特种电冶金工艺技术的发展与应用

杨亮

摘 要 近年来，随着经济的发展和产业领域的拓宽，金属材料重新成为生产生活中的重要材料，在不同的应用领域，对金属材料有着不同的性能要求。金属材料特殊的用途使得在应用的过程中可能需要通过相应的冶金工艺来完成，传统的熔炼工艺在特殊金属的提炼上存在着技术局限性，往往难以满足实际的应用需求，在技术发展的过程中，特种电冶金工艺逐步发展起来。基于此，本文分析了冶金行业发展的过程中特种电冶金工艺的技术发展及其具体应用，有利于带动整个冶金行业的稳步发展。

关鍵词 特种电冶金工艺;技术发展;应用

1 真空冶金工艺的发展与应用

在冶金领域，真空冶金逐渐成为一种热门冶金工艺。真空冶金通常指的是处于0.01～50Pa的真空度范围内的冶金工艺。在当前，随着超级合金应用范围的扩大、难熔合金的出现，真空冶金工艺得到了一定的发展。

1.1 分隔式真空感应熔炼VIDP

在二十世纪九十年代初期，德国就开发出了真空分隔式感应熔炼炉，这种熔炼炉的出现集熔化、精炼、合金化、脱气与浇铸功能于一身。在真空分隔式感应熔炼炉的使用过程中，真空感应熔炼室、合金装料室与铸锭室的连接是经由真空管道与真空阀门来实现的，通过这种连接处理，使得真空室的容积加以有效缩小，利用蒸汽喷射泵，能够在极短的时间内转变为高真空状态，进而具有更强的脱气能力[1]。

1.2 冷坩埚感应悬浮熔炼

这种冶金工艺是近年来随着冶金行业的发展而逐步出现的，在此工艺下，通过不同频率分段感应，在上部与下部分别采用高频率加热炉体与低频率，最大的悬浮熔炼能力甚至超过了10kg，其构成如图1所示，由于此工艺下处于真空条件下，因此也归于真空冶金工艺的范畴内。

在冷坩埚熔炼工艺应用中，涉及的工艺参数非常多，比如，坩埚形状与材料、缝隙大小、内冷却方式等都是需要关注的重点参数，为达到良好的工艺应用效果，相关人员在实际的应用过程中需要对各种技术参数加以科学选择。一般情况下，大型冷坩埚主要为平底直筒式，这种形式能够实现对制造费用的控制，但与此同时也会使得在实际的应用过程中存在较大的凝壳残留。如果是小型的坩埚则适宜采用抛物面炉底，这种条件下，为物料搅拌提供了便捷，也使得熔体悬浮力逐步增大，通过分瓣水量的增加能够起到抑制电磁场的作用。但是，如果分瓣过多也会加剧坩埚制造的复杂性，不利于结构刚度与强度的实现，分瓣维持在18～24之间最佳。在分瓣缝隙的控制方面，应尽量从缝隙绝缘性的实现、清理的便捷性出发。

冷坩埚熔炼工艺的不断发展过程中，技术已经被广泛应用于钛、镍、铬等金属材料的熔炼方面，不仅仅能够在熔炼过程中发挥其工艺优势，还可以在多种金属化合物熔炼中发挥其重要的作用，比如，镍铝合金、镍钛记忆合金等[2]。

2 等离子熔炼技术的发展与应用

2.1 等离子熔炼技术的发展

等离子熔炼技术同样属于特种电冶金工艺中的一种，其技术原理是等离子电弧会伴随着热能的出现，由此热能来完成金属的熔炼处理。从当前等离子熔炼技术的发展来看，在特殊钢、超低碳不锈钢与高温合金等的熔炼中有着良好的应用效果。在18世纪的中后期，世界就已经出现了电弧熔炼方式，随着技术的日益成熟，等离子熔炼逐步取代了电弧熔炼，技术优势日益凸显，应用范围也日益扩大。

2.2 等离子熔炼技术的具体应用

通常情况下，等离子熔炼主要包含了一次熔炼与二次熔炼两种方式，前者在应用的过程中主要是将废钢与铁合金或者其他的块状粗级金属作为熔炼原料，在耐火材料坩埚中进行金属液的熔炼;而后者主要是对应用其他熔炼方法初炼的金属或者合金用等离子金属电弧实施二次熔炼的过程，在这种工艺下，熔炼以后的金属需在水冷结晶器中加以凝固成锭[3]。与其他类型的特种电冶金工艺相比，这种等离子熔炼技术的应用范围十分有限，主要是由以下因素所造成的：①如果要应用等离子熔炼工艺，前期的设备投入非常多，且这些设备都为特殊的设备，设备成本相对较高，在后期工艺的应用过程中对各种材料的消耗量也相对较大。②等离子枪的使用寿命相对较短，在实际的应用过程中，为保障熔炼工艺的有效应用，相关人员需定期进行等离子枪的更换。

等离子冶金工艺的应用中，等离子弧是主要的冶金热源，虽然当前的应用规模有限，但是在具体的应用过程中却具有突出的优势：①能量相对集中，且温度较高，离子流速度很快，在熔炼过程中能够实现快速升温与反应;②在高温状态下，高速等离子流能够为气-固-液相反应创造良好的条件;③离子状态下的气体，使得在熔炼的过程中能够发挥较好的反应活性优势;④熔炼过程中的电弧始终处于相对稳定的状态下，所产生的噪音相对较小。

3 结束语

近年来，在我国冶金行业快速发展的过程中，冶金工艺也日益进步，尤其是特种电冶金工艺的出现更是为特殊金属的熔炼提供了便捷，在未来，这些特种电冶金工艺将有着广阔的技术发展与应用空间。

参考文献

[1]黄钦敏.浅谈有色冶金的技术现状与发展[J].商品与质量，2018 （26）：237.

[2] 王凯，何明，王强，等.电磁冶金新技术的研究现状与发展趋势[J].鞍钢技术，2015（4）：1-7.

[3] 许德剑.浅谈电渣冶金工艺的特点及应用[J].纳税，2017（30）：177.