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1、冷坩埚感应悬浮熔炼技术一;D钢铁研究钢铁研究J0I删^L啊m0li椰sll皿I甄蛆匝Vo1.6,NO.4Dee.1994冷坩埚感应悬浮熔炼技术邹敦叙张春福THETECHNoLoGYoFcoLDCRUCIBLEINDUCTIoNLEVITATIoNMELTINGFengDi,LuoHel1.ZouDunxu,ZhangChunfu,r摘要冷坩埚熔炼是被世界各国公认的尖端技术,广泛用于活凌金属,难熔和特种.材料的研究和开发最近这项技术正在发展成为冷坩埚悬浮搏炼技术.钢铁研究总院成功地开发了2.5kg级冷坩埚真空感应悬浮熔炼技术和装备.本文介绍了这一技术的发展过程史背景和实际应用.差蕾
2、调丝:塑量星整蓬疃堕塑堕墼熊,埘喁~Tg-7.?7ABSTRACTColdcruc~lemeltingasahightechnologyiswellknown.Theprocesshasbeenappliedtomeltingreactivemetals.refractoryandraremetals.Recently,theprocesshasbeendevelopingintocoldcruc~leinductionlevltatlonme~mg.Cen—traIIron&Stee1ResearchInstitutehas5UCOeSSiullydevelopedth
3、ecoidcruciblevacu—uminductionlevitationmeltingdeviceandtechniqueswiththecapacityof2.5kg.Thisarticlemtrndu~sthebackground,developmentandpracticalapplicationofthetechnology,KEYWORDScoldcrucible?levitationmelting,inductionmelting?vacuu!nmemllur~y1概述冷坩埚感应悬浮熔炼技术是指将分瓣水冷铜坩埚置于交变电场内,利用电磁力使熔融金属物料与坩埚壁保持
4、非接触状态,并对炉料进行感应熔炼.冷坩埚悬浮熔炼技术(ColdCrucibleLevitationMelting)起源于悬浮熔炼(LevitationMelting)和感应渣熔炼技术(InductionS1agMelting)r2].悬浮熔炼通常是在高频线圈里的无坩埚熔炼,熔体最重仅几10g,而感应渣熔炼由于渣易于混入熔体没有得到工业实际应用.80年代初期,美国Durion公司将感应渣熔炼工艺发展成为感应壳熔炼工艺(InductionSkullMelting).也就是现通称的冷坩埚熔炼工艺.这种进展是在改进感应渣熔炼工艺的实验中得到的[3].为了减少渣对材料的污染和带来的其他问题
5、,研究人员想使用最少的用渣量,实验结果意外地发现,在无渣情况下,熔体也不会造成坩埚瓣间短路,从而提出了感应壳熔炼新工艺.感应壳熔炼与感应渣熔炼工艺的不同在于实现了无渣冷坩埚溶炼.避免熔体与坩埚接触造成短路的条件在于:采用较高的感应频率和较大的功率,坩埚采用合理的尺寸和足够的切缝,特别是分瓣坩埚底部相通连,降低了瓣问电压.坩埚底采用整体结构,不存在瓣问感应电压{I喜姜篆鑫部霎磊;5{藿C,北en京tralI..ron潞晶西嚣;"过高造成打弧短路问题.感应壳熔炼很快地发展成为一种具有实际工业价值的生产方法"].感应壳熔炼存在的问题是坩埚底部为整体结构,不会形成排斥熔体的劳伦兹力,熔体
6、在底部与坩埚接触损失大量热量,形成较厚的凝壳,往往超过总容积的1/3.这种工艺用于多炉次熔炼同种牌号合金时不会遇到问题,但对小批量和多品种合金生产和实验研究十分不理想,特别给多种元素合金化和高熔点材料的熔炼带来困难.近年来,法国A.Gagnoud等提出了冷坩埚悬浮熔炼工艺,郎物料在冷坩埚中于悬浮状态进行熔炼,消除凝壳,用来解决高熔点及活泼金属半工业化生产问题,并可广泛地用于高纯材料,半导体和放射性材料的冶炼.最近,日本N.Demukai等也报道了对玲蚶埚悬浮熔炼中悬浮力和传热行为进行基础性实验的结果.冶金部钢铁研究总院近年来独立地开发了冷坩埚悬浮熔炼工艺和技术,研制成功了2.5k
7、g(以钢料计算)冷坩埚真空感应悬浮熔炼炉,本文将简介这一研究工作.2冷坩埚真空感应悬浮熔炼设备和工艺方案的提出和设计在进行金属间化合物(TiAI,NiAI系)材料研究中,遇到了活泼金属,材料批量小,多元合金化的熔炼问题.采用自耗或非自耗电弧熔炼遇到电极制作和成分均匀化的难题,因此需要一台具有一定容量,操作方便,可频繁,方便启动的活泼金属熔炼装备.这种设备必须综合悬浮熔炼和冷坩埚技术的特点,因此提供了研制冷坩埚真空感应悬浮炉装备和工艺的计划.主要的设计思想和依据取自于感应渣熔炼发展
