真空感应熔炼技术的发展及趋势

真空感应熔炼技术的发展及趋势

袁波

山东省烟台市首钢磁性材料股份有限公司 山东省烟台市 265500

摘要：随着现代工业的发展，对于金属材料性能的要求越来越高，应用传统的金属加工技术越来越难以满足实际的使用需求，而真空感应熔炼技术可以提高金属或者合金材料的性能，因此未来真空感应熔炼技术在金属材料的加工中会有着越来越重要的应用。基于此本文对真空感应熔炼技术原理进行了阐述，介绍了其应用现状，并且对其未来的发展趋势进行了探讨。

关键词：真空感应熔炼；电磁感应；金属加工；合金

1 前言

在现代工业中对机械零件的要求不断增加，机械零部件的使用环境愈加复杂，要求金属材料具有较高的耐磨性能、抗疲劳性能和耐高温性能。在某些金属或者合金的开发和生产过程中，需要通过金属熔炼设备或者是表面热处理设备来对其进行加工，提高其性能。其中，感应加热技术在金属材料熔炼制备中有些重要的作用。

在真空条件下，应用电磁感应原理能够使具有良好感磁性的材料得到感应电流，并且进行加热，这种技术被称为感应加热技术。当电流以一定的频率通过环绕在金属材料周围的电磁线圈以后，变化的电流会产生感应磁场，在感应磁场的作用下金属内部会出现感应电流并且发热，利用这一原理能够对材料进行加热。当产生的热量足够高，能够熔化金属，就能够用其来进行合金材料和金属的熔炼制备。

2 真空熔炼技术的应用现状

2.1 真空熔炼设备

真空感应熔炼设备是一类基于真空感应熔炼技术原理来进行金属熔炼的设备，该类设备利用电磁感应的原理，将感应线圈、物料等放入到密闭的腔体中，排空腔体内部的空气，使之成为一个真空系统。使电流通过感应线圈，感应线圈通电会产生感应电动势，使物料内部形成涡流并且发热，当热量达到物料的熔点以后，其开始熔化。设备还设置有其它功能模块，在物料熔融过程中，可以对温度、真空度等参数进行测定，并且实现功率控制、物料补充等，待物料充分熔融，将坩埚翻转，将液态金属浇注到模具中，制作金属铸锭，整个冶炼工作完成。

真空感应熔炼设备还包括电源、控制系统和冷却系统等部分，其中电源的作用是提供能量，冷却系统的作用是对设备的关键部位进行冷却，防止温度过高对设备结构造破坏。为了实现一些其它的功能，一些感应熔炼设备还设置有如传动料车、开关炉门、离心浇注盘、观察窗、过滤系统等。常用的真空感应熔炼设备包括真空感应熔炼炉、真空感应膜气炉和真空感应脱气浇筑炉等。

2.2 真空熔炼技术的应用现状

（1）真空感应熔炼。在感应加热加工技术中中，真空感应熔炼技术在加热效率、速度和节能方面都处于领先地位，应用该技术为原理制作的感应炉设备，具有广泛的应用。由于是在真空状态下进行金属的熔炼，因此可以排除气体杂质，得到更加纯粹的金属或者合金材料。该工艺通过真空环境和感应加热进行控制，能够高效的对熔炼温度进行调整，并且对合金材料进行补充，从而实现金属的精炼。真空熔炼技术的另一大优势是，在电磁力的作用下，坩埚内部的金属面料可以自动搅拌，从而成分更加均匀。除了这些优势外，真空感应熔炼还具有节能、环保以及劳动强度低等多方面优势，具有良好的应用前景。

（2）真空感应烧结。这是一种在真空条件下，将金属、合金或金属化合物粉末在低于熔点的温度下烧结成金属制品和金属坯的技术。应用这一技术进行金属的烧结，由于是在真空条件下进行，因此金属不会和气体发生反应，也不会出现气体的吸附等问题，因此可以得到良好的致密化效果，同时还能够起到净化和还原作用。通过应用这一技术进行金属的烧结，还可以降低烧结温度，提高节能效果，在得到高质量产品的同时，有效地提高烧结炉的使用寿命。当前，真空感应烧结技术在钢铁和冶金等领域有着重要应用，此外在特种陶瓷的烧结中也有重要应用，可以得到致密多晶烧结体，提高陶瓷的性能。

3 真空感应熔炼技术未来发展

在真空感应加热技术的发展过程中，炉型也在不断更新，以实现多样化的功能，在这个过程中其加热结构不断复杂化，能够实现更多的功能。感应熔炼设备未来将朝着工艺过程复杂化、过程控制精确化方向发展，并且降低人工成本。下面对真空感应熔炼技术未来的发展方向进行探讨。

3.1 模块化

模块化是指对于一套完整的设备，配制多样化的组件，根据实际使用需求进行配制，从而实现不同的功能，满足实际加工的需求。通过加入某些功能模块，可以提高特定炉型的功能。举例来说，通过配备测温模块，能够实现炉内物料温度变化的实时检测，从而对温度进行合理控制；配备质谱仪，可以对材料成分进行检测，根据检测结果对工艺的进展情况进行判断，根据实时进展，对物料加入的时间和顺序等进行优化，从而对合金的性能进行优化；通过配备电子枪、离子枪等模块，能够使难熔的金属起熔，从而提高运行的效率。随着技术的发展，未来感应冶金设备会朝着模块化方向发展，通过不同模块的组合，满足实际工艺的需求，从而使金属的冶金工艺更加完善，制备出性能更加优异的材料。

3.2 智能控制

相较于传统冶炼的工作模式，真空感应设备的控制自动化水平更高，具有明显的优势。随着人工智能技术、计算机技术等技术的发展，真空感应设备还会朝着智能化的方向发展。通过人机界面友好的操作，智能的信号采集，合理的程序设定等，能够对冶炼过程进行更加简单、高效的控制，同时降低冶金操作过程中的人工成本。随着智能控制系统的应用，可以实现真空感应设备的智能化控制，若已经完成工艺的制定，人们应用智能控制系统能够实现冶炼温度的精确控制，并且智能控制合金材料加入的时间，完成熔炼、保温和浇注等，而且智能化控制系统还能够将所有的控制过程全部记录下来，出现问题后可以通过查询记录确定出现的问题。通过智能控制系统，不仅可以提高真空感应设备的使用效率，同时可以避免人为失误给生产过程带来损失，保证生产的正常运行。

3.3 信息化

在感应熔炼设备使用过程中，整个熔炼过程会产生很多的熔炼信息，具体包括感应加热电源的实时参数变化、感应圈产生的电磁场、炉料、坩埚的温度场和金属熔体的物理性质等。当前，设备只具备简单的数据采集功能，其提取的信息，需要在熔炼完成之后才能够提取出来，在对数据进行分析，导致数据分析效率较低。随着信息化技术的应用，在冶炼过程中就能够实现数据的采集和分析，数据分析工作会稍滞后于冶炼，但几乎同时进行。通过采集冶炼过程中的各种信息，并且实时传递出来，可以实现对冶炼过程的实时观测，并根据冶炼的实际情况进行调整，提高了人们在冶炼过程中干预和控制的能力，可以更加及时的对工艺进行调整和完善，从而得到性能更加优异的合金材料。

结论

真空感应熔炼技术在金属熔炼方面有非常多的优势，通过应用真空熔炼技术进行金属材料的加工，可以得到高性能的金属或者合金材料，因此在工业发展中起到了重要作用。随着技术的发展，真空熔炼技术也在不断的发展，为了提高金属加工的质量和效率，真空感应熔炼技术会朝着工艺过程复杂化、过程控制精确化方向发展，模块化、智能化和信息化使其未来发展的重要方向。

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