳定性，避免急冷急热产生裂纹；②有高的化学稳定性，防止耐火材料对坩锅污染；③有足够高的耐火度和高温结构强度，用来承受高温和炉料冲击；④坩锅应有高的致密度和光滑的工作表面，以减少坩锅与金属液接触的表面积，降低金属残渣在坩锅表面附着程度。

⑤具有高的绝缘性；⑥烧结过程中体积收缩小；⑦有较低的挥发性和良好的抗水化性；⑧坩锅材料有较小的放气量。

⑨坩锅材料资源丰富，价格低廉。

19、如何提高坩锅的高温性能？①降低MgO砂中CaO及的含量和CaO/ SiO2的比值，以减少液相量和提高产生液相的温度。

②提高晶体晶粒的稳定性。

③使烧结层达到良好的再结晶状况，以减小气孔率，减小晶界宽度，并形成镶嵌结构，构成固相与固相的直接结合，从而降低液相的有害作用。

20、如何选择合适的坩锅几何尺寸？①坩锅壁厚一般为坩锅（成型）直径的1/8～1/10；②钢液占坩锅容积的75％；③R 的角度为45°左右；④炉底厚度一般为炉壁的1.5倍。

21、打结坩锅常用的粘合剂有哪些？①有机物：糊精、纸浆废液、有机树脂等；②无机物：水玻璃、卤水、硼酸、碳酸盐、粘土等。

22、打结坩锅的粘合剂（H3BO3）有什么作用？硼酸（H3BO3）在一般情况下，经300℃以下加热，即可脱去全部水分，称为硼酐（B2O3）。

①在不高的温度下，部分MgO、Al2O3可以溶入到液态的B2O3中形成一系列过渡产物，加快了MgO·Al2O3的固相扩散从而促进了再结晶，使坩锅烧结层在较低的温度下开始形成，从而降低了烧结温度。

②靠硼酸在中温的熔化和粘结作用，增厚半烧结层，或增加二次烧结前坩锅的强度。

③在含过CaO的镁砂中，靠粘结剂来抑制850℃以下的2CaO·SiO2发生晶型变化。

23、坩锅有几种成型方式，各是什么？2种方式。

①炉外预制；将坯料（电熔镁、或铝镁尖晶石耐火材料）按一定粒度配比和选择合适的粘合剂混合后，在坩锅模内通过震动、等静压过程成型、坩锅坯体经烘干处理，在高温隧道窑内其最高烧成温度≥1700℃×8h焙烧加工成预制坩锅。

②炉内直接捣打；在合适的粒度配比中加入适量的固态粘合剂，如硼酸等，混合均匀后，采用捣固以达到致密充填，烧结时靠各部分温度不同，形成不同的组织结构。

24、坩锅的烧结结构分几层，是如何形成的，对坩锅质量有何影响？坩锅烧结结构分为三层，烧结层、半烧结层和松散层。

烧结层：烤炉时粒度发生再结晶，除低温端有中等砂粒度，其余完全看不出原来的配比，而呈现均匀细致的结构，晶界很窄，杂质重新分布在新晶界上。

烧结层是位于坩锅壁最里面的一层坚硬壳体，它直接与被熔炼金属接触，直接承受各种力作用，所以这一层对坩锅是十分重要的。

松散层：烧结时靠近绝热层部分温度低，镁砂既不能烧结，也不能被玻璃相粘结，处于完全松散状态。

这一层位于坩锅的最外面，所起作用有：第一，因为这一层结构松散，热传导能力差，使从坩锅内壁往外传出的热量少，减少热损耗，起到保温作用，提高坩锅内热效率；第二，松散层又是保护层。

因为烧结层已成壳体，直接与液态金属接触，容易产生裂纹，一旦它产生裂纹，熔融液态金属要从裂纹中向外渗出，而松散层由于结构疏松，不易产生裂纹，从里层渗出的金属液被他给挡住，对感应圈起到保护作用；第三，松散层还是一个缓冲区。

因烧结层已成坚硬壳体，受热和冷却时，重要产生总体体积膨胀和收缩现象，由于松散层结构疏松，对坩锅体积变化起到缓冲作用。

半烧结层（亦称过渡层）：位于烧结层和松散层之间，分为两部分，靠近烧结层部分，杂质熔化并重新分布或粘结镁砂粒，镁砂发生部分再结晶，大砂粒显得特别密集；靠近松散层部分，靠近松散层部分完全由粘合剂粘合在一起。

半烧结层兼有烧结层和松散层作用。

25、如何选择烤炉工艺制度？①最高烤炉温度：打结坩锅绝热层厚度在5～10mm时，对电熔镁砂来说，1800℃烤炉时，烧结层只占坩锅厚度的13~15%。

2000℃烤炉时占24～27％，从坩锅高温强度考虑，烤炉温度高一些为好，但不易过高，大于2000℃由于氧化镁升华或由于氧化镁被碳还原，以及氧化镁激烈再结晶，形成蜂窝状结构。

因此最高烤炉温度应控制在2000℃以下。

②升温速度：升温初期，为了有效的去除耐火材料中的水分，应充分的预热，一般在1500℃以下升温速度要缓慢；炉温达到1500℃以上时电熔镁砂开始烧结，这时应采用大功率，以快速升温至预计最高烤炉温度。

③保温时间：炉温达到最高烤炉温度后，需要在该温度下进行保温，保温时间根据炉型和材质有所不同，如电熔镁小坩锅15～20min，电熔镁大、中坩锅30～40min。

因此，将烤炉时的升温速度和最高烘烤温度下的烘烤时间归纳为：低温慢速烘烤、高温快速烧结，具有一定保温时间作为一条基本经验来掌握。

26、为什么要进行洗炉？坩锅经烘烤后：①烧结层晶界上有大量液相，熔炼时会有一部分进入钢液；②坩锅表面孔隙多，气体和不净物也多；③烧结后降温速度很快，相当数量固熔于方镁石晶粒或玻璃相中的高熔点杂质来不及析出，烧结层未达到最好状态；④炉口和出钢咀部位温度较低。

27、真空下金属液与坩锅耐火材料有哪些反应？①真空状态下，①耐火材料中的氧化物会发生分解反应：MgO（固）＝Mg（气）＋1/2O2（气）AL2O3（固）＝2AlO（气）＋1/2O2（气）SiO2（固）＝SiO（气）＋1/2O2（气）②金属液与耐火材料发生下列反应：Fe（液）＋MgO（固）＝Mg（气）＋[FeO]Fe（液）＋SiO2（固）＝SiO（气）＋[FeO]③随着压强降低，金属液中C的还原能力增加，由于C的还原作用，使坩埚耐火材料受到侵蚀，发生如下反应：MgO（固）＋[C]=Mg（气）＋CO（气）AL2O3（固）＋3[C]=2【Al】＋3CO（气）SiO2（固）＋2[C]=[Si]＋2CO（气）④另外，金属液中的其它元素也有还原作用，如下：MgO（固）＋[Si]=Mg （气）＋SiO（气）SiO2（固）＋[Ti]=[Si]＋TiO2（气）28、坩锅干法打结需要注意些什么？①先检查感应圈绝缘情况，水冷系统是否正常；②打结工具清洁，无锈、无脏物；③坩埚铁皮（石磨芯）座正，与底部垂直，外部包几层黄板纸，易于拔出；④炉底高度必须再感应圈最底匝以上；⑤坩埚底部与炉壁过渡处注意打结质量，防止产生裂纹；⑥每层打结前，前一层必须用钢钎划松3～5mm，再加料打结，防止分层和减少粒度偏析。