等離子感應(yīng)爐是近些年出現(xiàn)的一種新的冶煉設(shè)備。它是普通感應(yīng)電爐和等離子弧加熱裝置組合而成。它避免了普通感應(yīng)爐的冷渣和無(wú)保護(hù)氣氛的缺點(diǎn)，從而顯著地提高了感應(yīng)爐的精煉能力。國(guó)外于六十代開(kāi)始研制，到七十年代建成容量為2噸的生產(chǎn)用等離子感應(yīng)爐。國(guó)內(nèi)建成500公斤等離子感應(yīng)爐，正在研究設(shè)計(jì)較大酌爐子。
等離子感應(yīng)爐主要用生產(chǎn)超低碳和極低碳不銹鋼、精密合金和含鋁、鈦等易氧化元素的高溫合金等。等離子感應(yīng)爐具有較高的精煉能力，冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到或接近真空感應(yīng)爐的水平；它是一種有發(fā)展前途的特殊冶煉設(shè)備。目前正處于發(fā)展階段。等離子感應(yīng)爐由感應(yīng)爐和等離子弧發(fā)生裝置組成。具體組成包括下述部件。
1．感應(yīng)爐爐體結(jié)構(gòu)
等離于感應(yīng)爐爐體可以使用工頻爐或三倍頻爐、中頻爐。
(1)感應(yīng)線圈和坩堝
等離了感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈包括供加熱用線圈和攪拌用線圈。小容量爐子只有加熱線圈困，大容量爐子除加熱線圈外還配有攪拌線圈。感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)形式和普通感應(yīng)爐的相同。坩堝材質(zhì)與普通感應(yīng)爐的相同，不同點(diǎn)是坩堝底部安裝行水冷陽(yáng)極。
(2)爐蓋
等離子感應(yīng)爐的爐蓋是雙層鋼板結(jié)構(gòu)，通水冷卻，內(nèi)襯耐火材料。在爐蓋的中央開(kāi)有一孔，供等離子槍體伸入爐內(nèi)，槍體與爐蓋之間的間隙，用耐熱的石棉制品密封。爐蓋上還裝有加料斗，供加入微量合金元素、脫氧劑、易氧化元素時(shí)使用，加料斗用蓋密封。在冶煉過(guò)程中，為了觀察爐內(nèi)情況，還在爐蓋上安裝有閃頻觀查裝置或帶刷的石英玻璃觀查窗。爐蓋和爐體接觸部分通有冷卻水，共間裝有密封圈，以免大氣滲入爐內(nèi)。
(3)爐殼
爐殼的結(jié)構(gòu)分全封閉式和半封閉式兩種。半封閉式爐完僅使坩堝以上部位封閉，這種爐殼納構(gòu)簡(jiǎn)單。但是坩堝渣線以上部分容易產(chǎn)生裂紋，影響密封性。大多數(shù)小型試驗(yàn)用爐采用這種爐殼。
全封閉式爐殼，將坩堝、感應(yīng)線圈全部封閉在爐殼內(nèi)。這種全封閉式爐殼具有密封性良好、容易控制爐內(nèi)壓強(qiáng)以及精煉效果好等優(yōu)點(diǎn)。但是，這種爐殼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需特別注意解決水、電引進(jìn)處和爐殼的絕緣，以及感應(yīng)線圈周?chē)艌?chǎng)對(duì)爐殼的作用等問(wèn)題。全封閉爐殼可保持10一20毫米水柱正壓。
采用何種爐殼應(yīng)當(dāng)根據(jù)治煉鋼種和實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
(4)出鋼口
出鋼口在冶煉過(guò)程中和大氣隔離開(kāi)，共結(jié)構(gòu)是用鋼管做外套內(nèi)設(shè)耐火材料爐嘴，出口端有密封蓋，出鋼時(shí)取下蓋板進(jìn)行澆注。
(5)滬體傾動(dòng)機(jī)構(gòu)
等離子感應(yīng)爐爐體傾動(dòng)角度應(yīng)當(dāng)大干90度，以使出凈鋼液，通常使用液壓系統(tǒng)傾爐，也有用將通用機(jī)械傾動(dòng)裝置的。
(6)等離子槍升降裝置
等離子槍槍體的升降通常采用液壓驅(qū)動(dòng)，以保證槍體的升降穩(wěn)定。
2．等離子弧發(fā)生裝置
等離子弧發(fā)生裝置是等離子感應(yīng)爐的關(guān)鍵部件。該裝置由以下幾部分組成：等離子槍?zhuān)ぷ麟娫矗饎?dòng)電源，工作氣體凈化系統(tǒng)以及爐底陽(yáng)極、陰極和輔助電極、水冷系統(tǒng)等。
(1)等離子槍
等離了槍根據(jù)其工作原理可分為宜訪和交流兩種類(lèi)型。用于等離子感應(yīng)爐的是直流等離子槍。在直流等離子槍中又分為直流轉(zhuǎn)移弧式和直流非轉(zhuǎn)移弧式兩種。
非轉(zhuǎn)移弧式等離子槍的工作原理是：工作氣體在陰極和陽(yáng)極間直接形成電弧等離子流。轉(zhuǎn)移弧式等離子槍的工作原理足：工作氣體首先在陰極和輔助陽(yáng)極(噴嘴口)之間形成引燃等離子弧，然后特此等離子弧轉(zhuǎn)移至陰極和陽(yáng)極(被加熱物體)之間。這兩種等離子槍均可應(yīng)用于等離子感應(yīng)爐。但是，應(yīng)用較廣的是轉(zhuǎn)移弧式等離子槍?zhuān)錁岓w結(jié)水冷轉(zhuǎn)移弧式等離子槍由下述幾部分構(gòu)成：
1)陰極。等離子槍的陰極是用水冷卻，用作陰極的材料的電子逸出功應(yīng)當(dāng)盡量小，可以在較低的工作電壓下獲得很強(qiáng)的電子流。陰極發(fā)射的電子流強(qiáng)弱，決定等離子槍的功率大小。因此，陰極的材料選用和尺寸是很關(guān)鍵的。可用作陰極的材料有高純石墨、純鎢、鎢一氧化物金屬陶瓷、鎢鈰合金、釷鎢合金等。其中鎢合金因合右放射性元素社，使用過(guò)程隨看陰極材料的稅，
放射性社將進(jìn)入爐氣，退出后造成放射性污染，圍此，正遠(yuǎn)少被其它陰極材料所取代。
隨著在使用過(guò)程中不斷消耗，陰極需要定期進(jìn)行更換，在選擇陰極材料財(cái)，必須考慮它的成本。近期開(kāi)始使用高純石墨、鎢金屬陶瓷等灤價(jià)材料，宋代替成本較尚的飾鎢合余。
2)輔助陽(yáng)極。噴嘴是等離子槍的外套，作為輔助陽(yáng)極，起引燃等離子弧的作用。噴嘴是用導(dǎo)熱性荔很好酌紫銅管焊接而成，中間通水冷卻。噴嘴的壁厚不能太厚，以免影響冷卻效果。
噴嘴的焊接質(zhì)量和幾何尺寸影響到整個(gè)等離子槍的使用性能。必須保證焊接質(zhì)量，不產(chǎn)生滲漏。噴嘴口)和陰極的尺寸選配要適當(dāng)；其間隙大小由等離于他的功率決定。通常允許最大功率為100—150千瓦的等離子槍?zhuān)ぷ麟娏髟?000—1500安培時(shí)，其間隙為2毫米左右。此外，為了保持等離于弧的穩(wěn)定，延長(zhǎng)噴嘴壽命，要求噴嘴口和陰極嚴(yán)格的同心。
3)氣體分流環(huán)。為了保持工作氣體從噴嘴口均勻的噴射，在噴嘴套管和陰極套管之間安裝有均布小孔的圓環(huán)，以便控制工作氣流的均勻性。氣體分流環(huán)用絕緣材科制造，在陰極和輔助陽(yáng)極之間起絕緣和定位作用。
4)陰極和輔助陽(yáng)極的絕緣。等離子槍的工作電壓可達(dá)數(shù)仟伏，要求陰圾和輔助陽(yáng)極之間應(yīng)具備一定的絕緣性能。兩極之間的絕緣是通過(guò)密封墊、壓板(絕緣材料)和氣體分流環(huán)實(shí)現(xiàn)的，必要時(shí)可在氣體分流環(huán)處增加絕緣套管，其長(zhǎng)度大于氣體分流環(huán)。
等離子感應(yīng)爐的容量不能迅速增大的原因之一是受等離子槍功率的限制。目前，最大的等離于槍功率為400千瓦，電流3000安培，安裝在2噸感應(yīng)爐上。因此，設(shè)計(jì)制造大功率的等離子槍?zhuān)墙窈蟀l(fā)展大容量等離子爐的技術(shù)關(guān)鍵。
(2)工作氣體及其凈化漿置
可供產(chǎn)生等離子體的氣體有氫、氮、氬等。各種氣體隨物理化學(xué)性質(zhì)不同，生產(chǎn)的效果也不相同。
(3)工作電源和起動(dòng)電源
1)等離十槍的工作電流為直流電。直流電源可使用直流發(fā)電機(jī)組、變壓器一飽和電抗器一硅整流電源或整流變壓器一可控硅整流電源等。對(duì)直流電源的要求是：
具有陡降的外特性(即怔電流特性)，使等離子槍的工作電流保持穩(wěn)定。
輸出電流；P滑可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍在1：10以上。工作電壓在20—140伏范圍內(nèi)。
2)應(yīng)用品廣的起動(dòng)電源是高頻電火花振蕩器，該電源和直流電源串聯(lián)或并聯(lián)。高頻電源的頻率在，250一2000千赫范圍內(nèi)。直流電源的電壓約100一400伏，容量不超過(guò)20千伏安。
等離子弧的起動(dòng)也可以采用直接啟動(dòng)的方式，帥在陰極與陽(yáng)極間連接鋁絲，通電后引燃等離子弧。不過(guò)這種啟動(dòng)方式容易使陰極燒壞，只適用于非水冷式陽(yáng)極。
(4)陽(yáng)極
陽(yáng)極埋入坩堝底部，又稱(chēng)爐底陽(yáng)極。可分為水冷式和非水冷式兩種結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極材料有石墨、鎢金屬陶瓷、銅(水冷)和不銹鋼(水冷)等。采用石墨陽(yáng)極時(shí)必須考慮石墨使鋼液增碳的問(wèn)題，冶煉超低碳不銹鋼或其它低碳合金時(shí)不能使其石墨陽(yáng)極。水冷銅或不銹鈉陽(yáng)極容易發(fā)生漏水的危險(xiǎn)。金屬陶瓷材料作為陽(yáng)極具有良好的使用性能和很低的稍耗。金屆陶瓷材料具有低的電阻率、傳熱性能良好、耐急冷急熱性能好等優(yōu)點(diǎn)、已開(kāi)始應(yīng)用于等離子感應(yīng)爐的爐底陽(yáng)極。
(5)等離子槍的升降
等離子他的升降通常采用液壓升降裝置，以保證其升降平穩(wěn)。
