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真空自耗電弧爐熔滴控制原理與實(shí)現(xiàn)

  真空自耗電弧爐(簡(jiǎn)稱自耗爐)可以熔煉鈦、鉬

、鋯
、鈮、鎢等活性或難熔金屬及其合金
,二十世紀(jì)五十年代末開始用其熔煉不銹鋼、工磨具鋼
、軸承鋼
、高溫合金等材料。自耗爐熔煉的材料具有同質(zhì)性高
、致密性好
、沒有宏觀偏析
,幾乎沒有微觀偏析等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛應(yīng)用于航空、航天
、能源
、交通等領(lǐng)域的材料生產(chǎn)

1.真空自耗爐熔煉原理
   如圖1所示
,真空自耗爐是在真空度小于60μbar情況下,利用直流產(chǎn)生的電弧放電產(chǎn)生高溫
,迅速熔化預(yù)制好的金屬自耗電極而實(shí)現(xiàn)金屬重熔的。真空重熔是一種在完全惰性條件下進(jìn)行的工業(yè)精煉過程

  精煉發(fā)生在電極下端(陰極)和錠子頂部的金屬熔池(陽極)之間,鋼液在水冷銅坩堝中凝固再結(jié)晶
。鋼錠逐漸形成的過程

自耗爐的主要優(yōu)勢(shì)在于水冷銅結(jié)晶器中錠子的受控凝固,從而產(chǎn)生出冶金特性優(yōu)異的均勻的材料
。通過爐內(nèi)抽真空和4000 - 5000oC電弧溫度下氧化物的分解實(shí)現(xiàn)脫氣和清除原材料中的非金屬
。經(jīng)過自耗爐重熔的材料殘留氣體含量低
、清潔度高
、冷、熱加工性能優(yōu)越
、橫向機(jī)械性能大大提高
。 

2.真空自耗爐的恒熔速熔煉
  要想通過真空自耗重熔獲得高品質(zhì)的材料必須實(shí)現(xiàn)錠子的受控凝固
。其重要一環(huán)就是自耗電極的受控恒熔速熔化

  研究表明,當(dāng)電弧放電產(chǎn)生的溫度足夠高時(shí)
,在自耗電極(陰極)底部會(huì)形成1-2mm厚的熔化金屬薄膜
,在表面張力和重力的作用下逐漸形成熔滴
,然后在陰極和陽極之間的縫隙搭橋形成短路
,流過短路熔滴的強(qiáng)大電流產(chǎn)生洛倫茲力,在高密度電流和洛倫茲力的作用下發(fā)生熔滴爆裂
,細(xì)小的金屬液滴全方位噴射
,最終大部分傳遞到金屬熔池。