感應殼熔煉

簡介

感應殼熔煉(Induction melting)是一種採用水冷分瓣銅坩堝對物料進行真空感應熔煉的方法。銅坩堝分瓣的目的是為了避免導電的坩堝對電磁場產生禁止作用；水冷的目的是為了使坩堝壁溫度保持在冷態，避免熔池中熔料與坩堝發生物理和化學反應。

坩堝結構

典型的坩堝結構見圖1。

簡史

冷坩堝熔煉起始於感應電渣熔煉技術，感應電渣熔煉是20世紀60年代美國為回收鈦廢料發展起來的技術，該技術採用分瓣水冷銅坩堝對鈦合金進行感應熔煉，熔化過程加入鹽類，如氟化鈣(CaF₂)，在熔體和坩堝瓣之間起絕緣作用。由於鹽渣會被帶入凝固金屬中造成污染。因此一直試圖減少渣量，最終發現通過適當地控制坩堝和感應器的參數，可以完全取消絕緣用渣，熔體和坩堝瓣間也不會起弧。開始階段這種無渣、分瓣水冷銅坩堝感應熔煉技術在熔煉過程中爐底往往形成較大的凝殼，故稱之為感應殼熔煉。

主要特點

經過進一步的發展，凝殼可以減小以至完全消除，故簡稱為冷坩堝熔煉技術。冷坩堝熔煉被認為是下一世紀的熔煉技術，其主要特點有：

(1)它能夠在無坩堝材料污染環境下對材料進行熔煉和處理，因為在熔煉過程中熔體和坩堝壁處於非接觸狀態，坩堝壁溫度處於冷態，熔體和坩堝爆壁間不會發生任何形式的相互作用；

(2)該技術採用感應加熱方式，熔體在加熱過程被攪拌，可獲得均勻的過熱度和化學成分；

(3)由於銅坩堝一直處於冷態並且不與熔體接觸，因此坩堝可以和高熔點或活潑性元素熔體共存；

(4)該技術可用於真空或任何氣氛下，因此冷坩堝技術特別適用於熔煉活潑金屬、高純金屬、難熔合金和放射性材料等。

這一技術由於其先進性而被廣泛研究並迅速工業化。俄羅斯、美國、德國、日本、中國都開始有工業化裝置出售，其中以俄羅斯技術最為突出，據報導前蘇聯已研究成功容量達1500L，最高工作溫度為2600℃的冷坩堝設備。該技術已成功地套用到熔煉、鑄造、制粉、噴射成型及金屬提純等工業領域。後來還出現了冷坩堝懸浮熔煉技術，通常的巷浮熔煉技術，物料置於半球形高頻感應線圈中進行無坩堝熔煉，熔體僅限於幾克到十幾克，引入水冷坩堝後，通過採用不同頻率段感應，上部採用較高頻率加熱熔體，下部採用較低頻率增加對物料懸浮力，最大懸浮熔煉能力已達到2000g以上。