В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Испарение из металла привыплавке в вакуумной печи
Вакуумные установки - Вакуумные аппараты для разных техпроцессов
Элементы, обладающие высокой упругостью пара, такие, как свинец и висмут, наиболее медленной стадией процесса перехода из жидкого металла в газовую атмосферу имеют диффузионный перенос в металле. Элементы, обладающие пониженной упругостью пара, характеризуются преобладающим влиянием ступени испарения. Поэтому технологические приемы, направленные на ускорение диффузии, например перемешивание, повышение температуры и т. д., должны способствовать ускорению удаления свинца и висмута.При выплавке нержавеющих сталей и хромоникелевых сплавов в вакуумных индукционных печах в результате испарения компонентов происходит довольно значительное изменение химического состава, которое должно учитываться при производстве тех или иных марок.

Рассмотрим испарение наиболее широко используемых элементов.

Хром. За время выдержки нержавеющей стали типа X17 в вакуумной индукционной печи емкостью 10 кг при давлении от 0,02 до 50 мм рт. ст. происходит уменьшение содержания хрома, которое представлено на рис. 55,   при повышении температуры и понижении давления потери хрома возрастают.

Видно, что при плавке в вакуумных индукционных печах необходимо считаться с уменьшением содержания хрома до 5 — 7% от его исходного содержания, т. е. на 0,9—1,0% (абс), в том случае, если плавка происходит при давлениях 10~2—Ю-3 мм рт. ст. Расчет удельных констант скоростей испарения хрома при плавке в вакуумной индукционной печи дает 5—9 • 10~5 см/с, меньшую по сравнению с полученной нами для плавки в печи сопротивления 17,2•1O-5 см/с. Это объясняется более низким давлением в опытных плавках в печи сопротивления 0,001 мм рт. ст. и неточностями в измерении температуры. Так, при температуре 1550° С испарение хрома в печи сопротивления имеет константу скорости, равную 8,75-10~5 см/с. Поскольку ранее было отмечено, что процесс испарения хрома на 64% лимитируется испарением, то дополнительное перемешивание в индукционной печи не оказало сколько-нибудь заметного влияния на потери хрома.

 

Марганец. Испарение марганца при плавке в вакууме протекает с большой скоростью. Как показали экспериментальные данные, константа скорости испарения марганца равна Ю-2 см/с, а соотношение поверхностной и объемной концентрации 0,22.

Рис. 56. Испарение марганца в вакууме 

Лимитирующей стадией испарения марганца является диффузия. Давление оказывает влияние на испарение марганца в диапазоне 0,07—2,3 мм рт. ст. При более высоком давлении скорость испарения значительно падает, при более низком — остается постоянной и высокой [94]. С повышением температуры и усилением перемешивания металла испарение марганца возрастает. При выплавке стали или сплава с содержанием >0,5% Mn при разрежении 1 мм рт. ст. испарение марганца протекает столь активно, что налетом конденсатов марганца быстро покрываются смотровые стекла, препятствуя наблюдению за процессом.

Мы переплавляли отходы нержавеющей стали 0Х18Н9 с содержанием 1,32% Mn. После выдержки в течение 60 мин в вакууме 0,02 мм рт. ст. концентрация марганца уменьшается до 0,3%, т. е. на 77,5%. Характер изменения содержания марганца представлен на рис. 56.

Переплав шихты с повышенным содержанием марганца сопряжен с трудностями. С подобными же явлениями встречаются и при переплаве сталей, содержащих марганец, в вакуумных дуговых печах. Для переплава в вакууме не рекомендуется употреблять шихту или заготовку с содержанием марганца >0,5%. При необходимости иметь высокое содержание марганца в готовом металле легирование марганцем следует проводить в конце плавки при давлениях в печи не менее 10 мм рт. ст. напуском нейтрального газа.

Кремний. Литературные данные о поведении кремния при плавке в вакууме весьма разноречивы. В одних случаях по ходу плавки при давлении 10~3 мм рт. ст. в течение 15 мин не было установлено изменения содержания кремния. При более длительных выдержках до 7 ч происходило некоторое уменьшение концентрации кремния [91 ].

При выплавке хромистых сталей X17 в вакуумной индукционной печи в тиглях из Al2O3, MgO, ZrO2 (рис. 57) при различных исходных концентрациях кремния нами было установлено, что не происходило заметного изменения содержания кремния по ходу плавки.

Никель. При переплавке хромоникелевых отходов (10% Ni) концентрация никеля несколько возросла к концу плавки с 10,65 до 10,90% вследствие испарения других компонентов расплава.

Фосфор. Содержание фосфора оставалось без изменений даже при использовании шлаковых смесей на основе извести на уровне исходных значений 0,028—0,040%. В работе [91] было показано, что содержание фосфора уменьшается только при наличии в расплаве кислорода >0,03%, если же содержание кислорода меньше, то концентрация фосфора остается неизменной или даже возрастает, что связано с окислительными условиями удаления фосфора из металла.

Опыты показали, что за 70 мин выдержки содержание фосфора возрастало на 30% для железа с низким содержанием кислорода, и при высоком содержании кислорода концентрация фосфора уменьшилась на 40%.

Мышьяк. Испарение мышьяка из железа сопровождается большими потерями железа, так, испарение 50% мышьяка сопровождается потерей 20% железа и протекает со скоростью 8—10% 1ч.

Молибден, вольфрам, тантал. Упругости паров этих элементов очень низки и заметного испарения их из металла при плавке в вакууме не происходит только при повышенном содержании кислорода в металле и образовании окислов этих элементов может происходить уменьшение содержания молибдена, вольфрама и тантала в вакууме.

 

Окислы молибдена и вольфрама очень летучи, окислы тантала не летучие, но они могут впитываться стенками тигля, переходить в окисную плену, в результате чего содержание тантала будет снижаться.

 

Титан и алюминий. В вакууме не происходит заметного испарения этих элементов из стали и сплавов, за исключением случая окисления сплава при повышенном содержании кислорода в металле. Окислы титана и алюминия могут всплывать из металлической ванны и таким образом содержание этих элементов может значительно снизиться.

Так, при плавке отходов нержавеющей стали при давлении 0,02 мм рт. ст. терялось до 50% титана из-за сильного окисления металла, в результате которого содержание кислорода повышалось до 0,028%. Нами было установлено, что простой переплав отходов стали 1Х18Н9Т с 0,40% Ti без окисления металла не приводил к уменьшению содержания титана.

То же можно сказать и об алюминии. Известно из практики выплавки жаропрочных сплавов с повышенным содержанием алюминия, что в вакуумной индукционной печи можно регулировать содержание алюминия при переплаве отходов с точностью ±0,25%. При плавке стали X17 в тиглях из трехокиси алюминия содержание алюминия несколько возрастало благодаря взаимодействию металла со стенками тигля. За 60—80 мин выдержки концентрация алюминия в среднем возрастала с 0,02 до 0,08%.

При изучении испарения примесей из жаропрочных сплавов на основе никеля и хрома [100] при 1600 0C были рассчитаны отношения поверхностной концентрации к объемной для испарения разных элементов:

Олово не испаряется из сложных сплавов. По мере увеличения размеров агрегата скорость удаления всех примесей уменьшается. Так, свинец и висмут в 0,5-т печи удаляются в 5—10 раз медленнее, чем в лабораторной.

При изучении испарения из чистого никеля в вакууме 10~3 мм рт. ст. было также обнаружено, что сурьма, олово и мышьяк не удаляются из жидкого металла при их исходной концентрации порядка сотых долей процента. В то же время при плавке чистого железа в вакууме за 60 мин выдержки конечные содержания свинца достигали 0,0001%; олова 0,03% ; сурьмы 0,004% [101].

В работе [102] изучали испарение селена и теллура из сплава Х20Н80. Эти элементы почти не удаляются из металла в связи с тем, что они имеют значительные отрицательные отклонения от закона Рауля, поскольку они могут образовывать несколько стабильных соединений с никелем.

В заключение приводим сводную табл. 27, объединяющую опубликованные данные по испарению элементов из жидкого металла в вакууме.

Для использования в практических расчетах данных табл. 28 необходимо пользоваться следующей формулой:

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 93 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru