真空重熔真空装置

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1、钛精炼真空系统：真空泵新技术述评2010年02月刊　浏览次数：81SimonBruce—Edwards有限公司；英国西苏塞克斯在全世界的航空、发电和化工等高技术行业中，钛及其合金是核心部件的重要材料。如今，在钛的提取、制造和精炼以及新式钛合金和新用途的开发等方面的投入逐年增加,旨在提高精炼工艺效率和促进钛合金普及的设备和技术也不断被开发出来，使钛的应用范围日益扩大。用于冶金工艺的大型(1,000立方米/小时)双端干式螺杆真空泵(型号为IDX1000)在工艺过程中利用真空条件将材料与空气隔绝，避免钛在高温下与空气中的成分发生反应和被其污染，是钛

2、的精炼和提纯工艺所面临的主要课题。真空泵技术的不断发展，加上特种真空泵系统的设计创新，使真空电弧重熔和近来的感应凝壳熔炼受益匪浅。这两种主要的钛精炼工艺所使用的真空泵系统取得了一些新的技术成果，本文对此加以介绍。真空电弧重熔真空电弧重熔(VAR)炉被用来提纯像钛(Ti)这样的活性金属。利用待提纯的海绵钛、钛废料和洁净的回收金属钛制成一根长电极，然后将其放在真空室内一个接地的水冷铜模上方。两者之间产生一道直流电弧，将钛电极的末端熔化。随着熔融金属不断落入铜模，电极逐渐被消耗，而提纯的钛锭在下方逐渐增大。这样的熔炼操作通常需要进行两次，以确保钛达

3、到期望的纯度和冶金结构。在VAR炉内的真空条件下用电弧熔化，相比于感应熔化技术具有许多优点。它完全避免了与空气成分的接触，能够有效去除溶解气体(比如氢和氮)以及轻金属杂质。还可以对提纯的钛锭进行定向凝固。钛VAR炉内部的工作压力必须达到1x10-2毫巴–1x10-3毫巴甚至更低，因此，真空泵必须具有足够的能力以保证充分去除产生的所有气态杂质。工艺过程中产生的粉尘和颗粒物会被气流带入真空泵。如果在制作电极时使用了大量的海绵钛原料，还会遇到产生氯化物的问题，从而在抽出的气体排入大气时可能出现腐蚀现象。图1.中型钛VAR炉配备的传统真空泵系统示意图

4、传统VAR系统采用真空传统的钛VAR炉真空泵系统采用了蒸汽增压泵，它能够在气体负荷大和颗粒物含量高的情况下保持极低的工作压力。蒸汽增压泵是一种成熟而独特的设备，但作为“次级”泵，它们需要由其他能够将抽出的气体排入大气的真空泵提供支持。图1示意了一种典型的钛VAR炉系统。前级泵通常是一对机械增压泵和干式主泵的组合，用于真空炉的初级降压(“粗抽”)，目的是达到蒸汽增压泵可以开始运转的压力。这种传统系统的主要优点是，即使存在着产生自工艺的灰尘，采用蒸汽增压泵也是在极低的压力下稳定保持高抽速的一种经济的手段。灰尘颗粒被简单地吸入蒸汽增压泵的泵油内，并

5、且沉降到泵油槽的底部。图2.一种典型的VAR真空泵系统中两台18B4型蒸汽增压泵与其EH4200>GV600型前级泵抽速曲线的比较压力/托图3.大型钛电极等离子焊接室的真空系统(包括两组泵)示意图A线B线减压阀氩气管线F1和F2：拉西环式过滤器…另外，在前级泵组合中使用干式机械主泵比使用传统的油封式(“湿式”)主泵更容易清理灰尘，真空性能更稳定，维护工作量更少。由于干式主泵在热态下运转，也降低了氯化物杂质在抽出的气体中凝结并产生腐蚀作用的风险。图2给出了一种典型的VAR真空泵系统中蒸汽增压泵和前级泵组合的抽速曲线。电极等离子焊接系统粗钛电极的

6、制作也是在真空下进行的。电极可以使用新原料(比如洁净的海绵钛)加上适当的合金添加剂制成，或者可以使用经过仔细检查和清理的钛废料和下脚料(也叫“返回料”)制成。一般来说，新的海绵钛原料需要先被制成压块，然后再将其焊接成一根长电极。另外，许多大块返回料可以直接焊接成一根电极。在氩气氛下进行氩等离子焊接，是制作钛电极的常用方法。为了避免在极高的焊接温度下生成氧化物或氮化物的风险，在开始焊接前从焊接室内和材料中彻底排除空气是非常关键的。典型的压块等离子焊接炉均配备真空泵系统，以便将空气抽除到0.1毫巴以下，并且在焊接过程中控制焊接室内的氩气压力。图3

7、和图4给出了一个典型的例子。这种干式泵系统由两套泵组成，它们有各自的管线，分别由一台大型过滤器(图3中的F1和F2)加以保护。过滤器被干式填料环(比如拉西环或鲍尔环)部分装满，它们在高流速下捕获等离子焊接工艺所产生的大量颗粒物的效果十分理想。由于压块材料的表面积很大，随后抽真空时的抽气负荷很高，所以，需要一套能够快速达到10毫巴到0.1毫巴范围的泵系统。为此，使用了两组大型机械增压泵(HV8000型)和大型干式主泵(IDX1000型)。开始抽真空时，这两组泵都需要启动，抽气时间一般为30到50分钟。之后，炉内重新充入纯氩，达到略微高于大气压力

8、的水平，以确保不会再次进入空气。然后，开始进行等离子焊接，这一过程可能会持续数小时。在焊接期间，只有一台干式泵保持运转(图3中A线的IDX1000)。这样，由于炉内