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重熔爐的結(jié)構(gòu)組成和工作原理解析

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   重熔爐(VAR)是高真空下在水冷銅結(jié)晶器中用電弧熔化被熔煉材料(自耗電極)直接使它沉積凝固的設(shè)備。由于是順序地一點點地熔煉凝固,依靠真空精煉、夾雜物的上浮分離、凝固組織的改善,質(zhì)量得以提高。原來開發(fā)重熔爐是用于熔煉含鈦一類的高熔點活潑金屬的,I960年前后開始用于熔煉鋼鐵材料,在日本的神戶制鋼所,運行著103kg~25x103kg容量的爐子。
  重熔爐由給水設(shè)備、真空排氣系統(tǒng)、電極驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成。它使用直流電,電極為負(fù)極,結(jié)晶器是正極。真空排氣系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)油泵、機械升壓器、擴散油泵,真空度可達(dá)約10-3Pa(10-5_Hg),熔煉中保持10-1~10$Pa(10-3~10-4mmHg)。熔煉速度因鋼種而異,與供給的電流之關(guān)系是0.45~0.65kg/(kA*_)左右。
  重熔爐由于采用真空精煉,氫、氮、氧等有所降低,但含有易與氮結(jié)合的元素的鋼種,脫氮效率不大,另外真空精煉使夾雜物減少和細(xì)化。其結(jié)果是,韌性改善、沖擊功提高、迀移溫度降低、各向異性減少、疲勞強度和蠕變強度提高??捎脕碇圃祜w機結(jié)構(gòu)材料、氣輪機材料、核反應(yīng)堆零件、軸承鋼等。
  從發(fā)熱原理來說,重熔爐是一種電阻熔煉爐。電渣重熔工藝是電極下端部浸埋在熔融的熔渣中。交流電流通過高電阻渣池時產(chǎn)生大量熱量,它把浸埋在熔融的熔渣中的電部熔化,熔化產(chǎn)生的金屬熔滴穿過渣池滴入金屬熔池,然后被水冷結(jié)晶器冷卻后凝結(jié)成錠。在此過程中,金屬熔滴與高溫高堿度的熔渣充分接觸,產(chǎn)生強烈的冶金化學(xué)反應(yīng),使金屬得到了精煉。重熔爐的關(guān)鍵技術(shù)是熔渣系統(tǒng)。在重熔爐中,熔渣的主要作用有四點,即:熱源作用、保護(hù)作用、成型作用和冶金化學(xué)作用。熔渣的化學(xué)成分對電渣熔煉產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有很大影響。
  熔渣的特點是:(1)具有較高的電阻率,在熔煉過程中能產(chǎn)生足夠的熱量,以保證金屬熔化、升溫和提純。(2)具有一定的堿度,所以其脫氧和脫硫效果好。(3)不含有不穩(wěn)定的氧化物,如MnO、FeO等。(4)具有良好的流動性,以保證高溫下的對流熱交換和液態(tài)物理化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行。(5)具有較低的熔點,一般比被熔金屬的熔點低150-250℃,這使錠子成型良好。(6)具有較高的沸點,以便在高溫下不致大量揮發(fā)掉。

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