西安修建科技大学 特种锻炼精品课程 6.等离子熔炼 冶金工程学院 主讲人：崔雅茹 6.1.1 等离子体的熔炼的特色 等离子体 作为高温热源，不只用于焊接、切开、喷涂、化工以及宇 航，并且还用于冶金工业－等离子体熔炼。 等离子熔炼 是使用等离子弧作为热源来熔化、精粹和重 熔金属的一种新式熔炼办法。 20世纪60年代初应用于冶金工业，大多数都用在熔炼高纯度 和特别功能的钢和合金，尤其是高温合金和精细合金。 6.1 等离子熔炼概述 6.1.1 等离子体的熔炼的特色  等离子体熔炼是使用等离子弧作为热源来熔 化精粹和重熔金属的一种新式的熔炼办法。  它可熔炼金属资料，又可熔化非金属资料。  按加热办法能分为等离子电弧炉、等离子 感应炉、等离子电子束熔炼等； 6.1.2 等离子弧的特色 等离子体 是由很多的自由电子、正离子 以及未经电离的气体原子和分子所组成的 混合体，这种混合体所带的正、负电荷的  温度高； 总和是持平的，并表现出团体行为的一种  导电才能强； 准中性气体。因为它的物理化学性质与一  流速高； 般气体、液体和固体不同，故有物质第四  焚烧安稳； 态之称。 尽管等离子体在电的性质方面呈中性， 可是在外电场的效果下却具有十分杰出的导电 性、导热性，一起又是一个高温热源。 6.1.3 等离子熔炼的优越性  熔化速度快，热效率高  去除气体和非金属夹杂物较充沛  合金元素烧损小  作业电流、电压安稳  可以在不同的气氛、压力下作业  可造渣精粹  防止增碳的可能性  元素蒸发量较小、可使金属渗氮  设备较简略，易于调理温度  重熔炉料的规模较广 6.2 等离子熔炼的类型 PAM 结构 等离子电弧炉 等 离子 电弧熔炼 PAR 差异 等离子电弧重熔炉 热源 等离子 等离子 PIM 熔炼 感应炉熔炼 不同 等 离子 PER 电子束熔炼 窥探孔 加料器 等 离 子 感 等离子枪 应 等离子弧 炉 的 感应加热 炉 线圈 体 结 坩埚 构 炉底电极 喷枪 窥探孔 操作孔 密 密封用石棉绳 炉盖 封 式 等 铈钨电极 离 子 辅佐电极 出钢口 电 电弧 弧 电磁拌和线圈 炉 液态金属 电熔镁砂炉衬 水冷阳极 等离子感应炉 1-等离子枪； 2-窥探孔； 3- 出钢口； 4-感应线-等离子喷嘴 10-合金加料漏斗 等离子电弧炉 1-等离子枪； 2-炉盖； 3-辅佐阳极； 4- 出钢口； 5-拌和线-炉门； 11-金属液； 12-渣液； 等离子电弧重熔 1-等离子枪； 2- 密封圈； 3-料棒； 4-金属熔池； 5-金属锭； 6-抽锭体系； 7-线-结晶器 等离子电弧重熔 6.3 等离子电弧炉的开展  四支枪等离子电弧炉 德国Freital厂研发了容量为 35t，变压器容量为20MW，炉 壁四周安装了4支等离子枪的等 离子炼钢电弧炉，作业电流为 10kA，作业电压为300~450V； 为操控弧长，等离子枪可作轴 向运动。 德国Freital厂等离子电弧炉 1 －阴极；2 －等离子枪；3 －等离子弧； 4 －阳极 6.3.1 等离子感应炉（PIF） 等离子感应炉是由感应炉和等 离子炉喷枪联合组成的一种新式 熔炼设备。 等离子热源提高了炉子的热效 率和熔化速度，渣池温度高达 1850℃，为下降金属中的硫含量 发明了条件。 高温热源克服了AIM法内熔渣 等离子感应炉 温度低，反响才能差的缺乏。 1－合金料斗；2 －等离子枪；3 －窥探孔； 4 －出钢口；5－熔池； 6－感应加热线－炉底电极 等离子感应炉的特色  等离子感应炉通常在常压条件下作业，也可以在 负压下作业。  可操控炉内气氛，使之在慵懒气氛、复原气氛下 作业。  可以直接进行有渣或无渣操作。当熔炼工艺需求选用 有渣操作时，可完结脱硫、脱氧、脱碳等使命； 6.3.3 等离子弧重熔（PAR） 在慵懒气氛或许可控气氛中，使用等离子弧来熔炼金属的 特种熔炼办法。重熔过程中，被熔化的金属熔滴穿过熔渣层， 在结晶器内凝结。  被重熔的金属可所以棒料，也可所以块料。 重熔过程中能操控熔炼室的气氛和压力，有利于重熔含 有易挥发元素的钢与合金； 等离子弧的高温，重熔时可采纳造渣精粹，有利于脱硫反 应地进行； 与电渣重熔法比较，去气（氢、氮）的才能较强。并且在 重熔含有Ti、Al元素较高的钢与合金时，化学成分简单操控。 6.3.4 等离子电子束重熔（PEB） 1 -2  在10 ~10 mmHg （13.33~1.33Pa）的低真空下作业。通入高 纯Ar吹入空心阴极，在高频电弧下，空心阴极内的气体分子 和原子被电离，因此构成低压等离子体。  使用等离子体的阳离子来炮击阴极的内外表，使阴极的温 度高达2400K 。 阴极在此高温下发生热电子发射，此刻阴极周围的电子密度 敏捷添加，构成一个密布的热电子流，炮击被熔化的金属炉料 或金属熔池。 温习思考题  什么是等离子体？  简述等离子弧的特色。  等离子熔炼的类型有哪些？各有何特色？  简述等离子弧重熔的特色。

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