先进真空自耗重熔装备发展及关键技术

1 引言

在航空航天、国防军工、能源等现代工业高端领域，对金属材料性能的要求不断增高，不但要求金属材料有较好的强度和韧性，还要保证其化学成分均匀、杂质含量少，这就需要利用一些冶金方法来进行提纯。其中真空自耗重熔作为一种比较好的精炼方法，在制备一些高端金属材料时有着重要的作用。

由于科技进步迅速，传统的真空自耗重熔设备在生产效率、生产产品品质稳定性和自动化程度上无法满足工业化的要求，需要开发新的真空自耗重熔设备以满足对生产产品的质量需求。随着对装备结构和控制技术的不断改进和完善，通过提高重熔精度及稳定性以改善金属材料品质[1 ～2]。

从经济层面来看，先进装备的研发与应用可以提高生产效率、降低生产成本，减少对进口高端金属材料的依赖，具有显著的经济效益［3］。本文对先进真空自耗重熔装备发展概况，以及对设备的关键技术和目前设备存在的局限性进行分析介绍，通过对设备的整体情况的现状进行概述，有助于科研工作者对该设备进行详细的了解，为推动先进的真空自耗重熔装备技术的发展提供有力支撑。

2 先进真空自耗重熔装备概述

2.1 真空自耗重熔装备的工作原

真空自耗重熔装备的核心工作原 电弧作为热源 ，在真空无渣的环境下对高温合金电极进行熔炼。过程中高温合金 的高温作用下逐渐熔化。熔化的高温合金液滴通过电弧区， 在熔炼过程中，熔滴与真空环境大面积接触，使得熔体中的不稳 或还原 气体（特别是氢和氧）及有害杂质被有效排除。水冷铜结晶器的强制冷却 液在凝固过程中形成定向结晶，组织致密，成分均匀，夹杂物分散均匀，从而消除了各种宏观和微观组织缺陷。

5.1 改造方案

5.1.1 结构采用旋转结构

悬臂梁结构采用一个支撑整体旋转的设计方式。该结构不仅节省占地面积，整体自重可减少约 30%，节约成本。5.1.2 真空绝缘改造技术现阶段采用的绝缘采用绝缘层或者仅仅金属外表面涂层结构，在结构偏差或者金属表面涂层不均匀的情况下，很容易打弧，容易使得电极杆外表面打弧损害电极杆。真空绝缘采用绝缘套管 + 金属外表面涂层结构，使得真空悬浮管真空状态下，保证具有良好的绝缘效果，保护设备，避免电极杆打弧。

2.2 先进真空自耗重熔装备的特点与优势

先进真空自耗重熔设备具有能够制 性能的金属材料 过完善的自动控制系统，能够实现电极进给、电弧调节以及熔炼过程监控的全过 和数据采集系统的同时，还可以让工作人员时刻掌握熔炼情况， 高真空状态下完成熔炼，对于熔体中所含有的气体、有害杂质等都可完全 和分布的改变。由于采用了新的真空自耗重熔装备，能确保铸锭质量达到最优，同时还可采取定向结晶和强制冷却的方式得到组织致密化、成分均匀化的合金锭。

3 先进真空自耗重熔装备关键技术

3.1 真空系统技术

真空系统技术是先进真空自耗重熔装备的核心，是保证高温合金熔炼过程质量的关键所在。真空系统主要由机械泵、增压泵和扩散泵组成，在熔炼过程中维持着炉内高真空的状态。

真空自耗重熔时，炉内一般保持10 ¹～10