真空熔煉技術(shù).ppt

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1、真空熔煉本章內(nèi)容要點(diǎn)：真空熔煉技術(shù)簡(jiǎn)介真空熔煉的相關(guān)理論真空熔煉設(shè)備介紹第七章，真空熔煉本課程內(nèi)容目錄：7.1真空熔煉技術(shù)簡(jiǎn)介7.1.1真空熔煉的特點(diǎn)7.1.2稀有金屬熔煉的特點(diǎn)7.1.3真空熔煉對(duì)稀有金屬的適應(yīng)性7.2真空熔煉的理論基礎(chǔ)7.2.1分解7.2.2脫氧7.2.3金屬及非金屬成分的揮發(fā)7.2.4坩鍋與金屬間的反應(yīng)7.3真空感應(yīng)爐熔煉7.4真空電弧爐熔煉7.4.1真空電弧爐工作原理7.4.2真空電弧爐7.4.3真空自耗電弧熔煉過程7.5電子束爐熔煉7.6等離子爐熔煉7.1真空熔煉技術(shù)的發(fā)展7.1.1真空熔煉的特點(diǎn)根據(jù)

2、熔體中H的溶解度與其分壓的平方根關(guān)系：式中：S為金屬熔體中的氣體溶解度；P為金屬與氣體接觸處的氣體分壓；K為比例常數(shù)，與金屬、氣體及溫度條件有關(guān)?？梢姡?）通過降低外界壓力，就可以減少氣體在金屬熔體中的熔解度，從而減少氣體的含量－具有除氣作用；（2）同時(shí)，根據(jù)分壓差原理，通過降低壓力使溶解在金屬熔體中的氣體，有強(qiáng)烈的析出傾向－具有除氣作用；（3）并且，生成的氣泡在上浮過程中，能吸附非金屬夾雜物帶出金屬熔體－具有除雜作用；（4）另外，真空條件下，能減少金屬熔體的氧化傾向－具有防止氧化作用。7.1.2稀有金屬熔煉的特點(diǎn)（1）具有

3、較高的熔點(diǎn)，其中，鎢、鉬、鉭、鈮被稱為四大難熔金屬(3380℃,2620℃,3410℃,2468℃)，在熔煉時(shí)需要較高的加熱溫度，增加了氧化、吸氣、造渣的危險(xiǎn)；（2）具有較高的化學(xué)活性，特別是與氧、氮和氫等間隙元素的親和力大，具有很強(qiáng)的氧化和吸氣傾向；（3）間隙元素對(duì)稀有金屬的加工性能和使用性能的影響極其敏感，氧、氮和氫三大元素的含量大于0.035~0.045%時(shí)，則難以加工變形。7.1.3真空熔煉對(duì)稀有金屬的適應(yīng)性（1）真空熔煉，能防止稀有金屬受大氣和耐火材料的污染；（2）真空熔煉，可以獲得氣體與夾雜含量低，機(jī)械性能高，加工

4、性好的金屬鑄錠；（3）采用真空電弧熔煉，可以獲得2000°C以上的高溫，保證了稀有金屬熔煉所需的高溫條件。7.2真空熔煉的理論基礎(chǔ)除了上述真空熔煉的特點(diǎn)：（1）通過降低外界壓力，就可以減少氣體在金屬熔體中的熔解度，從而減少氣體的含量－具有除氣作用；（2）同時(shí)，根據(jù)分壓差原理，通過降低壓力使溶解在金屬熔體中的氣體，有強(qiáng)烈的析出傾向－具有除氣作用；（3）并且，生成的氣泡在上浮過程中，能吸附非金屬夾雜物帶出金屬熔體－具有除雜作用；（4）另外，真空條件下，能減少金屬熔體的氧化傾向－具有防止氧化作用。還包括：7.2.1真空

5、對(duì)化合物分解特點(diǎn)當(dāng)氣體和夾雜以金屬化合物形式存在時(shí)，是難以去除的，然而，在真空和高溫條件下，它們?nèi)菀追纸庑纬蓺怏w，從而比較好去除。（見圖7－1，氧化物生成自由能與溫度關(guān)系曲線）7.2.2真空的脫氧特點(diǎn)與氮化物、氫化物相比，氧化物的分解壓很低，通常是1.33×10-5Pa，遠(yuǎn)低于真空設(shè)備所能達(dá)到的真空條件，因此，只能靠加入脫氧劑（還原劑）脫氧。脫氧劑包括：碳脫氧劑、氫脫氧劑和金屬脫氧劑。（1）碳脫氧劑－在真空條件下，其脫氧能力是常壓下的100倍，是一種真空強(qiáng)脫氧劑，其脫氧反應(yīng)簡(jiǎn)式為：[C]+[O]→CO↑由于真空條件下，生成的

6、氣體被逐漸的抽走，所以，使反應(yīng)順利進(jìn)行。（2）氫脫氧劑－用氫還原金屬氧化物的氧，其反應(yīng)簡(jiǎn)式為：H2+[O]→H2O↑當(dāng)采用碳脫氧形成穩(wěn)定的化合物的情況，適合采用氫脫氧法，但有一定的危險(xiǎn)。（3）金屬脫氧劑－加入一種高活性的金屬，它與氧的親合力大，從而使氧化物還原，并形成低熔解度的穩(wěn)定氧化物，達(dá)到脫氧的目的。按合金元素與氧的親和力的大小，由大到小依次排列為：Be—Li—Mg—Na—Ca—Al—Ti—Si—Mn—Cr—Zn—Fe—Ni—CuAl以上的與氧親和力大，是表面活性元素7.2.3真空使金屬及非金屬揮發(fā)的特點(diǎn)真空熔煉不僅使易揮

7、發(fā)（蒸汽壓大）的金屬揮發(fā)，而且使蒸氣壓較小的雜質(zhì)及某些氧化物也能揮發(fā)。因此，真空熔煉的重要問題之一是如何控制揮發(fā)速率及其損失，可以利用此種特性，去除雜質(zhì)元素，凈化金屬熔體，同時(shí)，為了控制合金元素的含量不受損失，通常在真空熔煉后期加入易揮發(fā)的合金元素，也可以在添加合金元素時(shí)，向爐內(nèi)充入一定壓力的惰性氣體。7.2.3真空條件下坩鍋與金屬熔體的反應(yīng)情況真空條件下，促進(jìn)了坩鍋與熔體的反應(yīng)，而使耐火材料損壞和金屬熔體污染－增氧。例如，熔煉含Ti的金屬熔體時(shí)，與SiO2及Al2O3耐火材料反應(yīng)：SiO2＋[Ti]→2SiO↑+TiO2真空

8、條件下，SiO不斷溢出，從而促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。同樣，Al2O3＋[Ti]→4/3[Al]+TiO2Al2O3＋3[C]→3CO↑+2[Al]……7.3真空感應(yīng)爐熔煉1－絞盤；2－爐料；3－閘門；4－熔煉室；5－加料斗；6－感應(yīng)器；7－彈簧；8－卸錠門；9－錠模；10－閘門；1