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第三章等离子冶金(共26张PPT)

发布时间:2022-07-05  来源:雷火电竞app官网  作者:雷火竞技


  等离子熔炼是利用等离子弧作为热源来熔融、精炼和重熔金属的一种新型冶炼方法, 所谓等离子弧,也是一种电弧,不过电离度更高而已。等离子孤与自由电弧不同,属于 压缩电弧。自由电弧之阴阳极间的气体放电不受外界因素的约束和影响。当电极间气体 放电形成的电弧受到外界气流、器壁或外磁场的压缩,使弧柱变细, 温度更高,能量 高度集中时,形成压缩电弧。日前在冶金生产中得到应用的主要是直流等离子弧,它是 用等离子喷枪对电弧施以压缩而形成的,其特点是能量集中,温度高,弧的电压和电流 较稳定。

  等离子弧熔炼从六十年代初创制成功(chénggōng)以来,已发展成为生产规模的 新型电炉系列,根据不同的结构和冶炼特点,大致可以分为四大类:

  1)等离子电弧炉; 2)等离子感应炉; 3)等离子电弧重熔; 4)等离子电子束重熔。 5)利用等离子能炼铁,该法还处于半工业性实验阶段,使用该法的目的是为了取 消烧结,减少焦炭和优质煤用量,避免环境污染,灵活使用电能。 6)利用等离子能熔炼铁合金,其优点是热量输入分布均匀,可以以煤代焦炭。

  等离子电弧炉外形和普通(pǔtōng)电弧炉相似,它以等离子枪为一个电极, 另一极埋在炉底。用感应线年美国联合碳化物公司麦可洛设 计的140kg及900kg炉子是最早的炉型。炉子可以是敞开的,也可以是密封的, 如图1、图2所示。

  图2 密封式等离子电弧炉示意图 1-观察孔;2-喷枪;3-操作孔;4-炉盖;5-出钢口;6-电 磁搅拌线-钍钨极;12-辅助阳极;13-等离子弧

  由图1和2可见,等离子电弧炉由喷枪和炉体两大部分组戍。 喷枪由水冷铜喷嘴及水冷铈钨棒或钍钨棒电极组成。喷嘴对电弧施加压缩并作为产生 非转移弧的辅助阳极。铈钨棒或钍钨棒作阴极。喷嘴和阴极之间绝缘但允许(yǔnxǔ)氩气通 过,氩气从喷枪上部经喷枪套管流向炉内,电离成等离子体。在熔炼过程中,必须防止后 续铜管漏水。为此,一方面要保证铈钨极与后续铜管间的焊接质量,另一方面必须注意阴 极消耗情况,及时更换。 炉体包括水冷炉盖,用耐火材料砌成的炉壁及炉底。炉底埋有石墨电极或铜制水 冷电极作为阳极。为使金属熔池温度均匀、成分均匀,埋有电磁搅拌线圈。为便于装 料、造渣、取样、测温等操作,设有炉门。象普通电弧炉一样,等离子电弧炉设有出 钢榴。由于熔炼过程中炉内温度不均匀,必须很好地注意保持合理的金属熔池或炉膛 形状,及时补炉。

  熔炼时,先在铈钨极或钍钨极与喷嘴之间加上直流电压,再通入氩气,然后用并联的高频 引弧器引弧。高频电击穿间隙,将氩气电离,产生非转移弧,亦称“小弧”。接着,再在阴极 与炉底阳极之间加上直流电压,并降低喷枪,使非转移弧逐渐接近炉料。这样,阴极与金属科 之间就会起弧,此弧称为转移弧,亦称“大弧”,一候转移弧形成,喷嘴阴极间电路即切断, 非转移弧就熄灭。可见,直流等离子电弧炉是以转移弧为工作电弧的。转移弧又称“主弧”。 在熔炼非金属材料时,由于固态炉料不导电,可用非转移弧熔化。

  等离子电弧炉最重要的工艺参数是主弧电压、主弧电流和氩气流量。随着炉料 的熔化,弧电压、电流会有所被动,为保证熔炼的正常进行,必须控制电压与电流 稳定(wěndìng)。为此,可通过升降喷枪和控制饱和电抗器电流来控制主弧电流。当 电流稳定(wěndìng)时,电压相应亦稳定(wěndìng)。氩气流量则通过流量计来控制。

  图3 等离子电弧(diànhú)熔炼原理及设备示意图 熔炼时,炉子可通氩气保护,也可不密封进行如普通电弧炉那样的氧化还原操作。在后一种情况下, 要适当造渣覆盖钢液面以防止氧化、吸气。为脱硫,还可以造碱性渣并采用换渣操作。如需炉中调整成分 时,必须加速炉中取样分析过程,由于熔炼过程中化学反应速度快,如分析速度跟不上,成分就控制不住。 另外,由于金属液通常过热到较高温度,必须注意出钢和浇注温度的控制。

  1983年10月奥地利奥钢联公司建成一台公称容量45t的PAF炉,该炉子具 有四支4600~8100kw的等离子枪,被安装在炉墙内,与熔池呈一定倾斜度。等离子枪

  可调整及拆卸维修。等离子弧在钨阴极和炉底中心的阳极间燃烧(ránshāo),等离子弧长 约1m,每支枪的电流约9kA,枪的寿命达2000h,炉底阳极寿命达700炉,年产15万吨 钢。

  德国弗瑞特勒(tè lè)(Fretal)厂于1972年建成15tPAF炉,于1977年建成35t PAF炉,到1979年用等离子电弧炉生产了50多万吨钢,15t及30t等离子电弧炉 的主要参数如下表1。

  这一特点使得等离子电弧炉能够熔炼难熔及活泼金属(jīnshǔ)(W、Mo、Nb、 Zr、Ti等)和它们的合金。

  这一特点也使得熔炼过程中铁耗小(约2%)、合金收得率高。尤其值得 指出的是,在这种炉子中,易挥发元素(如Mn)的收得率可优于真空熔 炼。各种元素的收得率如表2所示。

  等离子电弧炉不象普通电弧炉那样用石墨电极来熔化金属,当采用铜制水冷阳极时, 在加热和精炼中,没有增碳的可能性。而且利用等离子超高温及电弧中氧电离(diànlí)使氧 的活性提高,比真空感应炉熔炼超低碳不锈钢更灵活,熔炼含碳 0.008%的Ni-Cr 不锈钢, 其抗蚀性达到真空感应炉水平。

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