人类冶金早已有几个世纪的历史。在经历了电冶金、火法冶金以及湿法冶金等冶金工艺技术的发展后，部分精细化的冶金技术逐渐崭露头角。19世纪80年初，真空技术真正用到冶金工业上。时至今日，真空冶金技术应用越来越成熟，从应用钢铁处理到有色金属处理，从粗金属到高纯度金属。真空熔炼就是真空冶金中重要的一部分。

真空熔炼具有以下特点：

(1)能防止稀有金属受大气和耐火材料的污染；

(2)真空有净化提纯作用，可获得含气量低、夹杂少、偏析小、力学性能及加工性能优良的金属及合金。是获得高纯、高质量金属材料的最好方法；

(3)真空电弧可获得2000℃以上的高温，可满足高熔点金属的熔炼要求。

通常真空熔炼是基于真空下的进行高温熔炼之后的提纯金属。真空熔炼的方法具体有：电子束熔炼、真空感应熔炼、真空电弧熔炼、电渣熔炼。

电子束熔炼

电子束熔炼，也称为电子轰击熔炼，是在高真空之下运用一个或者以上阴极电子枪通过发射高能的电子束，将熔物料轰击，以使电子动能快速转为热能，进而熔化炉料，且滴入冷水铜中，从而凝固成锭的熔炼方法。电子书熔炼技术通常适用于熔炼难度高而且要求超高纯度的合金或者金属，是一种极具发展前景的熔炼方法。

原理：加热阴极→热阴极表面发射电子→高压作用下电子做高速运动（聚焦、偏转控制）→高速电子轰击阳极使阳极金属熔化。

优点：

(1)高真空度(0.00027-0.027Pa)，使蒸气压较高的杂质被除去，如碳、钒、铁、硅、铝、镍、铬、铜等比精炼前可降低两个数量级，可得到无氧化物的钼和钨，氧可从0.002% 降至 0.0004%- 0.0009%， 氮降至 0.004%- 0.008%， 氢含量低于 0.0001%- 0.0002%。

(2)熔炼速度和加热速度可以在较大范围调节，有利于液态中的碳和氧反应，扩散能力低的杂质能扩散到熔体蒸发去除。

(3)功率密度高，可达到104~ 108W／cm2， 熔池表面温度高、可调；同时，电子束对金属熔体有搅拌作用。

(4)用水冷铜坩埚凝固铸锭，不被耐火材料污染。

(5)可得到很高的温度，能熔化任何难熔金属，也可熔化非金属。

应用：用于蒸气压低（不易挥发）的金属材料，如钨、钼、钽、锆以及钛等，这些材料应用电子束炉熔炼，被公认为是理想的熔炼方法。对于优质合金钢，特别是镍基和钴基合金钢，电子束炉熔炼也得到了广泛的应用。

设备商案例：

北京有色金属研究总院从上世纪70年代末起即自行研制出国内第一台电子束炉，已具备数十年的技术积累。有研总院属下的机电设备开发中心，常年专业从事电子束真空熔炼炉的开发和研制工作，至今已生产出数十台电子束炉，设备遍布于国内各大有色金属冶炼企业当中，业绩斐然。

北京有色金属研究总院研发的三枪大功率电子束炉

有研总院机电中心拥有专业化的技术团队和工艺研究团队，稳定可靠的质量保证及售后服务，种类多样的研发设备，产品价格优惠，较之国内其他的同行业生产厂家在开发研制电子束熔炼炉上具有不可比拟的优势。

真空感应炉熔炼

真空感应熔炼（Vacuum induction melting，简称VIM）是一种在真空条件下利用电磁感应加热原理来熔炼金属的金属工艺制程。在电磁感应过程中会产生涡电流，使金属熔化。此制程可用来提炼高纯度的金属及合金。

原理：

（1）加热采用无铁芯的感应熔炼炉（两吨以下的真空熔炼炉，通常采用 500~ 4000Hz 的中频电源，大型电炉多采用三倍工频或工频电源）；

（2）熔炼炉装在一个真空室中，炉料在真空或惰行气体中熔炼，真空系统采用初级真空泵和增压泵抽取真空，并由真空阀门和检测仪表组成，对于采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统，其真空度可达0.06Pa；

（3）在水冷条件下，对感应加热器及结晶器进行冷却处理；

（4）并在真空条件下，熔炼和浇铸金属熔体。

优点：

（1）净化效果好，是熔炼金属或合金的含气量低；

（2）合金元素的氧化损失小，氧化夹杂少；

（3）可以不用覆盖剂，熔体不易被氧化；

（4）能提高金属或合金的机械性能和塑性成形能力。

应用：

多用于熔炼高强度钢、超级高强度钢以及高温合金。

真空电弧炉熔炼

电弧熔炼是利用电弧放电产生的高温来熔炼金属，并在真空条件下，实现熔体的脱氧、杂质挥发和夹杂分解等熔体净化过程。

产生电弧的电极可以是损耗的(自耗，如钛等)，也可以是不损耗的(非自耗，如石墨等)。自耗基本过程：金属电极在直流电弧高温（5000℃）作用下，迅速熔化、精炼，并在水冷紫铜结晶器内凝固。

 

优点：

真空电弧炉熔炼彻底克服了传统冶金方法所固有的四大致命缺点：即克服了由炉衬耐火材料、冶金炉渣、炉气和浇注过程对产品的沾污而能综合提高金属质量。

（1）在熔炼过程中自耗电极首先以层状熔化后呈滴状进入结晶器首先形成熔池，因此使比重轻的非金属夹杂物自液体金属中分离升浮达到所谓净化性提纯。

（2）具有快速定向程序结晶过程。可使金属的沾污与夹杂物分布均匀以及通过排除到锭子头部锭冠和锭子表面。

（3）在合理的选定工艺参数条件下，特别是供电参数，可以完全消除一般锭常见的固有缺陷如缩孔、中心疏松、各种典型偏析、裂纹和皮下气泡等。

（4）过程本身的灵活性可用来精炼各种不同物理性能的金属与合金，原则上可熔炼包括最难熔的金属钨在内的任何金属材料。

应用：

（1）难熔活性金属及其合金如：W、Mo、Ta、Nb、Zr、Hf、Ti和U等。

（2）特殊合金、高温合金和精密合金。

（3）特殊不锈钢和耐热钢。

（4）重要的结构钢，特别是大型铸造用锭。

（5）高级滚珠轴承钢。

（6）大断面高速钢、工具钢。

（7）高纯度有色金属及其合金。

等离子炉熔炼

等离子炉是利用气体电离产生的等离子体的能量进行加热的电炉。用直流电加热非自耗电极或中空阴极以产生电子束，将通过阴极附近的惰性气体离解，再以高度稳定的等离子弧从枪口喷到阳极炉料上使之熔化。

优点：

（1）温度高，能量集中，熔化速度快；

（2）功率调节方便，工艺适应性好；

（3）不完全依靠真空条件，可使炉内充填所需气体；

（4）具有良好的脱气净化作用；

（5）合金元素的烧损比较小；

（6）电压低绝缘性好

应用：

20世纪60年代发展起来，用于熔炼钨、钼、钽、铌、钛、锆等难熔、活泼金属，也可熔炼工具钢、耐热钢、耐蚀钢、高强度钢等优质钢。

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