Файл: Глебовский В.Г. Плавка металлов и сплавов во взвешенном состоянии.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2024
Просмотров: 115
Скачиваний: 0
В. Г. ГЛЕБОВСКИЙ . В. Т. БУРЦЕВ
а
ПЛАВКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
і д
В. Г. ГЛЕБОВСКИЙ, В. Т. БУРЦЕВ
ПЛАВНА М ЕТА ЛЛ О В И СПЛАВОВ
ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
МОСКВА
«МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974
УДК. 669.18.154,9:538.3
Плавка |
металлов и сплавов во взвешенном состоянии. |
Г л е б о в с - |
к и н В. |
Г., Б у ір ц е в В. Т., М., «Металлургия», 1974, 176 |
с. |
Изложены теоретические и экспериментальные данные по при менению плавки металлов ңо взвешенном состоянии при различных физико-химических исследованиях. Кратко рассмотрена теория пове дения жидкого металла в высокочастотном электромагнитном поле. Даны рекомендации по выбору принципиальных схем установок и электрического оборудования для проведения плавки во взвешенном состоянии. Описано применение этого метода для приготовления чи стых по примесям образцов из металлов и .оплавов, очистки их, по лучения металлических пленок, определения некоторых физических характеристик жидких расплавов, исследования взаимодействия га зов с металлом, изучения распределения элементов в сложных си стемах металл—шлак—газ и т. д. Предназначается для широкого круга инженеров и научных работников, занимающихся изучением высокотемпературного поведения металлов. Может быть полезна сту дентам и аспирантам металлургических и химико-технологических институтов. Ил. 79. Табл. 25. Список лит.: 159 назв.
ВАДИМ ГЕОРГИЕВИЧ ГЛЕБОВСКИЙ, ВАЛЕНТИН ТРОФИМОВИЧ БУРЦЕВ
ПЛАВКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ВО ВЗВЕШЕННОМ с о с т о я н и и
Редактор издательства Е. К. Полторацкая Художественный редактор Д. В. Орлов Технический редактор Н. В. Сидорова Корректоры Н. И. Шефтель, Л. Ф. Орлова Обложка художника Е. Т. Яковлева
Сдано |
в набор |
24/ІХ—1973 г. |
Подписано в печать 20/1Ѵ—197.1 |
г. |
Т-08622 |
|
Формат бумаги |
84Х108‘/з: |
|
Бумага типографская № 2 |
|||
Тираж |
2200 экз. |
Уел. печ. л. 9,24 Уч.-нзд. л. 9,66 |
Цена |
97 коп. |
||
Заказ |
556 |
Изд. № 2313 |
||||
Издательство «Металлургия», |
ІІ19034, |
Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., 14 |
||||
|
|
Подольская типография Союзполиграфпрома |
|
|
||
|
при Государственном комитете Совета Министров СССР |
|
||||
|
по делам издательств, полиграфии п книжной торговли |
|
||||
|
|
г. Подольск, |
ул. Кирова, 25 |
|
|
© Издательство «Металлургия», 1974
Г |
31005—117 |
44—74 |
|
040( 01)—74 |
|||
|
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение |
|
. . . . . . . |
..................................................... |
4 |
||||
Г л а в а |
1. |
Физические |
основы плавки во взвешенном |
состо |
|
|||
янии ................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Жидкий металл, |
парящий в электромагнитном поле . |
. . |
7 |
|||||
Удерживание твердого |
и жидкого м е т а л л а ....................... |
|
15 |
|
||||
Получение |
и регулирование температуры расплава |
. |
. . |
30 |
||||
Использование дополнительного нагрева для получения необ |
|
|||||||
ходимой установившейся температуры ..................................... |
|
|
41 |
|||||
Г л а в а |
2. |
Параметры |
устройств для П В С ...................... |
|
43 |
|
||
Выбор высокочастотных г е н е р а т о р о в ..................................... |
|
43 |
49 |
|||||
Конструкции индукторов ....................................................................... |
|
|
|
|||||
Схемы у с т а н о в о к ........................................................................... |
|
|
|
62 |
|
|||
Г л а в а |
3. |
Плавка металлов |
и с п л а в о в ............................. |
|
70 |
|
||
Технологические |
особенности |
плавки . . . . . |
|
. . |
70 |
|||
Получение с п л а в о в .......................................................................... |
|
|
|
. |
78 |
|||
Синтез химических со е д и н е н и й .................................................. |
|
93 |
|
|||||
Получение |
металлических пленок .................................................... |
|
|
94 |
||||
Г л а в а |
4. |
Физико-химические исследования металлургических |
|
|||||
процессов |
при высоких |
т е м п е р а т у р а х .................................... |
|
97 |
|
|||
Общие п о л о ж е н и я ......................................................................... |
|
|
|
97 |
|
|||
Взаимодействие жидкого металла и его примесей с газами . . |
105 |
|||||||
Распределение элементов между металлом и шлаком |
|
. . . |
142 |
|||||
Свойства жидких м е т а л л о в |
........................................................ |
|
156 |
|
||||
Заключение |
|
. |
.................................................... |
. |
. . |
168 |
||
Список л и т е р а т у р ы ........................................................................ |
|
|
|
171 |
|
I* Зак. 556
В В Е Д Е Н И Е
Создание .новых неорганических ,материалов, в част ности 'металлических, требует совершенствования суще ствующих и развития новых 'методов их получения. Но вейшие способы плавки (вакуумные дуговая, индукци онная и электроннолучевая, электрошлаковая, зонная, плазменная, лазерная и др.) металлов и сплавов способ ствуют дальнейшему развитию современного 'материа ловедения, обладая при этом известными ограничениями. Нет универсального метода плавки, который полно стью удовлетворял 'бы самым разнообразным требова ниям ученых и инженеров, занятых указанной пробле мой. Поэтому приходится использовать сочетания изве стных методов плавки (дуплексы: вакуумная дуговая —
электрошлаковая; |
вакуумная дуговая — электроннолуче |
вая; триплексы: |
электрошлаковая — электроннолуче |
вая— вакуумная дуговая н т . д.). [1]. В этой связи представляет значительный интерес использование но вых методов плавки, например, во взвешенном состо янии или в индукционных плавильных печах с холодным тиглем [2]. Следует отметить, что, несмотря на .ряд безусловных преимуществ, индукционная плавка с хо лодным тиглем пока еще не может быть широко приме нена вследствие несовершенных энергетических условий натрева шихты и значительных тепловых потерь.
Плавка ©о взвешенном состоянии в электромагнит ном поле (ЛВС), которую также называют плавкой в электромагнитном тигле, бестигельной, левитационной и
т. д., была предложена в '1923 г. О. |
Мукой1. |
Однако |
|
лишь спустя тридцать лет появились |
первые работы по |
||
■использованию этого вида плавки [3, |
4]. В отечествен |
||
ной литературе |
первый обзор был опубликован в 1956 т., |
||
а оригинальные |
работы несколько позже [5]. |
В 60— |
70-х годах появились работы [6— 15], свидетельствующие
1 Пат. (Германия) № 422004, 1923.
4
о применении ПВС металлов и сплавов как в лабора торном, так и в полупромышленном 'масштабах.
Основное преимущество, которое привлекло к себе внимание исследователей, состояло ® отсутствии контак та жидкого металла с огнеупорной футеровкой, что обе спечивало ликвидацию одного из сланных источников за грязнения металла такой вредной примесью, как, на пример, кислород. Это особенно важно для плавки ту гоплавких и высокореакционных металлов (Si, Ge, Nb, Zr, Hf, Mo, W, Ti и T. д .). По сравнению с .другими ме
тодами плавки, которые также обеспечивали отсутствие контакта жидкого металла с тиглем (вакуумная дуго вая, электроннолучевая, плазменная и др.) ПВС имеет ряд существенных преимуществ.
1.Регулируемое время пребывания капли металла в жидком состоянии.
2.Контролируемые газовая атмосфера и шлаковая
фаза.
3.Управляемая температура металла (от темпера тур плавления до кипения).
4.Возможность использования дополнительного ис точника нагрева (электронный, лазерный луч или плаз
ма).
5. Энергичное перемешивание металла силами элект ромагнитного поля.
6.Возможность введения легирующих присадок в жидкую каплю.
7.Благоприятное соотношение между поверхностью капли и ее объемом для прохождения гетерогенных ре акций.
8.Достижение чрезвычайно высоких скоростей крис таллизации вплоть до ІО5— 106°С/с.
При дальнейшем развитии метода ПВС будут, оче видно, обнаружены другие преимущества этого перспек тивного способа.
К существенным недостаткам метода следует отнести малую массу металла, не превышающую нескольких де сятков грамм. По всей вероятности, 'благодаря интен сивному развитию современного высокочастотного электропенераторостроения эта трудность со временем бу дет преодолена и объем жидкого металла при ПВС-бу дет значительно увеличен.
■Существенным недостатком метода ПВС является и отсутствие научно обоснованных 'методик расчета ис
5
пользуемых для плавки специальных высокочастотных индукторов. Сейчас для разработки определенной кон струкции индуктора требуется проведение сложных и трудоемких .предварительных опытов. Это может быть преодолено постановкой ряда исследований как по тео рии метода, так н его осуществлению. Учитывая, что во
.многих аспектах вопросы удерживания .металла в элек тромагнитном поле, стабильности жидкого металла и достижения заданной температуры аналогичны вопро сам, связанным с поведением плазмы в магнитном поле, то, очевидно, в недалеком будущем эти вопросы будут решены.
'Плавка во взвешенном состоянии является прогрес сивным и универсальным методом для проведения высо котемпературных физико-химических исследований, .не обходимых для совершенствования металлургических процессов, а также средством для получения миниатюр ных деталей и образцов из рафинированных .металлов и сплавов, необходимых для ряда областей современ ной техники.
Данная книга является первой обобщающей работой в указанной области и поэтому все замечания о недос татках будут с благодарностью приняты авторами.
Искреннюю признательность авторы выражают то варищам по работе за помощь ів проведении исследова ний, а также в подготовке рукописи к печати.
Г л а в а 1
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
ЖИДКИЙ МЕТАЛЛ, ПАРЯЩИЙ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
Металл, обладающий диамагнитными |
свойствами, |
|
может свободно висеть в достоянном |
магнитном поле |
|
при наличии в нем потенциальной |
ямы, т. е. области, |
|
■где напряженность уменьшается от -краев |
к середине |
|
[16]. Однако, напряженность такого |
магнитного поля |
должна быть чрезвычайно большой, например, для под вешивания медного шарика диаметром '1 -ом в вакууме следует создавать напряженность в несколько сот ты сяч эрстед, а диаметр потенциальной ямы должен быть равным примерно 2 ом. Одновременное выполнение обо их условий практически трудно осуществимо, поэтому целесообразно использовать высокочастотное электро магнитное поле.
Взаимодействие высокочастотного магнитного поля с -металлом приводит к возникновению в последнем вих ревых токов, -которые вытесняют -поле из занимаемого металлом пространства или, иными словами, поле внут ри металла ослабляется вихревыми токами. Вследствие этого в переменном -магнитном поле неферромашитный проводник ведет себя подобно диамагнетику в постоян ном. Благодаря силовому взаимодействию вихревых то ков и поля металл выталкивается из зоны с большей плотностью поля в область с меньшей плотностью, т. е. в потенциальную яму. Если указанные силы достаточно велики, то металл может быть поднят вверх несмотря на действие сил тяжести и удержан в пространстве во взвешенном состоянии.
На рис. Іа -представлена простейшая схема поля -ин дукторной системы, состоящей из трех .параллельных проводо-в [16]. -По верхним проводам текут токи одного направления, поэтому в области (между ними ноле сла бее, чем вокруг .каждого. Особенно сильное поле созда ется вблизи -нижнего -провода, по -которому течет ток об ратного направления.
7
Рнс. 1. 'Магнитное поле трех проводов о токами |
(’плотность линий поля фиксируется степенью черноты |
тушовкн, плотность. |
тушовкн по сечению металла фиксирует гидростатическое давление): |
|
|
а — без металла; б — с |
металлом; ! — 4 — особые точки на поверхности расплава |
|