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钢水的真空处理

钢水的真空处理:钢水的真空处理是从五十年代开始采用的一种新技术。目前各国广泛采用。我国已成功地采用和掌握了这项技术并不断地在作深入的研究和应用。

利用真空处理技术来提高钢的质量由来已久,现已发展到每次处理达几百吨的规模。利用真空处理钢水常用的方法有下列几种:①盛钢水桶处理法,②钢液柱处理法,③真空铸锭,④提升处理法,⑤循环处理法,⑥工业感应精炼。

现简要介绍如下:

盛钢液桶处理方法是早期常用的处理方法,最适用于低于30t的小型浇铸。它主要有以下缺点:①下层金属受着上面很高的钢水的静压力,而使桶里的气体难于排出,②钢液上面有炉渣覆盖层,③析出炉渣烟尘:会引起真空泵工作发生困难,④塞杆圈和盛钢液桶衬里受炉渣的腐蚀,会把附加杂质带进金属之中,而增加真空处理的时间,影响脱气效果。由于存在这些缺点,所以早期利用它来处理铬镍钢就遭到了失败。后来进行了改进,采用了一个较好的方法就是在盛钢液桶的内部或外部加上低频感应圈,将熔炼好的钢液倾入盛钢液桶中,由于有感应圈加热和搅拌,钢水处理的时间不受钢液温度的限制,其处理效果就有改善。因而就可以将这个方法用来对l00t左右的钢水进行脱气处理。经过改进的方法有以下优点:在脱气过程中,钢液的温度不但不降低,反而有所提高,由于对钢液进行搅拌而提高了脱气效果,并缩短了脱气时间。在脱气过程中还可以加入其它的合金元素及脱氧剂。这个方法的主要设备有:真空处理室,带有感应圈的盛钢液桶,加热电源和水蒸汽喷射泵组成。钢液在真空室脱气时的真空度约为1~3Torr。对于200t以上的大型钢锭大多采用真空铸造的方法。这种方法可采用两座炉子冶炼混合钢液浇铸。第二炉钢水的化学成分应作适当的调整,否则,真空处理及凝固过程的偏析作用造成成份超差。当钢液温度达到要求,真空室的真空度为lOTorr左右时就开始浇铸。根据试验,浇注酸性电炉钢时,真空室的实际真空度约为1.1 Torr。由于真空室内的压力较低,注流下部直径可以扩大几倍,形成良好的脱气条件。此外,由于浇注的速度较慢,钢液在模内液面也进行真空脱气。

根据有关资料介绍,对钢水进行真空处理之后,含氢、氧、氮量有较为图显的下降,而硫化物含鱿的下降不太明显。

真空铸锭法的抽气系统可采用罗茨泵,也可采用机械泵—罗茨泵混合机组:如采用水蒸汽喷射泵,则耗水量将大大增加,工厂附近必须有允足的水源才行。仅冷却用水量每小时即达几百吨之多。

铝的真空冶炼和铸造

真空法冶炼钢已经普遍采用,但真空炼铝还用得不多。真空冶炼可以清除铝中杂质,减少气体和非金属夹杂物的含量,提出合金元素的收得率、并降低周围环境的污染。

目前由于真空冶炼的生产成本较高,电力消耗比较大,所以只用于高纯铝(99.999%)的制造,或用于原子能反应堆及部分电子工业材料的冶炼。随着今后对铝材质量要求的提高,铝的用处也日益增大,.以及为了防止公害和研制新材料,真空冶炼方法的应用,将会愈加广泛。

真空炼铝,这种炉子也可用于不锈钢和钢铸件的生产中,炉料的熔化是在大气中进行,然后在真空中进行脱气处理和添加合金元素,浇铸工序仍在大气中进行。这种冶炼方法的优点是可以降低成本,提高产品的获得率,减少铝锭的缩孔。

然后在真空中进行脱气处理和添加合金元素,浇铸工序仍在大气中进行。这种冶炼方法的优点是可以降低成本,提高产品的获得率,减少铝锭的缩孔。

喷射泵应用

喷射泵是被普遍应用于保送,紧缩混合气体和蒸汽、液体和固体的设备,气体或液体常被作为动力介质。喷射泵用于产生真空是另一个十分重要的应用。

喷射泵的主要原理是动力喷嘴以高速喷射出的液体或气体带动和加速四周的液体、气体或固体。这一运动招致驱动和被带动物质的混合。喷射的速度在扩散处减小而压力则增大。不同于传统的泵,喷射泵在工作时没有运动部件。

喷射泵可由各种各样的资料制成,例如铸铁、钢、不锈钢、哈氏合金、钛、搪瓷、玻璃、塑料和石墨,并可制成各种尺寸。抽吸量从12000000m3/h,抽吸压力至10-2mbar时,尺寸可从几厘米到30多米。

 

 

真空泵系统在真空冶金中的应用

 

利用真空泵系统对金属及其合金停止真空冶金范围很广,包括真空蒸馏、矿石及其半产品的真空别离,金属化合物真空复原、钢液炉外真空脱气和精炼、金属真空熔铸、真空烧结,真空热处置、真空钎焊及真空固态接合等多种工艺办法。真空冶金工业自二十世纪五十年代开展以来之所以得到极为普遍地应用,是由于真空环境在冶金过程中具有一系列的特性所致。首先是真空环境中物质与剩余气体分子间的化学作用非常微小,因而十分适合对黑色金属、稀有金属,超纯金属及其合金、半导体资料的熔炼和精制。其次,在真空环境中可经过降低单一气体分子的分压强、到达钢液脱气精炼、真空碳脱氧的目的。真空环境的另一个特性还在于它在较低的温度下、具有停止一定反响的才能,例如在同样温度下,有些反响过程在大气中则难以停止,但是在低压下就非常容易。这就是真空化合物合成和有色金属冶炼的根本原理。下表给出了各种不同真空冶金领域中所采用的各种工艺方法和它们的适用范围。供客户参阅。

 

真空冶金的主要范畴、工艺办法及其适用范围

领域

工艺方法

运用范围

真空感应熔炼

铁镍钴铜铍铀系金属及其合金

钛铍系金属及其合金、铁镍钴系高级合金钢、铀系合金、硅、锆、铁、铌、铂的区域精炼

自耗电极真空弧熔炼

铁镍钴系高级合金钢及低合金钢,高级合金钨铝铑钽钛系金属及其合金

非 耗电极真空电弧熔炼

铀钛锆及碳化铀熔炼

真空弧热源在水冷铜坩埚中精炼及铸造

钛锆钼铌钨钽及铀等金属合金

真空电子束熔炼同时在水冷铜坩埚中凝固成锭

钨、钼、铌、钽、铪、铍等尔难熔金属及全金高级合金钢、超级合金、起纯金属

电子束热源在水冷 铜坩埚中皮壳精练然后进行离子铸造或精密铸造

铝、钼、铌、钽、锆、钛等,滚球轴承钢等,高级合金钢

溢流法电子束多重熔床熔炼及冷凝成锭

高纯金属、高纯合金及高级合金钢

等离子弧熔炼

合金钢及工具材料

等离子弧重熔

钛及合金钢

等离子弧感应熔炼

耐热钢及耐热合金

真空精练

合金钢精练及脱气

钢包静态真空脱气

处理合金钢

真空浇注

碳钢合金钢大锻件钢锭

倒包脱气

结构钢

出钢脱气

与电炉组合处理各种合金钢

出钢脱气加真空浇注

大钢件钢锭处理浇注

出钢脱气加例包脱气

各种钢

提升处理( DH 法)

碳钢、低合金锡、弹簧钢、轴承钢、不锈钢电工钢

循环处理( RH 法)

同上

电磁搅拌真空脱气

轴承钢、超高强度钢

真空钢包吹氩

低合金钢

真空电弧加热脱气

高合金钢

真空吹氧脱碳精练

不锈钢及其他合金、高纯铁素体不锈钢

电弧加热电磁搅拌真空精炼

合金钢、不锈钢、轴承钢

真空吹氧精炼

不锈钢

氩氧精炼

不锈钢、结构钢、轴承钢、工具钢

水蒸气混氧精炼

不锈钢、猛铬钢

真空退火

铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、工具模具钢、钼、铝、钛、锆、铀、铜、钛合金

真空气体淬火真空高压气淬

高速钢、马氏体铬钢、冷作工具钢、热处工具钢、钛合金铸件

真空油淬火

工具钢、高速钡

电子束淬火

活塞环槽脊、汽车凸轮轴及有关零件

辉光离子氮化

铬钢、高速钢、球未铸铁零件

真空渗碳真空离子渗碳

轴凿轮模具等零件

电子束焊接

难熔金属活性金属、耐热钢、不锈钢、弹簧钢、高速钢

真空钎焊

不锈钢、铝和铝合金、钛及其合金铍与不锈钢、铍 - 钛、铍 - 铌、铍 - 陶瓷

真空固态结合(扩散焊)

镍悬超合金,钛合金 Cu-Ni Ti- Cu-Nb 、铜 -

真空烧结

真空精类冶金

高纯度耐热金属及合金,复合金属、高磁性磁铁、不锈钢零件

真空蒸馏浓缩和结晶

真空蒸馏

有机油类、合成树脂原料、高级酒精、高级脂肪酸、维生素 A E 、苯乙烯、香乙醇、制酒、香精分离、钛给锆去掉镁杂质和二氧化碳

真空浓缩

合成氨、合成尿素、制盐糖、制酸、合成洗涤剂、制碱、浮制品、果汁、果酱

真空结晶

氯化钾、氯化钠、合成尿素、合成氨