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采用真空电渣炉开发超级电渣钢 可行性报告 沈阳东大兴科冶金技术有限公司 2012年 采用真空电渣炉开发超级电渣钢 可行性报告 真空电渣炉是在真空条件下，利用电加热的熔渣熔炼金属的一种冶金设备。它是在真空电弧炉和气体保护电渣炉基础上发展起来的特殊冶金装备。它集中了真空电弧熔炼脱气、防氧化和气体保护电渣熔炼去除硫、磷、夹杂物等的优点，克服了各自的缺点，是熔炼特殊性能超级合金钢最先进的设备。 1、发展真空电渣炉的必要性 1.1、生产超级电渣钢 有研究表明，真空电渣重熔的模具钢，使模具的寿命显著提高。例如，传统冶炼的W403钢制模具使用约30000次没有修模，而真空电渣重熔的W403钢制模具使用约130000次没有修模，使用寿命提高了4.3倍。因此，采用真空电弧炉生产特种钢是现有电渣炉无法达到的。 1.2、应用真空电渣炉生产超级特殊钢 （1）高温合金的熔炼 高温合金是以第Ⅷ主族元素为基，可以在高温下承受较大应力，而且具有较高的组织稳定性和抗氧化性的合金，它分为镍基、钴基和铁基高温合金三大系列。现代高温合金具有合金化程度高、易形成偏析、微量元素难以控制和掌握、合金对气体及杂质元素含量要求严格等特点，因此高温合金的熔炼必须采用一些特殊的熔炼方法。熔炼高温合金的母合金时，要达到以下要求：满足微量元素的化学成分含量的严格规定；尽量去除有害杂质（如 O、N、S、As、Sb、Si、Pb等），以保证下一步熔炼时，不出现浮渣；母合金铸锭表面光洁；不含或含极少气孔、缩孔；调整好母合金的各种性能。 （2）航天航空材料的熔炼 ①金属元素Cr和难容金属Nb形成的Laves相Cr2Nb金属间化合物具有高熔点（1771℃）、低密度（7.7g/cm3）和优异的高温抗蠕变等优点，而且由于大量Cr的存在，使其具有良好的高温抗氧化性和优异的抗热腐蚀性，是一种颇具开发潜力的航空发动机用新型高温结构材料。 ②随着航空航天技术的发展，需要承温能力更高和综合性能更好的超高温金属结构材料。铌硅化物基超高温合金以其熔点高、低密度和良好的力学性能而有望成为继镍基高温合金后的又一类极具竞争力的新型高温金属结构材料。但是，Ni-Si系金属间化合物具有高温强度不足和高温抗氧化能力差等缺点。 ③随着航空航天技术的发展，要求发动机具有更高的推重比及工作效率，即要求发动机具有更高的工作温度和更长的是有寿命，因此开发耐温能力超过Ni基高温合金的新型超高温结构材料迫在眉睫。在过去10多年中，铌由于具有熔点高（2468℃）、密度适中、高温强度高等优点而受到广泛关注。迄今为止，Nb基合金是最有应用前景的新一代超高温金属结构材料，有望满足新一代发动机热端部件的需求。 （3）磁光贮材料的熔炼 1843年，瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通过对钇土的研究，发现铽元素（Terbium）。铽的应用大多涉及高技术领域，是技术密集、知识密集型的尖端项目，又是具有显著经济效益的项目，有着诱人的发展前景。主要应用领域有磁光贮存材料，近年来铽系磁光材料已达到大量生产规模，用Tb-Fe非晶态薄膜研制的磁光光盘，作计算机存储元件，存储能力提高10-15倍。磁光玻璃，含铽的法拉第旋光玻璃是制造在激光技术中广泛应用的旋转器、隔离器和环形器的关键材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合金（Ter Fenol））的开发研制，更是开辟了铽的新用途，开始主要用于声纳，目前已广泛应用于多种领域，从燃料喷射系统、液体阀门控制、微定位到机械制动器、机构和飞机太空望远镜的调节、机翼调节器等领域。 （4）其它特殊性能合金材料的熔炼 军工用钢，核聚变堆用材料，抗疲劳强度用钢（工具钢）。 1.3、真空电渣熔炼与其它熔炼方法相比较具有明显的优势，熔炼的产品性价比高。 真空自耗炉熔炼金属纯净度高，气体含量低，成分可精确控制，凝固件质量好，铸锭组织致密，成分均匀。但是，真空电弧熔炼不能脱硫，且易形成白点及年轮状偏析。 气体保护电渣炉熔炼金属同样会有良好的组织结构和高的纯净度，而且脱硫效果好，不易形成白点及年轮状偏析。但是，气体保护电渣熔炼金属时会有一些增加气体含量，活泼元素有一定氧化烧损，铸锭成分精确控制困难。 考虑到真空自耗炉与气体保护电渣熔炼各自的优缺点，德国ALD真空技术公司开发了综合两者优点，克服两者不足的真空电渣熔炼工艺装置。该公司生产的真空电渣重熔锭的直径250mm，锭重360kg，铸锭成分均匀，表面光滑，无任何表面缺欠，在有效脱硫情况下，活泼元素钛、铝等没有烧损。真空电渣重熔的熔化速度比电渣重熔稍低一些，过渡区域柱状晶少，固化速度快，铸锭气体含量低，带状偏析少。真空电渣重熔的渣池比电渣重熔小，这是真空电渣重熔的独特优点之一。 通过真空电渣重熔钢的韧性、强度、耐磨性、抗冷热疲劳裂纹能力、抗金属粘着力和抗氧化能力均明显提高。 真空