欢迎访问沈阳真空杂志社 Email Alert    RSS服务

真空 ›› 2026, Vol. 63 ›› Issue (4): 22-30.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2026.04.04

• 真空冶金与热工 • 上一篇    下一篇

大型真空电弧冶金装备技术发展概述

侯景岳1, 何永波2, 王秋博1, 唐羽1, 左野1, 陈泽华1, 王勃1, 牟鑫1, 党哲鹏1, 吴剑1   

  1. 1.沈阳真空技术研究所有限公司,辽宁 沈阳 110042;
    2.宝武特种冶金有限公司装备保障部,上海 200940
  • 收稿日期:2026-01-03 发布日期:2026-07-27
  • 作者简介:侯景岳(1982-),男,辽宁省沈阳市人,本科,高级工程师。

Overview of Technical Development of Large-Scale Vacuum Arc Metallurgical Equipment

HOU Jingyue1, HE Yongbo2, WANG Qiubo1, TANG Yu1, ZUO Ye1, CHEN Zehua1, WANG Bo1, MU Xin1, DANG Zhepeng1, WU Jian1   

  1. 1. Shenyang Vacuum Technology Institute Co., Ltd., Shenyang 110042, China;
    2. Equipment Support Department of Baowu Special Metallurgy Co., Ltd., Shanghai 200940, China
  • Received:2026-01-03 Published:2026-07-27

摘要: 真空电弧冶金是高端特种金属材料制备的核心特种冶金技术,凭借真空环境下低氧化、低气体含量、高纯净度熔炼的独特优势,成为钛合金、镍基高温合金、超高强度钢、难熔金属等关键战略材料工业化生产的核心工艺。真空自耗电弧炉与真空自耗凝壳炉作为真空电弧冶金领域的两大主力装备,分别聚焦大型优质铸锭制备与精密特种铸件成型,广泛应用于航空航天、高端装备、核电能源、国防军工等关键领域。本文系统阐述两类核心装备的工作原理、设备结构与技术特性,梳理国内外技术发展历程与研究现状,剖析当前大型化、精密化、智能化发展过程中存在的技术瓶颈,总结电源系统、电弧控制、凝固调控、真空保障等关键技术进展,最后结合高端材料产业需求,展望真空电弧冶金装备的智能化、大型化、绿色化、一体化发展趋势,为特种冶金装备技术迭代升级与工程应用提供理论参考与技术支撑。

关键词: 真空电弧冶金, 真空自耗电弧炉, 真空自耗凝壳炉, 装备技术, 特种合金

Abstract: Vacuum arc metallurgy is a core specialized metallurgical technology for the preparation of high-end specialty metal materials. Leveraging its unique advantages of low oxidation, low gas content, and high purity in a vacuum environment, it has become a fundamental process for the industrial production of key strategic materials such as titanium alloys, nickel-based superalloys, ultra-high-strength steels, and refractory metals. As two major core equipment in the field of vacuum arc metallurgy, the vacuum arc remelting furnace and the vacuum consumable shell furnace focus on large-quality ingot production and precision specialty casting, respectively, and are widely applied in critical sectors like aerospace, high-end equipment, nuclear power, and national defense. This paper systematically elucidates the working principles, equipment structures, and technical characteristics of these two core types of equipment, reviews the technological development and research status both domestically and internationally, analyzes the technical bottlenecks in the current processes of large-scale, precision, and intelligent development, summarizes advancements in key technologies such as power systems, arc control, solidification regulation, and vacuum assurance, and finally, based on the demands of the high-end materials industry, outlines the trends toward intelligent, large-scale, green, and integrated development of vacuum arc metallurgy equipment, providing theoretical references and technical support for the iterative upgrading and engineering application of specialized metallurgical equipment.

Key words: vacuum arc metallurgy, vacuum arc remelting furnace, vacuum arc skull furnace, equipment technology, special alloys

中图分类号:  TF132

[1] 干梦迪, 种晓宇, 冯晶. 航空航天高温结构材料研究现状及展望[J]. 昆明理工大学学报(自然科学版), 2021, 46(6):24-36.
[2] 李明宇, 杨树峰, 刘威, 等. 真空自耗熔炼钛合金的偏析缺陷及控制研究进展[J]. 中国冶金, 2023, 33(9):1-10,18.
[3] 薛正良, 朱航宇, 常立忠. 特种熔炼[M]. 北京:冶金工业出版社, 2018:2-5.
[4] 马开道. 稀有金属真空熔铸技术及其设备设计[M]. 北京:冶金工业出版社, 2011:1-8.
[5] 谢成木. 钛及钛合金铸造[M]. 北京:机械工业出版社, 2005:4-7.
[6] 姜周华. 特殊钢和特种合金冶金装备国产化之路回顾与展望[R]. 高端特殊钢和特种合金生产技术暨设备国产化专题研讨会, 2025.
[7] 佚名. 真空电弧重熔(VAR)控制简介[J]. 特钢技术, 2024,30(2):25.
[8] 计玉珍, 郑赟, 鲍崇高. 真空电弧炉设备与熔炼技术的发展[J]. 铸造技术, 2008(6):827-829.
[9] 郭茂先. 工业电炉[M]. 北京:冶金工业出版社, 2002.
[10] 莫畏, 邓国珠, 等. 钛冶金[M]. 北京:冶金工业出版社, 1996.
[11] Xiong Yongtao, Liu Zhongqiu, Wang Fang, et al.Effect of magnetic field on molten pool behavior in vacuum arc remelting process of large-sized titanium alloy ingot[J]. Journal of Iron and Steel Research International, 2025, 32(9):2771-2783.
[12] 杨英华, 陈晓波, 程留恩. 真空自耗炉自动控制系统[J]. 冶金自动化, 2002(1):38-40.
[13] 安红, 刘俊玲, 范丽颖. 真空自耗电弧炉熔炼钛铸锭的质量控制[J]. 世界有色金属, 2007(8):25-27.
[14] 王镐, 张震, 李奔放. 钛真空自耗电弧炉熔炼技术发展概况及未来展望[J]. 钛工业进展, 1998(5):4-6.
[15] 卢新昌. 真空熔铸设备与机电一体化技术[J]. 真空, 2006(5):26-30.
[16] 李俊杰, 李盼悦, 黄立清. 真空自耗电弧熔炼铸锭凝固行为多尺度模拟研究进展[J]. 金属学报, 2025, 61(1):12-28.
[17] Yang Shulei, Tian Qiang, et al.Numerical simulation and experimental study of vacuum arc remelting (VAR) process for large-size GH4742 superalloy[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2023, 24:2828-2838.
[18] 武建文, 张倩怡, 王静, 等. 钛及钛合金真空熔炼装备的发展现状与未来趋势[J]. 重型机械, 2026(3):1-8.
[19] 王小龙, 党晨晨. 钛及钛合金铸锭制备工艺的发展现状[J]. 冶金与材料, 2025, 45(7):139-141.
[20] 彭强, 刘钊, 周兵兵, 等. 大规格钛合金铸锭真空自耗电弧熔炼成分均匀性研究[J]. 中国金属通报, 2026(4):21-23.
[21] Abdi M, Karimi-Sibaki E, Wu Menghuai, et al.Arc distribution as a key driver of inclusion redistribution in vacuum arc remelting (VAR)[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2026, 42:7563-7584.
[22] 沈阳真空技术研究所有限公司. 大吨位新型真空自耗凝壳炉:ZL202123127545.3[P].2022-05-03.
[23] 沈阳真空技术研究所有限公司. 一种真空凝壳炉铜坩埚均流引电装置:ZL202310566184.7[P].2023-05-19.
[24] 赵辉, 李明, 李楠. 真空自耗电弧炉控制系统的集散控制方案设计及实现[J]. 科技创新与应用, 2016(30):138-139.
[25] 李宏. 电力电子变流设备控制板及应用[M]. 北京:科学出版社, 2013.
[26] 牟哲, 同向前. 真空自耗炉供电系统的无功谐波综合补偿装置研究[J]. 电力电容器与无功补偿, 2013, 34(6):1-6, 11.
[27] 靖振权. 钛合金TC4真空自耗熔炼铸锭质量控制基础研究[D]. 北京:北京科技大学, 2025.
[28] 闫峥嵘. 基于模糊PID控制的真空自耗电弧炉合金铸锭熔炼工艺优化研究[J]. 山西冶金, 2025, 48(2):40-42.
[29] Zhao Xiaohua, Wang Jincheng, Wang Kaixuan, et al.Numerical simulation and experimental validation on the effect of stirring coils' parameters on TC17 ingot during vacuum arc remelting process[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2023, 52(8):2676-2682.
[30] 靖振权, 孙彦辉, 陈炼, 等. 钛合金真空自耗熔炼过程中电流、磁场和电磁力数值模拟[J]. 稀有金属材料与工程, 2023, 52(6):1994-2001.
[1] 张万福, 李强, 李军, 刘嘉学, 王德洪, 罗俊义. 特种合金生产过程中VIDP炉真空系统分析及优化应用[J]. 真空, 2024, 61(1): 58-63.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 周彬彬, 张 建, 何剑锋, 董长昆. 基于 CVD 直接生长法的碳纳米管场发射阴极[J]. 真空, 2018, 55(5): 10 -14 .
[2] 柴晓彤, 汪 亮, 王永庆, 刘明昆, 刘星洲, 干蜀毅. 基于 STM32F103 单片机的单泵运行参数数据采集系统[J]. 真空, 2018, 55(5): 15 -18 .
[3] 徐法俭, 王海雷, 赵彩霞, 黄志婷. 化学气体真空 - 压缩回收系统在环境工程中应用研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 29 -33 .
[4] 常振东, 牟仁德, 何利民, 黄光宏, 李建平. EB-PVD 制备热障涂层的反射光谱特性研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 46 -50 .
[5] 冉 彪, 李刘合. 阳极层离子源的发展及应用[J]. 真空, 2018, 55(5): 51 -57 .
[6] 武 越, 鄂东梅, 杜 鹏, 郭子寅, 陈时雨, 王 晶 . 航天器密封舱连接处漏率检测方法[J]. 真空, 2018, 55(6): 1 -4 .
[7] 郭崇武, 孙立臣, 孙立志, 齐飞飞, 李文斌. 单 O 型圈密封结构中双层密封泄漏机理研究[J]. 真空, 2018, 55(6): 19 -23 .
[8] 谢元华, 韩 进, 张志军, 徐成海. 真空输送的现状与发展趋势探讨(六)[J]. 真空, 2018, 55(6): 28 -32 .
[9] 郁欢强, 张俊峰, 丁怀况. 基于减压降温原理的过冷液氮冷却系统研制[J]. 真空, 2018, 55(6): 33 -36 .
[10] 骆 伟. 凝汽器真空系统节能改造应用与分析[J]. 真空, 2018, 55(6): 37 -41 .