純鎳具有優(yōu)良的耐腐蝕性，其對苛性堿腐蝕抗力是無法替代的，同時其兼具優(yōu)良的可加工性、電磁學(xué)性能，因而被廣泛用于化工、海洋裝備、核能、蓄電池等行業(yè)[1-2]。純鎳的熔煉研究始終圍繞著脫氣、脫硫、去除非金屬夾雜、晶粒細(xì)化等提高冶金質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益問題。純鎳的冶煉方法有真空感應(yīng)熔煉(VIM)、真空自耗熔煉(VAR)、真空感應(yīng)加真空自耗雙真空熔煉(VIM+VAR)、真空感應(yīng)加電渣熔煉雙聯(lián)法(VIM+ESR)、電子束爐熔煉(EB)、電子束爐加多次真空自耗熔煉(EB+VAR)等。寶鈦集團(tuán)純鎳生產(chǎn)采用VIM、VIM+VAR、VIM+ESR、多次VAR、EB和EB+VAR。國內(nèi)其他省市及地區(qū)的企業(yè)生產(chǎn)純鎳以VIM為主(0.5~2.0 t)，有一些企業(yè)為擴(kuò)大純鎳生產(chǎn)錠型也采用VIM+VAR雙真空熔煉。
1. 純鎳熔煉工藝
1.1 真空感應(yīng)熔煉(VIM)
真空感應(yīng)熔煉方式(VIM)在純鎳及合金的生產(chǎn)上非常重要，很多情況下具有不可替代性。關(guān)于純鎳有效去除雜質(zhì)、夾雜、脫硫、脫氣、晶粒細(xì)化的研究是一個重點，對純鎳冶金質(zhì)量至關(guān)重要。真空感應(yīng)熔煉時以不同工藝添加各種添加劑進(jìn)行雜質(zhì)、脫氧、脫硫處理是很重要的方式，常用的元素有C、Mg、Ca、Ti、Al及La、Ce等稀土元素[3-5]；結(jié)合計算機(jī)仿真分析、爐前成分檢測等手段可以精確控制化學(xué)成分，而且真空感應(yīng)大功率攪拌，成分均勻；真空感應(yīng)熔煉借助脫氧劑和高真空，可以將H、O等有害氣體元素降至極低的水平，同時可以高效去除Pd、As、Bi等有害低熔點金屬夾雜元素。真空感應(yīng)熔煉對原料適應(yīng)性很強(qiáng)，可以熔煉塊狀、屑狀等各種形狀原料，無需壓制電極，有利于大幅降低成本。
VIM可以澆注圓錠和方坯。VIM熔煉大規(guī)格圓錠(質(zhì)量大于1.5 t)在切除縮孔、冒口后，用于鍛造板坯，目前國內(nèi)主流設(shè)備為0.5~2.5 t爐，板坯最終為0.4~1.5 t，成品率低。在寶鈦、重材院、西北院等企業(yè)主要將之作為自耗電極，供ESR和VAR重熔使用。
VIM大規(guī)格方錠(質(zhì)量大于1 t)可以不經(jīng)過鍛造直接軋制，存在的問題是：縮孔大，成品率很低，約為70%~75%；無法有效消除添加殘料帶來的非金屬夾雜，且容易出現(xiàn)裹渣。在開坯及成品軋制時，探傷容易不合格。在機(jī)加工時存在疏松、夾渣、掉渣現(xiàn)象，而且坯型固定與成品不完全匹配，成品率很低。雖然小錠型真空感應(yīng)爐澆注方坯可以通過模具設(shè)計規(guī)避一些問題，但是不能完全去除非金屬夾雜，故而在軋制板材表面有起皮，部分薄板料軋制會出現(xiàn)漏眼問題，導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。
VIM熔煉純鎳作為一種常用的成熟工藝將長期使用，采用該方法直接生產(chǎn)需要對原料質(zhì)量、純凈度提出很高的要求。直接VIM熔煉不能有效去除殘料帶來的非金屬夾雜，并在后續(xù)加工中得到體現(xiàn)，表現(xiàn)為掉渣、夾雜、起皮、分層較多等，加工過程中修磨量大。而類似25、200 kg的熔煉鑄錠，規(guī)格小，配合模具可以有效減少縮孔，一些情況下可以直接使用，用作小規(guī)格的板坯、棒坯、管坯等的生產(chǎn)(圖1)。
