电磁悬浮真空熔铸技术的应用进展

　　概念及现状

　　随着高端材料需求日趋旺盛及技术装备水平的不断提高，近五年，国内的冷坩埚悬浮真空熔炼技术发展迅速，各应用领域的论文和会议报告数量显著增加。在不同应用领域，悬浮炉和冷坩埚悬浮炉所表达的含义有所不同。

　　电磁线圈悬浮熔炼(ELM)技术始于上世纪20年代的德国，由单频率(或多频率)线圈组实现悬浮熔炼，对于一些材料来说，悬浮也可由直流磁场获得。

　　由于熔体在坩埚内可进行较多的工艺步骤，上世纪50年代，美国推出了冷坩埚悬浮熔炼(CCLM)技术。小容量冷坩埚悬浮熔炼，由单频率多匝电磁线圈实现;大容量的冷坩埚悬浮熔炼，依靠多频率电磁线圈组完成，若采用单频率多匝线圈，在典型的电源功率下，由于熔体重量较大，电磁悬浮力只能将熔体推离坩埚壁，熔体底部与冷坩埚接触，凝固成壳，即感应凝壳熔炼(ISM、ISR)，也称为半(semi-levitation)悬浮熔炼。

　　冷坩埚悬浮熔炼技术的出现推动了高纯、难熔、高活性、放射性等材料制备技术的发展。在冷坩埚悬浮熔炼过程中，熔体不与水冷壁接触，在真空环境下运行时，热量传递以辐射为主，熔体容易获得较高过热度，它所能获得的高温度，主要与材料、电源、坩埚与电磁线圈的设计特征有关。此外，补偿热源的增加(如等离子枪、激光器)对高温的获得也变得更加灵活。

　　大同制钢株式会社率先研制出的大型冷坩埚半悬浮熔炼(ISM)底注装置，已用于钛合金、钒合金、钼、铌、钽等材料型材的短工艺流程制备，工艺路线大为缩短，可实现节能减排、减少成本。该设备配置冷坩埚容积约240L，电源功率2400kW，频率800Hz，可熔化500kg钛材。国内某单位已于近年开展该领域的研究工作。

　　国内，对100kg(以钛计)及以上的ISM装置的需求日趋增多，引进或研制该类大型工艺装备，对于提升国内高端金属结构件的研制水平意义重大。国外，CCLM设备的研制集中在美、俄、日、德、法、英等国家及其相关企业分支机构，应用涉及航空航天、舰艇、汽车、核电储氢、医疗体育、增材制造等领域。