來源：新材料在線

前言

人類冶金早已有幾個世紀的歷史。在經歷了電冶金、火法冶金以及濕法冶金等冶金工藝技術的發展后，部分精細化的冶金技術逐漸嶄露頭角。19世紀80年初，真空技術真正用到冶金工業上。時至今日，真空冶金技術應用越來越成熟，從應用鋼鐵處理到有色金屬處理，從粗金屬到高純度金屬。真空熔煉就是真空冶金中重要的一部分。

真空熔煉具有以下特點：

• 能防止稀有金屬受大氣和耐火材料的污染；

• 真空有凈化提純作用，可獲得含氣量低、夾雜少、偏析小、力學性能及加工性能優良的金屬及合金。是獲得高純、高質量金屬材料的最好方法；

• 真空電弧可獲得2000℃以上的高溫，可滿足高熔點金屬的熔煉要求。

通常真空熔煉是基于真空下的進行高溫熔煉之后的提純金屬。真空熔煉的方法具體有：電子束熔煉、真空感應熔煉、真空電弧爐熔煉、等離子爐熔煉。

電子束熔煉

電子束熔煉，也稱為電子轟擊熔煉，是在高真空之下運用一個或者以上陰極電子槍通過發射高能的電子束，將熔物料轟擊，以使電子動能快速轉為熱能，進而熔化爐料，且滴入冷水銅中，從而凝固成錠的熔煉方法。電子書熔煉技術通常適用于熔煉難度高而且要求超高純度的合金或者金屬，是一種極具發展前景的熔煉方法。

優點：

• 高真空度(0.00027-0.027Pa)，使蒸氣壓較高的雜質被除去，如碳、釩、鐵、硅、鋁、鎳、鉻、銅等比精煉前可降低兩個數量級，可得到無氧化物的鉬和鎢，氧可從0.002% 降至 0.0004%- 0.0009%， 氮降至0.004%- 0.008%， 氫含量低于 0.0001%- 0.0002%。

• 熔煉速度和加熱速度可以在較大范圍調節，有利于液態中的碳和氧反應，擴散能力低的雜質能擴散到熔體蒸發去除。

• 功率密度高，可達到104~ 108W／cm2， 熔池表面溫度高、可調；同時，電子束對金屬熔體有攪拌作用。

• 用水冷銅坩堝凝固鑄錠，不被耐火材料污染。

• 可得到很高的溫度，能熔化任何難熔金屬，也可熔化非金屬。

應用：

用于蒸氣壓低（不易揮發）的金屬材料，如鎢、鉬、鉭、鋯以及鈦等，這些材料應用電子束爐熔煉，被公認為是理想的熔煉方法。對于優質合金鋼，特別是鎳基和鈷基合金鋼，電子束爐熔煉也得到了廣泛的應用。

設備商案例：

北京有色金屬研究總院從上世紀70年代末起即自行研制出國內第一臺電子束爐，已具備數十年的技術積累。有研總院屬下的機電設備開發中心，常年專業從事電子束真空熔煉爐的開發和研制工作，至今已生產出數十臺電子束爐，設備遍布于國內各大有色金屬冶煉企業當中，業績斐然。

北京有色金屬研究總院研發的三槍大功率電子束爐

有研總院機電中心擁有專業化的技術團隊和工藝研究團隊，穩定可靠的質量保證及售后服務，種類多樣的研發設備，產品價格優惠，較之國內其他的同行業生產廠家在開發研制電子束熔煉爐上具有不可比擬的優勢。

真空感應爐熔煉

真空感應熔煉是一種在真空條件下利用電磁感應加熱原理來熔煉金屬的金屬工藝制程。在電磁感應過程中會產生渦電流，使金屬熔化。此制程可用來提煉高純度的金屬及合金。

原理：

1. 加熱采用無鐵芯的感應熔煉爐（兩噸以下的真空熔煉爐，通常采用 500~ 4000Hz 的中頻電源，大型電爐多采用三倍工頻或工頻電源）；

2. 熔煉爐裝在一個真空室中，爐料在真空或惰行氣體中熔煉，真空系統采用初級真空泵和增壓泵抽取真空，并由真空閥門和檢測儀表組成，對于采用油增壓泵和羅茨泵并聯的真空系統，其真空度可達0.06Pa；

3. 在水冷條件下，對感應加熱器及結晶器進行冷卻處理；

4. 并在真空條件下，熔煉和澆鑄金屬熔體。

優點：

• 凈化效果好，是熔煉金屬或合金的含氣量低；

• 合金元素的氧化損失小，氧化夾雜少；

• 可以不用覆蓋劑，熔體不易被氧化；

• 能提高金屬或合金的機械性能和塑性成形能力。

應用：

多用于熔煉高強度鋼、超級高強度鋼以及高溫合金。

真空電弧爐熔煉

電弧熔煉是利用電弧放電產生的高溫來熔煉金屬，并在真空條件下，實現熔體的脫氧、雜質揮發和夾雜分解等熔體凈化過程。

產生電弧的電極可以是損耗的(自耗，如鈦等)，也可以是不損耗的(非自耗，如石墨等)。自耗基本過程：金屬電極在直流電弧高溫（5000℃）作用下，迅速熔化、精煉，并在水冷紫銅結晶器內凝固。

優點：

• 真空電弧爐熔煉徹底克服了傳統冶金方法所固有的四大致命缺點：即克服了由爐襯耐火材料、冶金爐渣、爐氣和澆注過程對產品的沾污而能綜合提高金屬質量。

• 在熔煉過程中自耗電極首先以層狀熔化后呈滴狀進入結晶器首先形成熔池，因此使比重輕的非金屬夾雜物自液體金屬中分離升浮達到所謂凈化性提純。

• 具有快速定向程序結晶過程�？墒菇饘俚恼次叟c夾雜物分布均勻以及通過排除到錠子頭部錠冠和錠子表面。

• 在合理的選定工藝參數條件下，特別是供電參數，可以完全消除一般錠常見的固有缺陷��如縮孔、中心疏松、各種典型偏析、裂紋和皮下氣泡等。

• 過程本身的靈活性可用來精煉各種不同物理性能的金屬與合金，原則上可熔煉包括最難熔的金屬鎢在內的任何金屬材料。

應用：

• 難熔活性金屬及其合金如：W、Mo、Ta、Nb、Zr、Hf、Ti和U等。

• 特殊合金、高溫合金和精密合金。

• 特殊不銹鋼和耐熱鋼。

• 重要的結構鋼，特別是大型鑄造用錠。

• 高級滾珠軸承鋼。

• 大斷面高速鋼、工具鋼。

• 高純度有色金屬及其合金。

等離子爐熔煉

等離子爐是利用氣體電離產生的等離子體的能量進行加熱的電爐。用直流電加熱非自耗電極或中空陰極以產生電子束，將通過陰極附近的惰性氣體離解，再以高度穩定的等離子弧從槍口噴到陽極爐料上使之熔化。

優點：

• 溫度高，能量集中，熔化速度快；

• 功率調節方便，工藝適應性好；

• 不完全依靠真空條件，可使爐內充填所需氣體；

• 具有良好的脫氣凈化作用；

• 合金元素的燒損比較小；

• 電壓低絕緣性好

應用：

20世紀60年代發展起來，用于熔煉鎢、鉬、鉭、鈮、鈦、鋯等難熔、活潑金屬，也可熔煉工具鋼、耐熱鋼、耐蝕鋼、高強度鋼等優質鋼。