我国真空感应炉熔炼技术的发展

1）设备结构和功能多样化。
 
我国在引进消化吸收国外真空感应炉设备先进技术的基础上，也研制了多种类型的真空感应炉，包括立式单室真空感应炉、立式双室真空感应炉、带有流槽室的真空感应炉、锭模室升降式真空感应炉、带有底吹系统的真空感应炉、双门带坩埚旋转式真空感应炉、侧门旋转轴式真空感应炉。熔炼室和铸锭室相分离，实现连铸的铸锭功能。
 
东北大学也于2004年开发成功了200kg的多功能真空感应精炼炉，具有真空下顶吹氧、底吹惰性气体（Ar、N2）、喷粉、造渣和合金化等功能，可以实现超纯铁素体不锈钢、超纯IF钢、电工钢等特殊钢的冶炼。
 
2）设备大型化。
 
早期，我国的真空感应炉都比较小，大多数为200kg，其余的炉子容量在350-1300kg之间，多数是进口的。1978年抚钢从德国引进了一台3t/6t大型真空感应炉。另一台为4.5t/6t，于1997年初投产。抚顺特殊钢有限责任公司于2004年引进了一台德国ALD公司制造的6t/12t真空感应炉，宝钢特钢也引进了12t的真空感应炉。2016年抚钢从德国引进了20t的大型真空感应炉，目前正计划引进1台30t真空感应炉。
 
近几年，我国多家民营钢铁企业引进了多台6t大型真空感应炉。另外，国产真空感应炉大型化也取得进展。目前，已能设计制造13t以下的设备，2015年投产了1台13t的真空感应炉，目前太钢又投产了1台6t的国产真空感应炉。
 
3）装备和工艺技术的进步。
 
（1）电磁搅拌和惰性气体搅拌
 
感应炉冶炼本身已存在较强烈的搅拌作用，加上电磁搅拌后，气体上升到熔液界面大量析出，对于材料的脱气有很好的效果。但必须注意的是，要选择合适的搅拌功率，避免对炉衬的过度冲击。
 
在气体搅拌时，惰性气体通过注入坩埚底部的锥型多孔塞进入熔池。当惰性气体穿过熔融金属时，气泡体积和表面积增大，靠近金属液面时，体积明显膨胀，使气体和金属间有更高的比表面进行交换反应，缩短了熔液表面的更换周期，并改善了整个熔池的均匀性。同时，还使细小的氧化物聚集，夹杂物漂浮到熔融金属表面，达到净化材料的效果。


 
（2）熔炼电源
 
早期的感应炉电源都是电动机-发电机变频机组。到1970年后，真空感应炉大多配置可控硅静止变频电源。经过40多年的发展，可控硅静止变频电源技术已经非常成熟。在整个冶炼周期中，功率从1%-100%的平滑调节，使操作极其灵活、准确、无波动；变频电源的频率在一定范围内是变化的，能自动跟踪适应炉料的变化，无需大电流接触器来开关电容器，调节炉子的功率因数；效率高，三相对称电网负荷，工作状态非常优越。
 
（3）PLC控制
 
可编程序控制技术，使得真空熔炼设备的自动化和半自动化运行成为可能。设备严格按用户设置的程序运行，工艺技术条件得以严格控制，可重复性强。对设备运行和工艺过程实施高度控制。例如，真空机组的开关、监测，真空阀门的开闭、联锁、切换，故障的识别、报警，预防误操作等都由PLC控制。
 
（4）计算机辅助系统的应用
 
根据实践所积累的丰富经验数据，编制成计算机软件，计算机通过对实测的温度与软件给定的工艺曲线进行比较，调整电源功率输出，从而控制钢液的温度，防止精炼期熔液的温度过热和过低，实现经济运行。熔池的实际温度是通过扫描式光学高温计连续测定。在测量过程中，熔池表面的渣子、添加合金元素、光学玻璃的污染等原因，都会影响被测数据的准确性，计算机将自动进行修正。
 
精炼后期，取样分析后一般要调整合金成分。在中间分析的基础上，按合金成分的要求，补加合金元素的数量由计算机计算决定，并由打印机记录存档。
 
（5）中间包冶金技术的应用
 
为了更好地去除钢中夹杂物，提高钢水洁净度，添加可实现加热、保温功能滤渣去夹杂物中间包系统。中间包设有挡墙和挡坝，有利于夹杂物的上浮，钢水经挡渣、过滤后注入锭模，减少了渣子和夹杂物进入钢锭，对提高钢材质量有极大的作用。
 
2.3真空感应熔炼技术的发展方向
 
真空感应熔炼今后在下述四个方面仍将获得广泛应用：
 
1）熔炼要求成分控制精确、纯度高、夹杂少的合金。如镍基高温合金、超高强度马氏体时效钢、超纯铁素体不锈钢及高纯金属等；
 
2）回收贵重合金料，如镍基合金、高合金不锈钢等；
 
3）生产无余量加工的精密铸造件；
 
4）用水冷铜片镶制坩埚与氧化钙坩埚熔炼活性金属合金如钛、锆等。
 
真空感应熔炼技术是生产高端特殊钢和特种合金的重要保障。未来我国用于高铁、核电站、百万千瓦火力发电机组、燃气轮机、车用涡轮增压器、石油石化、航空航天、军事工业等领域的高端特殊钢和高温合金将不断增加，对钢铁材料提出了越来越高的要求：强度更高、耐腐蚀性更苛刻、耐高温性、抗疲劳性更强等。对于钢铁材料的冶炼环节来讲，除了保证设计的材料成分之外，保证其洁净度，控制其均匀性，获得致密均匀的铸态组织是保证高性能材料的基础。