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什么是真空冶金?
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2023-05-14  閱讀

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  【康沃真空網(wǎng)真空冶金是在低于標準大氣壓條件下進(jìn)行的冶金作業(yè)??梢詫?shí)現大氣中無(wú)法進(jìn)行的冶金過(guò)程,能防止金屬氧化,分離沸點(diǎn)不同的物質(zhì),除去金屬中的氣體或雜質(zhì),增強金屬中碳的脫氧能力,提高金屬和合金的質(zhì)量。真空冶金一般用于金屬的熔煉、精煉、澆鑄和熱處理等,隨著(zhù)尖端科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,真空冶金在稀有金屬、鋼和特種合金的冶煉方面日益廣泛地得到應用。 

  自冶金工業(yè)建立和發(fā)展以來(lái),人 們就不斷探索各種工藝方法,以圖減少大氣環(huán)境和雜質(zhì)對金屬材料冶煉的影響,但一直無(wú)法從根本上解決這一難題,直到真空冶煉技術(shù)的出現,才使冶金技術(shù)有了根本性的突破。早在 1867年世界上就頒布了第一篇真空冶金的專(zhuān)利文獻。1917年建立了第一臺真空感應爐,進(jìn)行小型的試驗研究。

  20世紀20~40年代,隨著(zhù)對材料的要求日益提高,真空冶金逐步得到發(fā)展,1923年德國開(kāi)始用真空感應爐熔煉鎳基合金,1938年德國博丘姆·維爾恩(Bochum Veren) 鋼廠(chǎng)開(kāi)始在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行液鋼的真空脫氣。到20世紀50~60年代,真空冶金開(kāi)始用于有色金屬的還原、有色金屬及其合金的精煉、熔鑄,以及某些冶金中間產(chǎn)品的分離,成為現代冶金的重要領(lǐng)域,涉及到冶金的各個(gè)方面。

  真空冶金是在低于或遠低于常壓下進(jìn)行金屬及合金的冶煉和加工的冶金方法。真空對冶金過(guò)程的重要作用主要是:(1)為有氣態(tài)生成物的冶金反應創(chuàng )造有利的化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件,從而使某些在常壓下難以進(jìn)行的冶金過(guò)程在真空條件下得以實(shí)現;(2)降低氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)性雜質(zhì)在金屬中的溶解度,相應地降低其在金屬中的含量;(3)降低金屬或雜質(zhì)揮發(fā)所需溫度,并提高金屬與雜質(zhì)間的分離系數(見(jiàn)真空精煉);(4)減輕或避免金屬或其他反應劑與空氣的作用,避免氣相雜質(zhì)對金屬或合金的污染。真空冶金主要用于真空分離、真空還原、真空精煉、真空熔鑄、熱處理、真空鍍膜等。

  真空分離

  主要用于冶金原料及中間產(chǎn)品的分離。在真空條件下加熱冶金原料或中間產(chǎn)品,利用其中各組分在一定溫度下的蒸氣壓不同選擇性揮發(fā)和冷凝某種(某些)組分,達到彼此分離的目的。例如含汞約1%的硫化銻汞精礦,由于HgS的蒸氣壓比Sb2S3大4個(gè)數量級,因此,可將精礦加熱到一合適溫度,選擇性揮發(fā)HgS,而與Sb2S3分離。當用常規回轉窯 (見(jiàn)焙燒)揮發(fā)時(shí),汞的回收率僅94%~95%,而且勞動(dòng)條件惡劣;而在半工業(yè)規模于593~613K、6.67kPa真空下?lián)]發(fā)15min,汞的揮發(fā)率達99%,銻僅3%~5%被帶出。

  真空還原

    在真空條件下還原金屬的化合物或礦石以制取金屬或合金的方法。真空在還原過(guò)程中所起的作用,除能避免還原劑和還原出的金屬被空氣氧化及氮的污染外,更重要的是對生成氣態(tài)產(chǎn)物(如金屬蒸氣、CO等)的冶金反應特別有利。例如金屬氧化物的碳還原時(shí),其反應式為:(設Me為二價(jià))

  2MeO(s)+C(s)=2Me+CO2(g)(或CO)

  反應產(chǎn)生氣態(tài)CO2或CO,有時(shí)還產(chǎn)出氣態(tài)金屬Me。根據呂查德里原理(Principle of Lechatelier),降低生成物的分壓有利于還原反應的進(jìn)行,這樣勢必在設備結構、材質(zhì)、能耗等方面帶來(lái)效益。

  真空還原已在有色金屬冶金中廣為應用,真空碳還原已成為生產(chǎn)金屬鈮的主要方法,它也是金屬礬、鉭的生產(chǎn)的重要方法。在真空中用硅作還原劑的真空硅熱還原法,以及在真空中用鋁作還原劑的真空鋁熱還原法生產(chǎn)某些低沸點(diǎn)金屬如鈣、鎂、鋇等,由于其工藝簡(jiǎn)單、成本較低,而成為這些金屬的工業(yè)生產(chǎn)方法之 一。真空還原通常在真空電阻爐或真空感應爐中進(jìn)行。

  真空熔鑄

  在真空條件下將金屬或合金熔鑄成化學(xué)成分及物理結構符合用戶(hù)要求的致密錠的方法。由于真空熔鑄產(chǎn)品含有害雜質(zhì)少,結晶構造好,有良好的機械性能,因此在20世紀20年代就開(kāi)始用以熔鑄某些鎳基合金;自20世紀50年代以來(lái),隨著(zhù)高溫真空爐如電子束爐、等離子爐等的發(fā)展,使人們能在更高的溫度和真空度的條件下工作,因而真空熔鑄便廣泛用于高溫合金、特種鋼以及高熔點(diǎn)稀有金屬的熔鑄。真空熔鑄可在真空自耗電弧爐、電子束爐、等離子爐(和真空感應電爐內進(jìn)行。

  真空燒結

  金屬、合金或化合物粉末經(jīng)壓制成型后,在真空和高溫條件下燒結成致密金屬或制品的方法。在真空燒結過(guò)程中,還往往能起到脫氣提高材料純度的作用。真空燒結已不但用于從高熔點(diǎn)稀有金屬粉末制取高純致密金屬,也用于制取硬質(zhì)合金和某些中間產(chǎn)品,如鉭電容器所需的坯塊等。真空燒結通常在真空電阻爐或真空感應爐內進(jìn)行。