真空感应熔炼(VIM)冶金法

Posted 2021-04-15 金属材料的世界

真空感应熔炼，Vacuum induction melting，简称为VIM，指在真空条件下，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冶金方法。VIM工艺具有熔炼室体积小，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、准确控制合金成分等特点。由于以上特点，VIM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工序之一。

VIM简图

△真空感应熔炼炉结构简图（1-真空系统；2-翻炉机构；3-加料机构；4-坩埚；5-感应器；6-取样和捣料装置；7-测温装置；8-可动炉体）

工艺过程

1.真空泵不停工作，将空气及气态产物抽取走，保持真空环境。

真空环境的优点：

①容易将溶于钢和合金中的氮、氢、氧和碳去除到远比常压下冶炼为低的水平。

②对于在熔炼温度下蒸气压比基体金属高的杂质元素(铜、锌、铅、锑、铋、锡和砷等)可通过挥发去除。

③合金中需要加入的铝、钛、硼及锆等活性元素的成分易于控制。

2.在真空条件下，利用交变电流作用到感应线圈产生交变磁场，交变磁场在炉料上感应出交变的电流——“涡流”，炉料被“涡流”加热并熔化为液态，达到冶炼金属的目的。

电磁感应加热的优点：

①无需电弧加热所需的石墨电极，杜绝了电极增碳的可能，可以熔炼含碳量极低的钢与合金。

②熔池中存在一定强度的电磁搅拌，可促进钢水成分和温度均匀，钢中夹杂合并、长大和上浮。

③熔池比表面积小。熔炼过程中容易控制气氛，无电弧及电弧下高温区，合金元素烧损少、吸气少，有利于成分控制、气体含量低和缩短熔炼时间。

④烟尘少，对环境污染小。熔炼过程中基本无火焰，也无燃烧产物。

经真空感应熔炼的金属材料可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能，高温蠕变性能以及磁性合金的磁导率等多种性能。

操作重点

①原材料的准备要精细

真空感应炉冶炼所用原材料的化学纯度、清洁度、块度和干燥程度要符合技术要求。炉料要精、准备要细致。

②保持熔化过程顺利进行

炉料的熔化速度应逐步加快，加热功率逐步升高，保证炉料顺利熔化、充分脱气。熔化中后期可适当增大加热功率、加快熔化速度缩短熔化时间。

③控制钢液沸腾强度，发挥沸腾的精炼作用

熔化末期和精炼初期应充分发挥沸腾的脱氧、脱氮、脱氢和去除夹杂物的作用。但是，应通过用氩气调控其沸腾强度，减轻对坩埚的冲刷和防止钢液外溢事故。

④各个时期要保持高的真空度

装料完毕合炉后要抽至高真空度≤10Pa方可送电加热。熔化之前应保持较高的真空度。

精炼期应保持高温、高真空，完成脱氧和去除有害杂质。

合金化期应在高真度下充入氩气，以减少易氧化元素的氧化损失。

⑤合金化期要充氩降温加入易氧化元素

在真空度为1.0~0.5Pa时，向炉内充人氩气。停电降温加入合金元素，熔化后立即搅拌钢液，使合金元素分布均匀。

⑥合金化末期的加镁操作

加镁时要严格按照加镁工艺的规定进行操作。在炉型、冶炼工艺、加镁条件确定后，应严格按照规定的氩气压强、钢液温度、保持时间进行操作。

⑦实行中温浇注

钢液的出钢温度、浇注温度关系到成品的冶金质量。浇注温度应控制在液相点以上50~80℃。中温浇注可以降低钢锭缩孔深度，获得致密的钢锭，提高成材率。

☞ 相关阅读：