将电弧等离子体技术应用于冶金领域

电弧等离子体的特点是: 温度高、能量集中、功率可调、气氛可控、无电极损耗、噪音低、设备简单、电热转换效率高等，是一种特殊的洁净的高温热源。电弧等离子体炬从根本上取消了石墨电极，并可人为地将等离子体气氛控制为氧化气氛、还原气氛或惰性气氛，而且气氛纯净，为高质量冶炼提供了优良环境，是特种合金材料冶炼最理想的热源之一，适应于多品种、小批量、灵活多变的生产特点。

　　中国科学技术大学万树德等人将其实际应用于材料冶炼生产中，显现出该技术在冶金领域的广阔应用前景。

　　一. 超低碳不锈钢等离子体冶炼

　　该冶炼系统是直接在 1 t 中频感应炉钢水包上方加等离子体加热器，组成中频感应等离子体熔炼炉。1992 年在无锡一家企业用于生产超低碳不锈钢。中频感应炉用于熔化装入炉内的固体原料，待原料溶化后再进行等离子体冶炼。等离子体炬中心通保护性气体 Ar，保护阴极不被氧化; 四周通 O2气作为反应物质。氧在放电形成等离子体中是以离子或原子状态存在，具有非常强的氧化性。通过底吹 Ar 搅拌钢水。钢水中的碳在高温氧等离子体中氧化，达到提纯的目的。冶炼效果明显，生产得到的不锈钢产品中 w(C) ≤ 4×10-6。 产品用于生产有特殊要求的阀门的阀体。

　　二. 连铸中间包等离子体加热

　　常规工艺下，由于连铸生产过程长，钢水温降大，为了保证连铸能够正常进行，需要有较高的出钢过热度，从而增加铁损并牺牲炉龄; 同时由于浇注过程钢水温度不断变化，难以保证钢坯质量稳定。连铸中间包等离子体加热提供了解决上述问题的最优手段。利用等离子体加热系统进行中间包钢水加热，可以实现近似恒温浇注，降低出钢过热度，从而带来的好处有: 1. 低过热度浇注提高浇注速度，从而提高浇注效率；2. 近似恒温浇注大大提高钢坯质量，减少偏析及柱状晶的形成；3. 降低出钢过热度，减少铁损提高炉龄，降低成本提高生产率; 4. 减少中间包钢水残留量，降低低温回炉率；5. 减少水口赌塞。自行研制的1000 kW连铸中间包等离子体加热系统于1994年成功用于马钢某连铸机中间包钢水加热。

　　三. 高强度高耐热钢等离子体熔炼

　　2003年，自行研制的500 kW 高强度高耐热高Ni合金钢等离子体熔炼系统在上海一家企业投入生产。生产流程为: (1) 用 2 t 中频炉将原料熔化并熔炼4 h，取样检测并调好合金配比；(2) 将钢水倒入烘热的钢水包吊装到垂直连铸生产工位，用 Ar 电弧等离子体继续冶炼 20 min，在此过程中加入特种合金材料或渣料，高温等离子体使钢水表面渣料融化，再通过底吹 Ar 搅拌使钢水温度、合金材料成分均匀。通过这种特殊冶炼方法所获得的材料具有高强度、高耐热性能。产品已用于我国最大型水利工程大坝船闸导轨、大型舰船螺旋桨、涡轮发动机叶轮叶片制造等。