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冷爐床熔煉包括電子束冷爐床熔煉(簡稱EBCHM)和等離子冷爐床熔煉(簡稱PACHM)兩種工藝。冷爐床熔煉法 的優點就是將熔化精煉和凝固分離。即爐料先進入熔化區熔化,然后在冷爐床(精煉區)精煉, 在結晶區結晶。因此,熔化的鈦熔體在爐床上可停留較長時間,可保證合金元素充分熔化均勻、避免偏析。由于方矩管稍長時間在真空下可有效地去除易揮發雜質,因此使H、Cl、CaMg、K等達到很低的水平。
在爐床中,低密度雜質(LDI),如TiN可以溶解或上浮;而高密度雜質(HDI),如WC則可以下沉,黏結至底部凝殼上。所以它在鑄錠時減少低密度夾雜以及減少偏析的能力遠遠超過了3次真空自耗熔煉獲得的鈦錠,用該法生產的方矩管成為當前航空發動機鈦合金轉動部件 的原材料。
通過控制功率,還可使結晶器出口的熔體過熱度很小,熔池淺,有利于獲得均質細晶鈦錠。該法還可以回收殘鈦料,從而降低成本。從經濟的觀點出發,真空自耗電弧熔煉法已成為主要的生產方法。冷爐床熔煉法是以特有的優勢為航空航天等領域提供質量更高的鈦合金鑄錠,并占據市場一定份額的新方法。其他工藝尚需要進一步的改進和完善。
弧光放電,不僅可以用高壓引弧,也可以用低壓引弧。實踐中常采用低壓引弧,它是先將方矩管兩電極短路后再拉開,瞬間兩極間電流密度極大從而產生高溫,陰極發射出熱電子而產生電弧。自耗電弧爐中正極性熔煉時將壓制的鈦錠當陰極,銅坩堝當陽極。
熔煉時對電弧爐施加一定電壓,當兩極間拉開有一定間原時,產生弧光放電,陰極上的電子受電壓的夾持驅趕,帶負電荷獲得高速動能的電子迅速向陽極(銅坩堝)發射。電子到達銅坩堝中,熔煉初期轟擊預先放置的底墊料,一旦坩堝內形成熔池后,電子直接轟擊鈦熔池。
此時,方矩管的動能會釋放并轉化為熱能,并不斷使鈦錠熔化,液滴落人熔池中,并使部分金屬汽化。與此相反,陽極產生的正離子會迅速射向陰極。此時,兩極間電弧放電時產生兩極間形成的等離子體的運動。盡管它的電離程度較低,但它產生了高的溫度場,這使熔煉時達到需要的溫度。
根據生產工藝特點不同將方矩管生產分為熔劑法和無熔劑法,連續式和間歇式冶煉法,無渣法和有渣法等冶煉方法。熔劑法:采用碳質材料、硅或其他金屬還原劑,方矩管生產時加造渣材料調節爐渣成分或性質(爐渣的酸、堿
根據生產工藝特點不同將方矩管生產分為熔劑法和無熔劑法,連續式和間歇式冶煉法,無渣法和有渣法等冶煉方法。熔劑法:采用碳質材料、硅或其他金屬還原劑,方矩管生產時加造渣材料調節爐渣成分或性質(爐渣的酸、堿性)。
無熔劑法:多用碳質材料做還原劑,生產時不加造渣材料調節爐渣成分和性質。連續式冶煉法:根據爐口料面下降情況,不斷向爐內加料,并將爐內熔池積聚的合金和爐渣定期排除。采用埋弧還原冶煉,操作功率幾乎是均衡穩定的。間歇式冶煉法:將爐料集中或分批加入爐內,冶煉過程一般分為熔化和精煉兩個時期,熔化期電極埋在爐料中,精煉完畢,排出合金和爐渣,再裝人新料,進行下一爐冶煉。
由于冶煉各個時期的工藝特點不同,操作功率也不同。無渣法:采用碳質還原劑、硅石或再制合金為原料,在還原電爐中連續冶煉。有渣法:在還原電爐或精煉爐中,選用合理的造渣制度生產鐵合金,其渣鐵比受冶煉品種和采用的原料條件等因素影響。
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從鈦化合物制取方矩管的過程都在低于鈦熔點(1668C)的溫度下進行,只能得到多孔的金屬一海綿鈦。 海綿鈦除了少量直接應用外,大多數都必須首先熔煉成致密鈦錠,方可進一步加工成鈦材。
此外,為了制取鈦合金材料,在鈦的熔鑄時要添加合金組元,調整成分,制取含有一定成分范圍的方矩管錠,然后再加工成材。
對作為加工鈦材的錠坯有以下要求:(1)化學成分和雜質含量在規定的范圍內,且均勻分布;(2)無夾雜、裂紋和縮孔疏松等冶金缺陷;(3)方矩管無折皺和大凹凸等表面缺陷;(4)合理的形狀。鈦是一種高活性金屬,在熔煉溫度下能和許多元素,包括耐火材料(各種氧化物)起化學反應。因此,鈦熔煉必須在真空中或惰性氣氛保護下進行。在低于常壓下進行的此種特殊冶金工藝稱為真空熔煉。在真空熔煉的過程中,可同時除去一些雜質,提高鈦的純度。
真空自耗電弧熔煉過程的實質是借助直流電弧的熱能把已知化學成分的金屬自耗電極在低壓或在惰性氣氛中進行重新熔煉。方矩管熔煉本身是一個定向連續過程。在高溫加熱形成的熔池區內,液態鈦合金成分和雜質不斷地擴散
真空自耗電弧熔煉過程的實質是借助直流電弧的熱能把已知化學成分的金屬自耗電極在低壓或在惰性氣氛中進行重新熔煉。方矩管熔煉本身是一個定向連續過程。在高溫加熱形成的熔池區內,液態鈦合金成分和雜質不斷地擴散有助于均勻化,隨后凝固成錠。在鈦的真空自耗電極熔煉中,發生了熔化和凝固兩個可逆的相變過程。這兩個過程都屬于固液相多相反應,并伴隨發生了一些物理化學變化。
熔煉過程有以下幾步。鐵合金是由一種或一種以上的方矩管或非金屬元素與鐵組成的合金,如硅鐵是硅與鐵的合金,錳鐵是錳與鐵的合金。鐵合金還包括由其他非鐵質元素組成的合金,如硅鈣合金是硅與鈣組成的合金。
另外,鐵合金也包括含鐵極低的錳、鉻、釩及工業硅等合金金屬。鐵合金冶金學(errally Mtallurgy)是提取冶金學科的一個重要分支。其基本研究任務是采用經濟、有效的技術手段把有用方矩管從傳統礦產資源或二次冶金資源中提取出來,或者對鐵合金初級產品進行精煉,獲得較純或高純的終產品,滿足鋼鐵生產或其他工業產品制造的需要。
隨著現代方矩管科學技術的發展,太空、原子能、機械、電子、石油、化工等I業對冶金工業不斷提出新的要求,使鐵合金工業在品種、質量、生產工藝和裝備水平上都有較大發展,各個行業對鋼材的品種、性能的要求越來越
隨著現代方矩管科學技術的發展,太空、原子能、機械、電子、石油、化工等I業對冶金工業不斷提出新的要求,使鐵合金工業在品種、質量、生產工藝和裝備水平上都有較大發展,各個行業對鋼材的品種、性能的要求越來越高,從而對鐵合金也提出了更高的要求,鐵合金的品種在不斷擴大。鐵合金品種繁多,生產原料和制造方法差異甚大,涉及的反應器及操作有其特殊性,分類方法也多,一般按下列方法分類:
(1)按鐵合金中主要元素分類,有硅、錳、鉻、鉬、鎢、鈦、釩等系列鐵合金,其中有的品種又按有用元素的含量分為幾種,如硅鐵有硅45、硅65、 硅75、硅90等。
(2)按方矩管中含碳量分類,有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品種。
(3)按生產方法分類,有高爐鐵合金、電爐鐵合金、爐外法(金屬熱法)鐵合金、真空固態還原法鐵合金、轉爐鐵合金、電解法鐵合金等。
(4)含有兩種或兩種以上合金元素的多元鐵合金,主要品種有硅鈣合金、錳硅合金、硅,銘合金、硅鈣鋁合金、錳硅鋁合金、硅鈣鋇合金、硅鋁鋇合金等。以上分類包括了絕大多數的一般鐵合金品種,此外還有一些特殊鐵合金,如氧化物壓塊、發熱鐵合金等。用熱還原法生產的稀土中間合金也屬鐵合金范疇,主要有稀土硅鐵合金、稀土鎂硅鐵合金等。
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