真空冶金意義
來源：康沃真空網(wǎng) | 發(fā)布時間：2023-07-08 |
真空冶金是在低于標準大氣壓條件下進行的冶金作業(yè)。可以實現(xiàn)大氣中無法進行的冶金過程，能防止金屬氧化，分離沸點不同的物質(zhì)，除去金屬中的氣體或雜質(zhì)，增強金屬中碳的脫氧能力，提高金屬和合金的質(zhì)量。真空冶金一般用于金屬的熔煉、精煉、澆鑄和熱處理等，隨著尖端科學技術(shù)的迅速發(fā)展，真空冶金在稀有金屬、鋼和特種合金的冶煉方面日益廣泛地得到應用。
自冶金工業(yè)建立和發(fā)展以來，人 們就不斷探索各種工藝方法，以圖減少大氣環(huán)境和雜質(zhì)對金屬材料冶煉的影響，但一直無法從根本上解決這一難題，直到真空冶煉技術(shù)的出現(xiàn)，才使冶金技術(shù)有了根本性的突破。早在 1867年世界上就頒布了第一篇真空冶金的專利文獻。1917年建立了第一臺真空感應爐，進行小型的試驗研究。
20世紀20～40年代，隨著對材料的要求日益提高，真空冶金逐步得到發(fā)展，1923年德國開始用真空感應爐熔煉鎳基合金，1938年德國博丘姆·維爾恩(Bochum Veren) 鋼廠開始在工業(yè)生產(chǎn)中進行液鋼的真空脫氣。到20世紀50～60年代，真空冶金開始用于有色金屬的還原、有色金屬及其合金的精煉、熔鑄，以及某些冶金中間產(chǎn)品的分離，成為現(xiàn)代冶金的重要領域，涉及到冶金的各個方面。
真空冶金是在低于或遠低于常壓下進行金屬及合金的冶煉和加工的冶金方法。真空對冶金過程的重要作用主要是：(1)為有氣態(tài)生成物的冶金反應創(chuàng)造有利的化學熱力學和動力學條件，從而使某些在常壓下難以進行的冶金過程在真空條件下得以實現(xiàn)；(2)降低氣體雜質(zhì)及易揮發(fā)性雜質(zhì)在金屬中的溶解度，相應地降低其在金屬中的含量；(3)降低金屬或雜質(zhì)揮發(fā)所需溫度，并提高金屬與雜質(zhì)間的分離系數(shù)(見真空精煉)；(4)減輕或避免金屬或其他反應劑與空氣的作用，避免氣相雜質(zhì)對金屬或合金的污染。真空冶金主要用于真空分離、真空還原、真空精煉、真空熔鑄、熱處理、真空鍍膜等。
真空分離
主要用于冶金原料及中間產(chǎn)品的分離。在真空條件下加熱冶金原料或中間產(chǎn)品，利用其中各組分在一定溫度下的蒸氣壓不同選擇性揮發(fā)和冷凝某種(某些)組分，達到彼此分離的目的。例如含汞約1%的硫化銻汞精礦，由于HgS的蒸氣壓比Sb2S3大4個數(shù)量級，因此，可將精礦加熱到一合適溫度，選擇性揮發(fā)HgS，而與Sb2S3分離。當用常規(guī)回轉(zhuǎn)窯 (見焙燒)揮發(fā)時，汞的回收率僅94%～95%，而且勞動條件惡劣;而在半工業(yè)規(guī)模于593～613K、6.67kPa真空下?lián)]發(fā)15min，汞的揮發(fā)率達99%，銻僅3%～5%被帶出。真空還原
在真空條件下還原金屬的化合物或礦石以制取金屬或合金的方法。真空在還原過程中所起的作用，除能避免還原劑和還原出的金屬被空氣氧化及氮的污染外，更重要的是對生成氣態(tài)產(chǎn)物(如金屬蒸氣、CO等)的冶金反應特別有利。例如金屬氧化物的碳還原時，其反應式為：(設Me為二價)2MeO(s)+C(s)=2Me+CO2(g)(或CO)
反應產(chǎn)生氣態(tài)CO2或CO，有時還產(chǎn)出氣態(tài)金屬Me。根據(jù)呂查德里原理(Principle of Lechatelier)，降低生成物的分壓有利于還原反應的進行，這樣勢必在設備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、能耗等方面帶來效益。
真空還原已在有色金屬冶金中廣為應用，真空碳還原已成為生產(chǎn)金屬鈮的主要方法，它也是金屬礬、鉭的生產(chǎn)的重要方法。在真空中用硅作還原劑的真空硅熱還原法，以及在真空中用鋁作還原劑的真空鋁熱還原法生產(chǎn)某些低沸點金屬如鈣、鎂、鋇等，由于其工藝簡單、成本較低，而成為這些金屬的工業(yè)生產(chǎn)方法之 一。真空還原通常在真空電阻爐或真空感應爐中進行。
