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 компонентов при плавке в вакууме
Вакуумные установки - Вакуумные аппараты для разных техпроцессов

Вакуумная плавка позволяет решить наиболее оптимальным способом проблему удаления из металла вредных примесей цветных металлов: меди, свинца, олова, сурьмы, висмута. В обычных процессах металлургического производства такие элементы, как As, Pb, Cu, Sb, Sn, Bi из металла не удаляются. Только в вакуумных печах создаются условия для почти полного рафинирования сталей и сплавов от этих примесей, содержание которых в готовых сплавах, выплавленных в вакууме, характеризуется тысячными и десятитысячными долями процента.

Механизм удаления примесей и факторы, управляющие этим процессом, до последнего времени оставались неясными.

Испарение компонентов жидкого металла можно представить в виде сложного процесса, осуществляемого через ряд последовательно протекающих стадий.

1. Подвод компонента из глубины ванны к испаряющей поверхности.

2. Диффузия компонента через тонкий диффузионный слой.

3. Испарение с открытой поверхности в атмосферу.

4. Отвод паров примесей в газовой фазе.

Так же, как и для процессов дегазации можно с уверенностью предположить, что подвод компонентов в результате массопереноса в жидком металле происходит со скоростью, которая превышает диффузию и испарение.

Удаление испарившегося компонента в газовой фазе будет зависеть от того, насколько близко к жидкому металлу находится поверхность^ на которой будет*конденсироваться пар испаряющихся элементов, и от длины свободного пробега частиц в газовой фазе. Если длина свободного пробега частиц будет больше расстояния от конденсатора до поверхности металла, то вероятность обратного попадания частиц в металл будет очень малой. При давлениях 10 ~3—10~4 мм рт. ст. длина свободного пробега молекул газов и металлов составляет 10—100 см, а с понижением давления еще возрастает.

Будем считать, что перенос паров в газовой фазе не оказывает заметного влияния на испарение, хотя наличие паровой рубашки около поверхности испарения, как правило, повышает давление газовой фазы над металлом. Последнее заметно отличается от того давления, которое фиксируется вакуумметрами в камере печи.

Рассмотрим влияние отдельных факторов на процесс испарения с открытой поверхности.

Одним из важнейших факторов, определяющих скорость процесса испарения примеси; является упругость пара каждого компонента над раствором при заданной температуре. Упругость пара /;., помимо температуры, зависит и от активности элемента в растворе, т. е. от сил связи с частицами других примесей и частицами основы сплава. Она равна

где N1 и у. — молярная доля и коэффициент активности элемента в расплаве; р°. — упругость пара чистого элемента.

По возрастанию упругости пара чистые элементы (при 1600° С) можно расположить в следующем порядке: W1 Та, Mo, Zr, В, Pt, V, Ti, Pd, Со, Fe, Ni, Si, Cr, Cu, Al, Be, Sn, Ag, Mn, Pb, Sb, Bi, Cd, Mg, Zn, S, Р.

Значения упругости пара важнейших компонентов и'примесей железных сплавов при 1600° С приведены в табл. 22.

Для рафинирования сплава от примеси, помимо давления пара примеси над расплавом, имеет значение и соотношение между упругостью пара данного компонента над раствором и упругостью пара основного элемента, например железа в расплавах на основе железа. Если упругость пара основы превышает упругость пара примеси, то процесс рафинирования сплава от этой примеси не

ВЕЛИЧИНА Элемент

Упругость пара, мм рт. ст. при 1600 ° C

 Элемент

Упругость пара, мм рт. ст. при 1600° C [

в чистом состоянии

в 1%-ном растворе

в чистом состоянии

в 1%-ном растворе

Cr

0,19

1,7.10"3

Pb

400

0,88

 

0,2

3,5.10-3

Sb

1000

Fe

0,1

Mg

1150

Mn

20

0,25

Bi

104

Cu

0,8

9.10-3

Zn

4•1O4

Sn

1,0

4,7-10-3

     

может быть осуществлен, поскольку будет происходить испарение основы, а концентрация примеси в расплаве будет повышаться.

 

Выше было отмечено, что давление влияет на скорость испарения. На рис. 53 показано влияние давления на константу скорости испарения меди и олова. Понижение давления значительно ускоряет процесс испарения меди из железа и в меньшей степени олова. При высоких давлениях 10— 100 мм рт. ст. скорость испарения невелика, а при понижении давления до 10-3 мм рт. ст. возрастает в четыре раза. Влияние температуры на константу скорости процесса испарения представлено на рис. 54. По графику рис. 54 были вычислены энергии активации испарения примесей из нержавеющей стали.

 


 


Рис. 54. Влияние температуры на константу скорости испарения: У — меди из железа; 2 — меди из нержавеющей стали; 3 — висмута; 4 — свинца; 5 — олова; 6 — хрома из сплава Fe — 18% Cr - 9% Ni

 


 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

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