特種電冶金工藝技術的發展與應用

楊亮

摘 要 近年來，隨著經濟的發展和產業領域的拓寬，金屬材料重新成為生產生活中的重要材料，在不同的應用領域，對金屬材料有著不同的性能要求。金屬材料特殊的用途使得在應用的過程中可能需要通過相應的冶金工藝來完成，傳統的熔煉工藝在特殊金屬的提煉上存在著技術局限性，往往難以滿足實際的應用需求，在技術發展的過程中，特種電冶金工藝逐步發展起來。基于此，本文分析了冶金行業發展的過程中特種電冶金工藝的技術發展及其具體應用，有利于帶動整個冶金行業的穩步發展。

關鍵詞 特種電冶金工藝;技術發展;應用

1 真空冶金工藝的發展與應用

在冶金領域，真空冶金逐漸成為一種熱門冶金工藝。真空冶金通常指的是處于0.01～50Pa的真空度范圍內的冶金工藝。在當前，隨著超級合金應用范圍的擴大、難熔合金的出現，真空冶金工藝得到了一定的發展。

1.1 分隔式真空感應熔煉VIDP

在二十世紀九十年代初期，德國就開發出了真空分隔式感應熔煉爐，這種熔煉爐的出現集熔化、精煉、合金化、脫氣與澆鑄功能于一身。在真空分隔式感應熔煉爐的使用過程中，真空感應熔煉室、合金裝料室與鑄錠室的連接是經由真空管道與真空閥門來實現的，通過這種連接處理，使得真空室的容積加以有效縮小，利用蒸汽噴射泵，能夠在極短的時間內轉變為高真空狀態，進而具有更強的脫氣能力[1]。

1.2 冷坩堝感應懸浮熔煉

這種冶金工藝是近年來隨著冶金行業的發展而逐步出現的，在此工藝下，通過不同頻率分段感應，在上部與下部分別采用高頻率加熱爐體與低頻率，最大的懸浮熔煉能力甚至超過了10kg，其構成如圖1所示，由于此工藝下處于真空條件下，因此也歸于真空冶金工藝的范疇內。

在冷坩堝熔煉工藝應用中，涉及的工藝參數非常多，比如，坩堝形狀與材料、縫隙大小、內冷卻方式等都是需要關注的重點參數，為達到良好的工藝應用效果，相關人員在實際的應用過程中需要對各種技術參數加以科學選擇。一般情況下，大型冷坩堝主要為平底直筒式，這種形式能夠實現對制造費用的控制，但與此同時也會使得在實際的應用過程中存在較大的凝殼殘留。如果是小型的坩堝則適宜采用拋物面爐底，這種條件下，為物料攪拌提供了便捷，也使得熔體懸浮力逐步增大，通過分瓣水量的增加能夠起到抑制電磁場的作用。但是，如果分瓣過多也會加劇坩堝制造的復雜性，不利于結構剛度與強度的實現，分瓣維持在18～24之間最佳。在分瓣縫隙的控制方面，應盡量從縫隙絕緣性的實現、清理的便捷性出發。

冷坩堝熔煉工藝的不斷發展過程中，技術已經被廣泛應用于鈦、鎳、鉻等金屬材料的熔煉方面，不僅僅能夠在熔煉過程中發揮其工藝優勢，還可以在多種金屬化合物熔煉中發揮其重要的作用，比如，鎳鋁合金、鎳鈦記憶合金等[2]。

2 等離子熔煉技術的發展與應用

2.1 等離子熔煉技術的發展

等離子熔煉技術同樣屬于特種電冶金工藝中的一種，其技術原理是等離子電弧會伴隨著熱能的出現，由此熱能來完成金屬的熔煉處理。從當前等離子熔煉技術的發展來看，在特殊鋼、超低碳不銹鋼與高溫合金等的熔煉中有著良好的應用效果。在18世紀的中后期，世界就已經出現了電弧熔煉方式，隨著技術的日益成熟，等離子熔煉逐步取代了電弧熔煉，技術優勢日益凸顯，應用范圍也日益擴大。

2.2 等離子熔煉技術的具體應用

通常情況下，等離子熔煉主要包含了一次熔煉與二次熔煉兩種方式，前者在應用的過程中主要是將廢鋼與鐵合金或者其他的塊狀粗級金屬作為熔煉原料，在耐火材料坩堝中進行金屬液的熔煉;而后者主要是對應用其他熔煉方法初煉的金屬或者合金用等離子金屬電弧實施二次熔煉的過程，在這種工藝下，熔煉以后的金屬需在水冷結晶器中加以凝固成錠[3]。與其他類型的特種電冶金工藝相比，這種等離子熔煉技術的應用范圍十分有限，主要是由以下因素所造成的：①如果要應用等離子熔煉工藝，前期的設備投入非常多，且這些設備都為特殊的設備，設備成本相對較高，在后期工藝的應用過程中對各種材料的消耗量也相對較大。②等離子槍的使用壽命相對較短，在實際的應用過程中，為保障熔煉工藝的有效應用，相關人員需定期進行等離子槍的更換。

等離子冶金工藝的應用中，等離子弧是主要的冶金熱源，雖然當前的應用規模有限，但是在具體的應用過程中卻具有突出的優勢：①能量相對集中，且溫度較高，離子流速度很快，在熔煉過程中能夠實現快速升溫與反應;②在高溫狀態下，高速等離子流能夠為氣-固-液相反應創造良好的條件;③離子狀態下的氣體，使得在熔煉的過程中能夠發揮較好的反應活性優勢;④熔煉過程中的電弧始終處于相對穩定的狀態下，所產生的噪音相對較小。

3 結束語

近年來，在我國冶金行業快速發展的過程中，冶金工藝也日益進步，尤其是特種電冶金工藝的出現更是為特殊金屬的熔煉提供了便捷，在未來，這些特種電冶金工藝將有著廣闊的技術發展與應用空間。

參考文獻

[1]黃欽敏.淺談有色冶金的技術現狀與發展[J].商品與質量，2018 （26）：237.

[2] 王凱，何明，王強，等.電磁冶金新技術的研究現狀與發展趨勢[J].鞍鋼技術，2015（4）：1-7.

[3] 許德劍.淺談電渣冶金工藝的特點及應用[J].納稅，2017（30）：177.