《Vacuum Melt Process Introduction》.pptVIP

图11 外加纵向磁场对金属熔池的影响 在位用稳弧线圈时，必须注意稳弧电流大小的选择。电流过小则稳定电弧的作用不明显，电流过大则由于电弧被压缩得厉害而导致电弧熄灭，且由于熔池旋转激烈而有害于冶炼质量。合适的安匝数是以电弧稳定燃烧、金属熔池平稳或者是微微的旋转为标准的。 4.3 金属熔滴在弧区中的过渡 4.3.1 定义 金属电极端面受到电弧的高温作用而被加热熔化，当熔化的金属在电极端面累积到一定的大小以后，就以熔滴的形式脱离电极穿过弧柱区而落到熔池中去。这个金属熔滴穿过电弧空间的过程被称为熔滴在弧区的过渡过程，如图12所示。这个过渡过程对合金质量有很大影响，应当掌握其规律性。 4.3.2 金属熔滴过渡过程中的受力状态 在熔炼过程中，电极末端的金属熔滴不仅处于大电流密度和强磁场的包围之中，而且还受到电弧高温作用所造成的气体流动的机械力作用。 图12 金属熔滴在电弧中的过渡示意图 1-自耗电极；2-分散的小熔滴 3-大的金属熔滴；4-金属熔池 图13正极性接法中电磁感应对熔 滴的作用示意图 金属熔滴主要受到下列几种力的作用： 熔滴的重力作用也就是地球对熔滴的吸引力。这种力促使熔滴脱离电极末端而落到金属熔中去。 熔滴的表面张力作用促使熔滴成为球状并粘附在电极末端，阻止熔滴向熔池过波。 电磁力作用。在电流通路中通过电流以后，在电极和电弧周围产生一个自身横向磁场，它对熔滴产生一个径向的压缩力P，P正比于熔炼电流强度J的平方，它加速熔滴断落，促进熔滴细化。如图13所示。 电弧及气体对熔滴所起的作用。真空电弧重熔过程中，由于电磁力及重力的作用，自耗电极端部形成熔滴开始时是颈部收缩，伸长，最后克服表面张力断落。根据推断，在金属熔滴脱离开电极端面的瞬间，可能产生电弧放电(类似带电拉闸刀时产生的现象)。在这种瞬间电弧的作用下， 熔滴被击散，即碎裂成许多小的熔滴，它们中的大尺寸颗粒落入金属熔池，部分小 尺寸颗粒飞向结晶器壁并粘附在结晶器壁上与挥发物喷溅物共同凝结成锭冠。显然，在电极熔化时，其中所含气体的析出与体积膨胀以及碳氧反应形成的气体的析出与体积膨胀也会导致熔淌的分散，但在双真空工艺路线或真空电弧炉两次以上的重熔中，后者影响的可能性小得多。 荷电质点轰击力的作用。在正极性法熔炼过程中，金属熔滴受到来自阳极区正离子的轰击(反极性法中受到电子和负离子的轰击)，这种轰击力阻止熔滴的过渡。 上述五种力中，由于熔滴的重力、电磁感应压缩力及电弧对熔滴的作用力起着主要作用，才使熔炼得以正常进行。 4.3.3 影响熔滴数目和尺寸大小的因素 电弧中每秒钟过渡的熔滴数目和尺寸大小取决于电流种类、熔炼极性、熔炼电流强度、电弧长短、稳弧线圈的安匝数、电极成分和气体含量等许多因素。主要表现为： 电弧电流小，熔滴数量少且尺寸粗大，如起弧期和封顶后期就是如此。正常冶炼期由于电流强度增加而使熔滴数目显著增加且细化，此时表现为熔炼速度增加； 反极性法熔炼中电极端面的温度比正极性法高，促使熔滴数目增加，尺寸变小； 碳一氧反应进行激烈且CO体积在真空下比在常压下大几百倍，也促使熔滴细化且喷溅严重； 电弧长度愈短，弧光放电的集中程度愈高，则熔滴数目增加，尺寸变小。 稳弧磁场强度增加(正比于安匝数)， 作用在电极末端的电磁力增加，促使过渡熔滴数目增加，熔滴细化。 4.3.4 了解熔滴过渡过程的意义 熔滴过渡过程与合金质量有着密切的关系，主要表现为： 影响合金精炼的效果。细化的金属熔滴暴露在真空中的比表面面积（单位体积金属所具有的表面面积）是很大的，有利于合金的精炼；熔滴尺寸大，对精炼不利。 影响电弧长度的控制。熔炼过程中如果电弧的长度过短，例如10毫米左右这个长度与金属熔滴大小相近，会造成电极与熔池之间的短路，如图14a所示，导致电弧熄灭使熔炼中断，或者因频繁短路而使熔池温度变化无常。这两种情况都破坏了正常熔炼的进行和钢锭结晶组织的均匀性，对冶炼质量极为不利。 影响钢锭的表面质量。金属熔滴分散的结果使得一小部分金属被喷溅并粘附到结晶器壁上。电弧对金属熔池的作用也会引起喷溅。加上熔池的旋转作用以及金属挥发物和杂质在结晶器壁上的粘附，就构成了所谓锭冠。由于锭冠不能被金属熔池很好的熔化，使钢锭必须经过扒皮以后才能进行热加工。 图14 与电弧长度有关的两种可能发生的熔炼状态 a-短路状态（电弧长度约10mm左右） b-正常熔炼状态（电弧长度约15mm以上） 4.4 真空电弧重熔操作 真空电弧重熔过程可分为焊接电极、引弧期、正常熔炼期和封顶期。 4.4.1 自耗电极的焊接 在真空下，把符合质量要求的金属或合金电极牢固地焊接在过渡电极上。要求焊直，焊牢