各种熔炼炉的发展历史

    电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。按电能转换热能方式的差异，电炉可分为：电渣重熔炉——利用电阻热；感应熔炼炉——利用电磁感应；电子束炉——依靠电子碰撞；等离子炉——利用等离子弧；电弧炉——利用高温电弧。

    1、电渣重熔炉

     电渣冶金起源于美国，1940年霍普金斯取得了发明专利。但是由于当时技术上的封闭和不成熟，以及理论上存在着电渣冶金是埋弧过程的错误的主导思想，致使电渣冶金的发展长期处于停滞状态。

     现代电渣冶金技术是由前苏联发展起来的。乌克兰巴顿电焊研究院在埋弧焊接过程中偶然发现，过多的渣液会使电弧熄灭，并使操纵变得平稳，于是发明了电渣焊。并在电渣焊的基础上开发出电渣冶金技术。1958年，乌克兰德聂泊尔特钢厂建成了世界第一台0.5t产业电渣炉，使电渣冶金进进了产业化生产进程。

     进入六十年代，出于航空航天及武器装备的需要，苏联对电渣冶金开展了大量的研究工作，并曾一度把发展电渣冶金作为苏联的第二党纲，极大地推动了电渣冶金的发展。而美国和西欧的一些国家，在真空电弧重熔与电渣重熔经历了七年激烈竞争后确认，电渣重熔不仅设备简单，易于操纵，本钱较低，在质量方面，除排气不及真空电弧重熔外，结晶组织、钢锭表面、脱硫及排除夹杂物的能力均优于真空电弧重熔。因此，很多航空材料转向由电渣重熔设备生产。一些生产真空冶金设备的专业厂家如美国的Consarc公司，西德的Loybold-Hereaus公司及奥地利的BohClr公司等，也都转向生产电渣炉。由于很多国家都致力于发展电渣冶金，六、七十年代是电渣冶金奔腾发展的年代。

     多年来，国外电渣冶金已不满足于一般电渣锭的生产，在产业技术成熟的基础上向着更深更广的领域发展，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。已开发出的工艺技术有：电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸及快速电渣重熔等。

     随着电渣冶金的发展及金属材料要求的不断进步，钢锭大型化已成为电渣冶金发展的必然趋势。最初各国产业电渣炉容量仅为0.5t，大一些的一般也不超过3吨。八十年代中期，很多国家都有了50吨以上的电渣炉，就连印度这样的发展中国家也建立了88吨电渣炉。目前，世界上最大的电渣炉是我国上海电气重工集团上海重型机器厂有限公司自主创新、开发研制的450吨电渣重熔炉。世界上最大的电渣钢生产厂家是乌克兰德聂泊尔特钢厂，该厂拥有22台电渣炉和年产10万吨电渣钢的生产能力。 

     我国是世界上电渣冶金起步较早的国家之一。1960年，重庆特殊钢厂、大冶特殊钢厂、大连钢厂及上钢五厂的电渣炉先后建成投产。紧随其后齐齐哈尔钢厂、抚顺钢厂等产业电渣炉相继建成投产。四十多年来，我国电渣冶金始终保持着旺盛的发展趋势势。随着我国科学技术突飞猛进的发展，航天航海、汽车制造、石油化工、电站建设、核设施、机械制造等诸多行业，以及军工事业的发展、产品更新换代、列车提速等诸多环节都对钢的质量提出越来越高的要求。电渣钢以其金属纯净度高、组织致密、成分均匀、金属各向异性小、钢锭表面光洁及成材率高等特点，进一步显现出勃勃生机。

    2、感应炉

     利用电磁感应原理熔化金属的工业炉。感应炉采用的交流电源有工频 (50或60赫)、中频(60～10000赫)和高频（高于10000赫）3种。

     1899年瑞典研制出第一台有芯感应炉。20世纪初，德国、瑞典、意大利开始试制中频电炉，1927年出现了中频感应炉。从此感应炉的数量和容量开始增加。无芯工频感应炉出现较晚，但在第二次世界大战后得到迅速发展。1966年瑞士研制出可控硅中频感应炉。这种炉子的电效率高，容易实现自动控制。

    3、电子束炉

     电子束熔炼指的是在高真空下将高速电子束流的动能转换为热能作为热源来进行金属熔炼的一种真空熔炼方法。简称EBM。

     1905年德国的西门子(Siemens)公司和Haisko用电子束熔炼钽首次获得成功，重熔锭的纯度和加工性能都优于真空电弧炉重熔的锭子。但当时世界上的真空技术发展水平还很低，从而影响了电子束熔炼技术的发展。直到20世纪50年代，美国的To-moscai公司才将电子束熔炼发展到工业化生产规模，引起了世界各国的关注。几个工业发达国家相继开展了电子束炉的研制工作，其中美国和德国发展最快。这样，电子束熔炼也就发展成为一种新的特种冶金技术。中国是1958年开始电子束熔炼炉的研究和试制工作的。到了60年代已经具备了工业化生产的规模。

    4、等离子束炉

    等离子炉是利用气体电离所产生的等离子体的能量进行加热的一种电炉。等离子炉是20世纪60年代发展起来的，此后得到较快的发展。等离子炉可用来熔炼钨、钼、铌、钛、锆等难熔金属和活泼金属，也可用来熔炼工具钢，耐热钢，耐蚀钢、高强度钢等优质钢。

    5、电弧炉

     通过金属电极或非金属电极产生电弧加热的工业炉叫做电弧炉。  

     电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。

     1903年， 英国人W.V. 伯顿(W.V. Bolton)首次使用自耗电极在真空充氩气氛下进行了钽的熔炼。第二次世界大战后，由于钛生产的需要，真空电弧炉首先在美国得到工业应用。1949～1953年美国人杰伯特 (Gillbert)成功地进行了海绵Zr、Ti的真空电弧熔炼。50年代中期， 由于导弹、重型武器装备生产的需要， 真空电弧炉开始用于高级合金钢和高温合金的重熔。1957年用于特殊钢熔炼的真空电弧炉在美国的Allegheny Ludlum Steel公司和UniversalCyclope公司投入工业运行。同年，联邦德国、日本等国也相继成功地研制出特殊钢熔炼用真空电弧炉， 并投入工业运行。

    80年代初，美国特种金属公司(SpecialMetals Corp) 研制出采用两根水平布置的自耗电极取代传统真空自耗炉中单根垂直悬挂的自耗电极，靠两根电极极间的电弧来熔化金属的真空电弧双电极重熔炉。此炉的主要优点是：①可生产超细晶粒的高温合金钢锭；②电耗低。1989年能够生产⏀300 mm、重2 t锭子的真空电弧双电极重熔炉在美国投入工业运行。20世纪末，世界上容量最大的真空电弧炉是美国Midvale-Heppenstall公司于1961年设置、1962年实施技术改造的特殊钢熔炼用52 t真空电弧炉，可以用于⏀1520 mm钢锭的重熔。

    中国于20世纪60年代开始研究、制造真空电弧炉。60年代中期，西安电炉研究所与长春电炉厂合作为长城钢厂设计、制造了3000 kg真空自耗炉。中国生产并投入使用的真空电弧炉主要有250、1000、3000 kg等几种规格。另外，中国还拥有可熔铸重15 t钛锭的真空自耗炉和铸件重达1 t的凝壳式真空电弧熔铸炉等。

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