真空下铬从铁熔池中的挥发

“挥发”是真空冶炼排除杂质的一种主要形式,也是导致熔池中合金元素烧损的重要因素。对挥发过程机制的研究,不仅对控制真空冶炼工艺,而且对在真空中进行的其它工艺(例如真空中焊接、镀膜等),都是很有意义的。近三十年来国外曾经对挥发的试验研究做过不少工作,取得了很多有价值的结果。我们也做过类似的试验研究。本文是这一系列挥发试验研究工作中的一部分,它研究了铬从铁-铬二元系熔池中的挥发机制。     

难选氧化锑矿的真空热还原

对难选氧化锑矿的真空热还原作了理论上的分析，并报道了试验的结果。试验结果表明真空碳热还原难选氧化锑矿可以在较低的温度、较少的还原剂量时获得大于90％以上的挥发率。试验指出，在真空中用碳还原难选氧化锑矿时，为了获得较高的挥发率，或者在较低的温度、较少的还原剂条件下，使Sb主要以气态Sb2O3的形态挥发，或者在较高的温度、较多的还原剂条件下，使Sb主要以液态Sb的形式蒸发。     

真空冶金法处理脆硫铅锑矿铅、锑、铁挥发控制条件的实验研究

简单分析了"烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法"处理脆硫铅锑矿存在的问题,并对真空冶金法处理脆硫铅锑精矿铅、锑、铁挥发控制条件进行了实验研究,研究结果表明:在蒸馏温度为1523 K、蒸馏时间为60 min的条件下,脆硫铅锑精矿的挥发百分含量约为77%;精矿中铅、锑的挥发百分含量在99%以上;精矿中铁基本不挥发,富集于残留物中;残留物主要物相为FeS。     

脆硫铅锑矿的分解行为研究

研究脆硫铅锑矿在真空条件下的热解行为,对真空冶金法处理脆硫铅锑矿具有重要意义。本文采用实验研究的方法,对各个条件下脆硫铅锑矿真空炉热解产物的物相结构和主要金属元素含量进行了分析,研究结果表明,脆硫铅锑矿(Fe Pb4Sb6S14)在真空炉内较低温度下会发生分解,当温度达到500℃时已经完全分解。分解产物Pb S、Sb2S3、Fe S在实验条件下较稳定并不会发生分解,他们的优先挥发次序依次为:Sb2S3、Pb S、Fe S。     

硫化锑真空挥发动力学研究

在系统压力较低的条件下,以分析纯硫化锑为原料,利用自制真空失重设备,采用恒温失重法研究了硫化锑挥发动力学。理论分析表明,硫化锑较易挥发,其过程符合液态挥发模型,真空挥发的控制步骤为液面蒸发;试验结果表明,在试验条件范围内,随着蒸馏温度的升高,其挥发速率呈逐渐增大趋势,而随着系统压力的升高,其挥发速率呈逐渐减小趋势;且系统压力一定时,温度恒定则挥发速率常数为一定值,挥发规律遵循零级反应动力学特征;通过分析失重数据,拟合出硫化锑在系统压力为20 Pa条件下的挥发速率方程,计算了表观挥发活化能值为57.6 kJ/mol,获得了实验温度范围内的蒸发系数,其值均较小,且随着蒸馏温度的升高,其值更小。     

利用MIVM模型预测冶金级硅真空精炼过程杂质的挥发特性

运用分子相互作用体积模型预测了二元硅基熔体中Zn、Sb、Mg、Mn、Cu和Sn的活度系数.结合模型所得的对势能相互作用B参数和活度等热力学数据,计算了硅与各杂质元素形成的二元系蒸发系数和挥发速率,绘制出了硅基合金蒸馏过程中的气液相平衡图。研究结果表明,模型所预测的活度值与实验值吻合很好,真空精炼有利于Sb、Zn、Mg从硅熔体中分离,而Mn、Cu、Sn难以分离。硅中的各杂质的蒸发行为受其活度和温度的联合控制。本文通过对冶金硅中杂质挥发性质的研究,为真空提纯冶金级硅提供了可靠的理论依据。     

红土镍矿真空碳热还原过程中硅的挥发行为

为了解红土镍矿在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性和还原过程的主要影响因素,在系统压力2～200 Pa下,以分析纯的SiO2、Fe2O3以及煤炭为原料,在热力学分析的基础上,采用X射线衍射、扫描电子显微镜-能量散射谱和化学成分分析等手段,研究了Fe/Si摩尔比、配碳量对SiO2还原过程、硅的挥发率和还原反应速率的影响。通过热力学计算,得出Fe,Si氧化物被碳还原的化学反应自由能和还原反应临界温度,表明在100 Pa条件下SiO2的临界反应温度降低了477～584 K。实验结果表明:Fe/Si摩尔比的增大和配碳量的增加,均降低了Si的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;SiO2发生了气化反应生成了SiO气体并在石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,且有部分SiO气体与石墨或者CO反应生成SiC;反应残渣中的石英颗粒被Fe-Si合金和SiC包围,结合紧密。     

钒合金真空精炼过程杂质元素去除研究

核能用钒合金要求纯净度极高,一般都要进行真空熔炼去杂质,但目前对钒合金真空熔炼去杂质的条件和机制还不很清楚。为此,本文对钒合金真空熔炼过程杂质元素的去除机制和热力学条件进行了较全面的理论计算和实验数据对比分析,结果表明:钒合金真空熔炼过程中,Al、Fe、Cr、Cu、Ni、Si、Ca、Ti等金属杂质元素都能以金属蒸汽的形式挥发去除;合金中的氧能够以碳氧化物或低价金属氧化物VO(g)、AlO(g)、Al_2O(g)、TiO(g)、SiO(g))形式除去;合金中氢的除去效果也比较好,但合金中的氮则基本不能通过真空熔炼除去。     

真空条件下硫蒸气的从头算分子动力学模拟

为研究硫在高温、真空下的结构、稳定性与蒸发性质,对气态硫中S1~8进行了高温、真空条件下反应的热力学计算,得到其在1273~2073 K,10 Pa的条件下可能发生反应的吉布斯自由能变。采用基于密度泛函理论中的广义梯度近似计算得到S2~8的基态结构,并采用从头算分子动力学的方法模拟其在高温、真空下经10.0 ps后的结构和稳定性的变化,并计算给出S2分子的蒸发性质。计算结果表明:硫蒸气在高温、真空下主要以S2分子形式存在;且随着温度的升高,较多原子组成的硫分子稳定性降低,更易于生成更少原子组成的硫分子;S2分子在高温、真空下的蒸发性质可近似作为硫蒸气对应蒸发性质实验数据的参考值。     

SiO_2/CaO比对中低品位磷矿真空碳热还原的影响

通过FactSage理论计算与实验相结合的方法研究了添加不同硅钙比时磷矿碳热还原反应体系的变化。热力学计算结果表明:在1 Pa的真空条件下,气相中磷单质的挥发率在1250℃时达到最大值,SiO_2/CaO比为0.4和0.8时,气相中磷单质挥发率相比未添加SiO_2时有所增大,继续添加SiO_2,会对磷的挥发起抑制作用。实验结果表明:在1 Pa、14%配碳量的条件下,氟磷酸钙不仅会与SiO_2发生脱氟反应,自身也在不断的分解脱氟。SiO_2的加入可以显著提高磷矿的还原率和磷的挥发率,当SiO_2/CaO摩尔比为0.8时,对磷还原的促进效果最为明显。当SiO_2过量时,会间接使矿中P_2O_5的品位降低,导致还原过程的驱动力减小,从而使磷的挥发率降低。     

真空碳脱氧转子锻件中的缺陷夹杂物

转子锻件中,技术条件所不允许的缺陷,主要由非金属夹杂物所引起。工业条件下从钢液中去除夹杂物,受到很多因素的影响。目前发表的许多研究资料,往往是相互矛盾的。本文通过对28根真空碳脱氧的碱性平炉转子中有严重缺陷的9根转子锻件的研究,论述了这类缺陷夹杂物的特性以及与冶炼工艺和真空碳脱氧参数的关系,试验并分析了它们的来源和形成机理,并提出了在碱性平炉真空碳脱氧处理的条件下,降低夹杂物的措施。     

马氏体时效钢真空冶炼的研究

马氏体时效钢也和其它超高强度钢一样,随着强度的不断提高,其塑性和韧性也随着下降。我们的工作和文献等都证明,间隙元素碳、氧、氮和其它杂质元素对马氏体时效钢的塑性和韧性影响很大。在真空感应炉冶炼纯铁和铁镍钴合金时,存在一〔C〕·〔O〕乘积的稳定状态。设想提高熔池中钢液的氧含量,能使钢液的碳含量下降,开展了富氧真空感应冶炼降碳的研究。还研究了几种真空冶炼方法及其对排除钢中有害杂质与提高其韧性的影响。     

写在前面的几句话

真空凝壳熔铸炉是在真空电弧炉基础上发展起来的新型冶铸设备,首先是徒解 决钛、锆等高温活性金属的熔铸成型设想而研制的。由于它保存了真空电弧炉利用电 弧高温迅速熔化金属滴入水冷铜坩埚中使金属不受环境气体、炉渣及坩埚污染的特 点,改进了一般真空感应炉加热熔化较慢且金属受坩埚耐火材料污染的缺点;它起 弧后,最初熔化的一部份金属液滴入水冷铜坩埚中凝结成壳,绩熔的金属液藉热量 平衡而保持熔池于壳中,因而它又吸取了真空感应炉熔池长时暴露于真空下使金属 去气及杂质挥发完全的优点,仝时它又把水冷坩埚结构改成可倾转或底漏,便于 …     

脆硫铅锑矿精矿真空蒸馏过程中元素分布规律的研究

主要从实验角度研究了脆硫铅锑矿精矿的基本挥发规律,探讨了主要元素Sb,Pb,Zn,Fe在真空蒸馏过程中在残留物中及挥发物中的分配情况。实验结果表明:593 K时脆硫铅锑矿精矿开始挥发,593~1023 K脆硫铅锑矿精矿挥发较慢,1073 K开始挥发量急剧增加,当温度为1473 K脆硫铅锑矿完全挥发。元素铁基本不挥发;当温度为1023~1173 K时,元素锑挥发剧烈,之后升高温度对于元素锑的挥发几乎没有影响;当温度为1473 K时,锑在从残留物中的质量已经降低至0.002 g,挥发率高达99.99%;当温度为1123 K时,元素铅在残留物中的质量为23.15 g,挥发率为11.17%,当温度上升至1223 K时,元素铅的质量降低至0.009 g,挥发率为99.96%;当温度为1223~1323 K时,元素在残留物中的质量由7.17缓慢减小至5.18g,因此挥发率出现一个平稳段,继续升温锌开始剧烈挥发,1423 K时,锌几乎完全挥发。因此元素锌的挥发是影响脆硫铅锑矿精矿挥发的最重要因素。     

新型铜钛硅碳石墨合金材料的摩擦磨损性能

采用冷压烧结粉末冶金法制备铜钛硅碳石墨合金材料,通过摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了铜钛硅碳石墨合金材料的磨损性能和磨损机制,以及速度和载荷对滑块摩擦磨损性能的影响。结果表明,在速度较大或载荷较小的条件下磨损量随着滑移距离呈现线性增长,在试验参数范围内磨损量整体上随着滑移距离的变化曲线有一定的规律性。微观分析表明,钛硅碳和石墨零星分布在磨损表面极大地提高了铜基材料的耐磨性能。磨损的主要形式,是黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。     

真空微波器件用无氧铜零件的真空存贮

零件存储是真空微波器件制造的基础条件,慢波组件一般存放于真空柜中,存放一段时间后,慢波组件中的螺旋线镀铜表面出现了发黑现象,分析表明螺旋线表面镀铜部位发生了硫化。结合进一步的实验研究和理论分析,真空柜中放置的橡胶制品导致了无氧铜材料表面发黑。在真空状态下,硫是比较容易从橡胶套中升华进入真空柜中的,从而会在真空柜中弥漫大量硫蒸气,这些硫蒸气极易与铜发生化学反应形成Cu2S,因此含硫的橡胶套不宜放入真空柜,并且在真空电子器件中也要防止使用含硫的橡胶制品接触无氧铜零件。     

真空碳脱氧碱性平炉钢大型电站转子锻件质量的研究

本文叙述了在真空铸锭过程中,采用真空碳脱氧的方法,处理碱性平炉冶炼的电站转子钢的试验情况,着重研究了真空碳脱氧处理的碱性平炉钢电站转子锻件的质量。①同酸性平炉冶炼的转子比较,非金属夹杂物含量比大气浇注降低77%,比真空浇注降低27％;②改善了硫化物夹杂的形状和偏析率,沿锻造变形方向,硫化物多呈球形或纺锤形,硫印和点状偏析评级从2～4.5级下降到0～2.5级,③断面收缩率在纵向提高6%,在切向提高13%,在径向提高7％;④冲击韧性在纵向提高6％,在切向提高31％;⑤脆性转变温度从58℃下降到14℃。鉴于碱性平炉能大量去除磷、硫,能提供锑、锡、砷、铅等有害元素非常低的钢液,采用真空碳脱氧后,碱性平炉同碱性电炉一样,能够取代酸性平炉,生产质量稳定的优质、大型电站转子锻件。     

高性能轴承钢真空自耗熔炼过程组织演变规律与控制研究

通过Pro-CAST有限元软件模拟了高性能轴承钢真空自耗熔炼过程的温度场、熔池形貌和微观组织,研究了真空自耗铸锭组织演变规律,探究了温度场、熔池形貌对组织生长的影响。熔炼结束后,对真空自耗铸锭进行解剖酸洗以验证模拟结果。研究表明:模拟结果与实验结果吻合,铸锭组织形貌为贯穿铸锭中心的细长柱状晶,真空自耗铸锭的底部、边部和凝固末端有小面积等轴晶。柱状晶的生长带有明显的择优取向,底部柱状晶取向为垂直向上,中上部为斜向上。熔池深度越大,斜向上角度越小;熔池形貌对铸锭组织形貌影响显著,通过控制熔炼参数控制好熔池形貌能有效提高铸锭质量。     

动态真空条件下快速合成β-SiC的研究

以淀粉(经85℃糊化)为碳源,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,通过溶胶-凝胶法制备了淀粉-SiO2混合凝胶,将混合干凝胶在动态真空条件下进行碳热还原制备碳化硅(SiC).用TGA、XRD、SEM及N2低温物理吸附等手段对淀粉-SiO2混合凝胶和碳热还原产物进行表征.结果表明,在950℃动态真空条件下即可合成出晶粒尺寸约为50nm,结晶度较高的β-SiC.     

真空法从铟矿中制备铟的机理研究

在真空条件下,本文采用热力学分析方法计算真空下铟矿碳热还原反应过程中发生的反应的吉布斯自由能以及起始反应温度。结果表明,当压力为10 Pa、温度高于380 K时,In2O3与C的反应满足反应发生的热力学条件。在同一体系压力下,物料In2O3:C摩尔比为1:3时,反应生成单质In所需的温度是最低的。在碳量充足条件下In2O3可直接被还原生成单质铟,随着碳的消耗,In2O3的碳热反应会生成中间产物。由此,推算在真空碳热反应过程中,碳热还原In2O3的顺序首先生成In,随着碳耗及升温生成In2O,最后生成In O。In2O3热分解生成In2O,随着体系压力的降低,反应起始温度降至423 K;中间产物In2O热分解生成单质In,当体系压力降至10 Pa时,起始温度降为781 K;In O与生成物CO反应,随着体系压力降低,吉布斯自由能增加,因此,降压不利于In O与CO反应。本文从热力学角度探讨真空制备铟热力学可行性,为下一步实际生产提供相应的理论基础。