Технология плавки ниобия

nio1.jpg

В процессе электронно-лучевой плавки происходит расплавление компактной заготовки (в виде стержня) или сыпучей шихты в пучке электронов и последующая кристаллизация металла в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе при непрерывном вытягивании слитка. Переплавляемую заготовку (электрод) , так же как при электродуговой плавке, изготавливают из штабиков или прессуют в случае применения отходов (стружки, обрезки, кусковых отходов и др.).

Размеры и форма переплавляемых заготовок при электронно-лучевой плавке не имеют большого значения. В электронно-лучевых печах можно переплавлять заготовки превосходящие по диаметру размеры кристаллизатора. Потребная мощность зависит от диаметра слитка.

nio1

Режимы плавки ниобия на уствновке с аксиальными пушками указаны в табл. 76, где также приведены некоторые другие данные (выход годного, общие потери на испарение, содержание примесей внедрения и твердость слитков).

nio2В табл. 77 показано изменение содержания некоторых примесей в ниобии при электронно-лучевой плавке.

nio3

При электронно-лучевой плавке происходит весьма эффективное рафинирование ниобия от газовых и других летучих примесей. Содержание кислорода снижается более чем в 20-40 раз, азота в 6-10 раз. Значительно уменьшается содержание железа, титана, алюминия, кремния и других металлических и неметаллических примесей.

Обычно особенно интенсивно удаляются те примеси, упругость паров которых при данных условиях значительно превышает упругость паров ниобия.

Процесс рафинирования от кислорода можно значительно интенсифицировать введением при плавке специальных раскислителей (магний, церий и др.).

Выбор таких металло-раскилителей может быть в первом приближении произведен на основании величин теплот образования окислов. При этом необходимо учитывать, что неправильно выбранный тип раскислителя или введение избыточного количества раскислителя может привести к снижению технологических свойств металла.

Очистка металлов от кислорода в процессе электронно-лучевой плавки может происходить частично за счет образования моноокиси углерода. Это реакция описывается уравнением.

MeO (ж) + MeC (ж) —> CO (г) + Me.

Так как в процессе плавки происходит непрерывное удаление окиси углерода, то реакция сдвинута вправо. Исходя из уравнения реакции можно рассчитывать равновесные концентрации углерода и кислорода в металле, соответсвующие упругости пара окиси углерода 10^-5 ат.( т.е 10^-3 мм.рт. ст.).

Рафинирование от азота происходит главным образом за счет диссоциации нитридов. Этот процесс идет во времени и удаление азота происходит со скоростью, в 4 раза меньшей, чем скорость удаления кислорода. Рафинирование от водорода не представляют серьезной проблемы для тугоплавких металлов. Гидриды, как правило, разлагаются при температурах плавления таких металлов. Углерод выгорает незначительно. Многие исследователи отмечают большие потери ниобия, происходящие в связи с его испарением при электронно-лучевой плавке, особенно когда плавке подвергается загрязненный металл, который необходимо плавить с малой скоростью.

В проведенных авторами опытах установлено, что количество основного металла, испарившегося вместе с примесями, достигается в отдельных случаях до 8% от массы шихты. В основном эти возгоны конденсируются на верхней части кристаллизатора и в меньшей степени на стенках рабочей камеры и решетках ловушек диффузионных насосов. Эти потери частично возвратимы.

Ниобий, конденсируемый на холодных стенках кристаллизатора, образует массивную корону, которая легко удаляется и может быть переработана. Металл в короне сильно загрезнен, в нем содержится примерно 2-3% кислорода и азота, до 0.2% углерода и до нескольких процентов в сумме тантала, кремния, железа и др.

В электронно-лучевых печах, кроме чистого ниобия и других тугоплавких металлов, можно выплавлять также слитки различных сплавов. Выплавка на электронно-лучевых печах сплавов ниобия с такими легирующими компонентами, как вольфрам, тантал и молибден, не встречает серьезных затруднений даже в случае суммарного их содержания до 20%.

Содержание перечисленных металлов в приготовленном сплаве обычно соответствует расчетному составу шихты.
Вместе с тем следует отметить, что выплавка сплавов с легирующими компонентами, значительно различающимися по удельному весу, приводит к неравномерному химическому составу слитков. Для предупреждения подобного явления следует применять повторную переплавку на электронно-лучевой печи с большей скоростью, чем при первой переплавке.
Осуществление электронно-лучевой плавки сплавов ниобия с легированием его металлами, имеющими более высокую упругость паров, такими как хром, титан, ванадий, цирконий, весьма затруднено, так как в этом случае неизбежны значительные их потери вследствие испарения.
Проведенные исследования показали, что при плавке ниобиевого сплава, содержащего титан и вольфрам, на электронно-лучевой печи уменьшается содержание титана с целых процентов в исходной шихте до десятых долей процента в слитке.
Аналогичные результаты получены при плавке сплава ниобия с танталом и ванадием. Содержание тантала после плавки не изменилось по сравнению с исходным, а содержание ванадия снизилось почти в 20 раз.

 

(Просмотрено 43 раз)

0
0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Top