真空感应熔炼和铸造
真空感应熔炼炉（VIM-VIDP）装炉量从1公斤至30吨
在二次冶炼中，真空感应熔炼（VIM）是最常用的工艺，二次冶炼主要针对精炼、液态处理、化学成分和温度的调整。 为了满足对最终材料日益增长的质量要求，同时
• 提高产量从而节省原材料，比如合金元素；
• 节省能源，
在感应熔炼工艺中应用真空已成为生产许多特种材料的必须方式。 例如，真空感应熔炼在制造特种合金过程中不可或缺，特种合金必须在真空中或在惰性气体环境中进行熔炼，因为它们易与环境中的氧发生反应。 该工艺适用于在无氧环境中生产高质量的金属。 可抑制非金属氧化夹杂物的形成。
真空感应熔炉可对金属有效脱气，更加精确地调节合金成分，因为温度、真空、气氛、压力和材料迁移（例如通过熔池搅拌）可独立地进行调节。 除了合金元素的精确成份含量外，微量元素对于许多合金也极为重要。
在VIM/VIDP熔炉中进行产品铸造的当前处理流程 | |||||||||||||||||||||
冶炼优势为：
• 可在无氧气氛中熔炼，可限制非金属氧化夹杂物的形成并且避免反应成份发生氧化；
• 非常精密的成分误差和气体含量；
• 用高蒸气压力去除不需要的微量元素；
• 去除溶解气体，例如氧、氢和氮；
• 调节精确且均匀的合金组成和熔化温度。
基于此原因，冶金操作受到限制，例如除磷和除硫。 VIM冶金术最初针对与压力有关的反应，例如碳、氧、氮和氢的反应。 在真空感应炉中去除有害的挥发性微量元素锑、碲、硒和铋等在实践中具有重要意义。
精确监控与压力有关的过量碳反应来完成还原，这是利用VIM工艺的常用的进行生产的例子，例如高温合金的生产。 除了高温合金外，也在真空感应炉中对材料进行除碳、除硫或选择性蒸馏，从而满足规范和保证材料性能。 由于不需要的微量元素将产生较高的蒸气压力，因此在真空感应熔炼过程中需通过蒸馏保持较低的浓度，尤其是对于在更高的操作温度下具有极高挥发压的合金。 对于必须满足最高质量要求的各种合金，真空感应是最为适用的熔炼系统。
根据产品和冶炼工艺，在精炼过程中，真空度应在10-1至10-4毫巴。
以下方法很容易与VIM系统结合使用，生成干净的
熔融金属：
• 气氛控制，较低的泄漏率和解吸速率；
• 坩埚内衬应选用更加稳定的难熔材料；
• 利用电磁搅拌或吹气进行搅动和均匀化；
• 精确控制温度将坩埚与熔融物的反应降至最低；
• 在浇铸过程中使用合适的除渣和过滤技术；
• 为了更好的去除氧化物，应使用合适的流槽和中间包。
对于特殊的应用（也就是旋转式发动机部件），通过VIM生产的材料的质量为基本熔炼步骤中的关键因素，但是仍不足以满足与清洁度和原始构造相关的最高要求。 利用VIM生产的材料必须经历重熔和再凝固步骤，正如在ALD重熔技术一章中所描述。 对于最高级的质量要求，材料必须经过若干精炼步骤，比如三次熔炼工艺，包括连续VIM（真空感应熔炼）、ESR（电渣重熔）和VAR（真空电弧重熔）工艺。
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1. 取样，2. 温度测量，3. 有效除气/蒸馏，4. 三相电磁搅拌，用于精炼过程中熔池的运动。 | ||||||
ALD真空感应熔炼和铸造炉的生产范围
VIM熔炉中得铸造重量从1公斤至30吨或更多，这取决于熔炉是用于精密铸造还是用于进一步处理所需的钢锭或电极的生产。 利用大量的可选条件，VIM熔炉可以进行定制生产，满足特殊需要。
ALD和它的前身，Leybold-Heraeus已为世界设计和制造了2000多台VIM熔炉并投入了使用。.
VIM应用优势
在金属生产中，ALD真空感应熔炼炉需求旺盛，主要取决于以下优势：
• 配置尺寸不同的坩埚，具有很高的灵活性；
• 针对不同类型的钢和合金，改变程序；
• 降低由于氧化造成的合金元素损失；
• 非常精密的成分误差；
• 精确的温度控制；
• 灰尘对环境污染影响较小；
• 利用高蒸气压力去除不需要的微量元素；
• 去除溶解气，例如氢和氮；
• 选择真空、控制气氛、正常气氛或活性气氛；
• 选择不同的真空泵抽气系统；
• 操作安全性高和可接近性良好；
• 标准配件和选用件的范围宽；
• 可靠性高且生产率高。
| 自动程控系统的安装提供了最佳的熔融金属再现性。 |
VIM室型熔炉生产线
生产线基于室式VIM（真空感应冶炼）或VIM-VIDP一体式熔炉设计。 根据生产和经济要求，VIM熔炉技术可通过不同的方式进行扩展。 包括：
VIM 02–4000 | 真空感应熔炼 | |
VIM–VIDP | 在0.2至4000升的坩埚内进行；基本设备 | |
VIM–MT | 带铸模处理 | |
VIM–VCC | 带垂直连续铸造 | |
VIM–HCC | 带水平连续铸造 | |
VIM–DS | 带定向凝固 | |
VIM–FC | 带薄片铸造 | |
VIM–HMC | 带分离的水平或垂直铸模室 | |
VIM–P | 带过压操作 | |
VIDIST | 带真空感应蒸馏 | |
VID | 真空感应除气 |
1. 实验室真空感应熔炼炉。 基本设备为单室系统，含有一个可倾倒坩埚、一个垂直铸模室、一个真空泵装置和一个冶炼电源。 2. 用于试生产的小型真空感应熔炼（VIM）炉 | ||||
ALD提供完整的VIM熔炉生产线，加料重量从1公斤至30吨，用于制造：
• 半成品，例如：
- 线、条和棒
- 钢锭和电极
- 靶材料
- 构件
- 粉末
通过以下程序：
• 铸模铸造
• 连续铸造
• 离心铸造
• 粉末生产
• 喷射成形
• 真空感应蒸馏
用于：
• 研发
• 电子工业
• 齿科材料
• 汽车和航空航天工业
• 黑色金属工业
• 有色金属工业
• 贵金属工业
1. VIM-VMC熔炉，配有垂直铸模室系统，2. VIM-VMC VIM-VMC熔炉为2室设计，具有一个垂直铸模室。3. VIM-VCC 在惰性气体中利用垂直连续铸造技术进行真空感应熔炼，防止铸造的线材、棒材或条材的表面发生氧化。4. VIM-VCC 垂直连续条材或线材铸造 | ||||
较大标准VIM室系统的比较
ALD专业于根据客户的特殊需要定制开发和实施系统设计。 熔炉装有辅助组件，用于加料、取样、温度测量、熔炼搅拌等，这些设施服务于熔炼处理、铸模转盘或运模车等。除了这些“设计”方案外，ALD也提供各种基本方案，它们的设计在相互之间具有根本的不同。
1. VIM-VMC熔炉，配有垂直铸模室系统，2. VIM 典型加料重量： 0.5–15吨，具有垂直熔炼室的单室系统。3. VIM-HMC 典型加料重量： 0.5-20吨；配备水平铸模室的双室系统。 | ||||||||
4. VIM，具有流槽系统 双室系统，一个转盘用于短钢锭，另一个用于长钢锭。 可更换的加热流槽。 5. VIM 带底吹系统 为了利用气体处理熔炼，VIM熔炉可装配中间包预热装置和一个坩埚气体底吹装置。 用于研发目的的氧气吹扫也可实现。 6. 1 - 20吨。 VIM熔炉，单室系统，具有水平熔炼室和侧向移动的炉门，用于坩埚盘管。 | ||||||||
7. VIM 双门布置 典型加料重量： 5-30吨。 具有水平熔炼室的双室系统和两个可交换的感应炉体。 8. VIM-HMC 多室系统，具有侧向可移动门和熔炉移入系统，便于维修。 液压倾炉装置和电缆安排在大气中。 9. VIM-V 6、4/6 t，生产铁-镍电/磁材料的。 | ||||||||
10. VIM-V 6、25 t，带有独立铸模室的熔炼/铸造室，用于生产高温高强合金。 11. VIDP 熔炉，用于生产高温合金棒条 Ø 40 - 200毫米。 12. VID - 真空感应脱气 VID熔炉设计紧凑，炉室容积较小，适用于炼钢厂和铸造厂。 适合液体和固体加料。 VID可用于特种钢和有色金属的熔炼和脱气，在大气环境下倒入钢包或铸模中。 标准熔炉的生产能力为1至15吨。 | ||||||||
13. VIDP – 8t熔炉，用于连续铸造，Doncaster（Ross & Catherall公司） Sheffield。 14. 3 t VIM VID 300，Hanau Germany Vacuumschmelze。 可倾斜紧凑式炉室 在气氛或惰性气体压力下铸造。 | ||||||||
VIDP特点
小熔炉容积
• 减少吸气表面
• 更小的真空泵系统
• 熔炉气氛的更好控制
• 更低的惰性气体消耗
更高的灵活性
• 一系列可交换的相对低位的炉体
• 适合多种浇注工艺（钢锭铸造、水平连续铸造、金属粉生产）
• 装置可进行模块化扩大
• 连接至多铸造室
快速熔炉变化
• 利用热坩埚，时间不大于1小时
• 更优良的操作性
• 可提高生产率至25%
• 快速合金加料
• 独立的坩埚拆卸和换炉衬站
• 坩埚的真空干燥
易于维护
• 电缆和液压管道位于熔炼室之外– 泄漏不影响真空
• 真空泵维护更加简单，过滤系统非常有效
• 更小的真空泵系统
• 经过试用和测试的部件
• 预防性故障诊断
• 无大型真空室需清洁
系统设计
| 与传统VIM室熔炉比较，VIDP具有设计紧凑的特点，熔炼室容积较小，不同的铸模室具有多样的连接能力和有效的成本控制。 VIDP原理基于模块化设计，可延伸至在真空或保护气体中进行熔炼和铸造。 利用陶瓷流槽实现铸造工艺，陶瓷流槽通过一个浇注通道将液体金属输送至铸造（铸模）室。 |
利用VIDP原理，开拓了一条比VIM炉型在控制气氛下生产所有高级金属和合金的经济之路。 具体说，1吨至30吨的系统用于以下产品的生产：
• 高质量的高温合金或特种钢；
• 临界铜合金和无氧铜。
可在此处找到一个有关VIDP的视频。
1. 在ThyssenKrupp VDM的VIDP生产装置2. 用于钢锭铸造的VIDP生产装置全视图 | ||||
