等离子熔炼等离子熔炼等离子熔炼及其特点等离子枪的电极材料和等离子工作气体等离子熔炼的类型等离子体是一种强有力的高温热源，它不仅广泛地用于焊接、切割、喷涂、化工以及宇航事业的某些试验，而且还用于冶金工业－等离子体熔炼。等离子熔炼利用等离子弧作为热源来熔化、精炼和重熔金属的一种新型熔炼方法。上世纪60年代初应用于冶金工业，大多数都用在金属材料的精炼以及熔炼高纯度和特殊性能的钢和合金，尤其是高温合金和精密合金。1.1等离子体的产生及其分类在一般条件下，气体是中性质点，并不导电。气体粒子是由分子和原子所组成，而气体的原子则是由原子核和电子构成。原子核和电子之间靠静电引力的作用结合在一起，形成中性原子。当给气体原子的外层电子以一定的能量时，则外层电子便会脱离原子核的吸引变成为自由电子，而原子则变成正离子。等离子体就是由大量的自由电子、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、负电荷的总和是相等的，并表现出集体行为的一种准中性气体，也能说它是物质在高温或特定的激励下的一种物质状态。由于它的物理化学性质与一般的气体、液体和固体不同，故有物质的第四态之称。虽然等离子体在电的性质方面呈中性，但是在外电场的作用下却拥有非常良好的导电性、导热性，同时又是一个高温热源。为了获得等离子体，必须供给一定的能量使气体电离。对于不同的气体，电离时供给的能量也不同。常用气体电离的电位气体的电离电位越高，电离时所需供给的能量也越大。为了使气体电离，能够使用以下方式供给气体能量：用加速到一定的速度的粒子撞击中性气体粒子;用一定波长的光照射中性气体粒子；将气体加热到一定的温度，使气体产生热电离。当电流通过电弧柱时，就像通过一般的电阻一样，会产生热量，这个热量可把气体加热到很高的温度，而使它产生热电离。气体种类HeAr电离电位（V）24.5915.7614.5013.50等离子体的分类根据温度和压力的不同，等离子体可分为高温等离子体、低温等离子体、高压等离子体和低压等离子体等。高压等离子体的压力可达几个到几百个大气压；而低压等离子体的压力，常为一个大气压或低于一个大气压。高温与低温等离子体的特性目前工业上应用的是低温、低压等离子体，而产生等离子体的方法主要有电弧法和高频感应法。类型电离度d导电性高温等离子体低温等离子体10～10510～310510～610很高较高一般1.2等离子体发生器转移型中空阴极型电弧等离子枪高频等离子枪等离子体发生器非转移型等离子发生器：是将气体加热到离子化的一种设备，有称等离子枪。转移型与非转移型电弧等离子枪的工作原理非转移型等离子枪有阴阳两极组成，阴极是钨棒，或表面敷有ThO钍钨电极），阳极是水冷的铜喷嘴。非转移型等离子枪工作时，先用其他的电源在阴极与阳极之间触发电弧，即通电后，阴极由于受到正离子的撞击而被加热，因温度高而不断发射出电子，由于电场的加速作用而又使这些电子不断射向阳极。这些电子在射向阳极的途中又不断撞击其他的气体原子，并使之电离，由此产生等离子体。同时连续送入的工作气体穿过电弧空间之后，成为从喷嘴喷出的高温等离子焰流动。当等离子体离开喷枪的喷嘴之后，其中的正离子和自由电子随即复合为气体的原子和分子，并放出原先在电弧中所吸收的能量。转移型与非转移型电弧等离子枪的工作原理a－非转移型电弧等电子枪；ｂ－转移型电弧等电子枪1－被加热材料；2－等离子焰；3－电弧；4－电弧等离子流；5－水冷喷嘴；6－阴极1.3等离子弧的特点等离子弧与普通电弧都是等离子体，但是只将压缩了的电弧称之为等离子弧。等离子弧具有以下特点：温度高等离子弧形成时受到喷嘴器壁的机械压缩作用，本身电流产生磁收缩以及本身的热收缩等效应的影响，弧柱为细束形状，当大电流通过，能量高度集中。炼钢电弧炉的电弧最高温度，5000～6000K,Ar气为工作气体等离子弧温度，24000～26000K导电能力强通常气体是很好的绝缘体，由中性的原子或分子构成。但当气体电离形成等离子体以后，含大量的带电粒子，使之在外电场的作用下，显示出很强的导电能力。等离子弧的弧柱具有较高的电场强度。普通电弧弧柱的电场强度一般很少超过10V/cm；而等离子弧柱电场强度通常为10～100V/cm。10流速高当工作气体在喷嘴孔道中被加热到很高温度，体积剧烈膨胀。当等离子流喷出时，以极高的速度射向被熔化的金属。Ar弧等离子流射出时，100～500m/s。燃烧稳定由于气流的稳定作用，加之弧柱的密度大，等离子弧具有较强的稳定性。111.5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分合金元素烧损少工作电流、电压稳定避免增碳的可能性可造渣精炼121.5.1等离子电弧炉（PAF）1962年美国联合碳化物公司建成了一台功率为120KW，容量为140kg的等离子电弧炉，它是世界上最早出现的等离子电弧炉。至今，前苏联、美国、德国、日本、奥地利、英国和中国等国家，都建了砌有耐火材料炉衬的等离子电弧炉。为了加热钢水，已然浮现了等离子弧钢包加热的设对于非密封式的等离子电弧炉，要造成少数的熔渣附睾金属液面，以防止氧化、吸气等。若有脱硫任务时，可造碱性炉渣，还可采用换渣操作，以使硫达到合格范围。等离子电弧炉1－喷枪；2－炉盖；3－辅助阳极；4－出钢槽；5－电磁搅拌设备；6－耐火材料；7－炉底阳极；8－铈钨极；9－等离子弧；10－炉门；11－金属液；12－熔渣131.5.2等离子感应炉（PIF）等离子感应熔炼法是近年来发展起来的一种十分有竞争能力的特种熔炼方法，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型熔炼设备。由于增加了一个等离子热源，提高了炉子的热效率和熔化速度，同时还可采取有渣熔炼，并使渣池温度高达1850左右，形成高温、活泼的熔渣，为降低金属中的硫含量创造了条件。由于高温热源的存在，克服了非真空感应炉内熔渣温度低，反应能力差的不足之处。等离子感应炉1－合金加入的漏斗；2－等离子枪；3－窥视孔；4－出钢口；5－金属溶液；6－感应加热线等离子弧重熔（PAR）等离子弧重熔法是在惰性气氛或者可控气氛中，利用等离子弧来熔炼金属的特种熔炼方法，也能说是一种金属的重熔工艺。重熔过程中，被熔化的金属熔滴穿过熔渣层，在结晶器内凝固。它与真空自耗电弧重熔和电渣重熔一样，边熔炼、边结晶，即金属的熔炼与浇注一起进行。被重熔的金属可以是棒料，也可以是块料。当采用棒料时，等离子弧直接射向棒料而使它熔化。15单枪操作的等离子弧重熔炉多枪操作的等离子弧重熔炉1－等离子枪；2－绝缘密封圈；3－料棒；4－金属熔池；5－金属锭；6－抽锭系统；7－线－熔池；4－排气孔；5－电源；6－料棒连杆；7－炉膛；8－等离子枪；9－等离子弧；10－观察孔；11－结晶器；12－金属锭；13－抽锭杆