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      海綿鈦真空熔煉中生產(chǎn)揮發(fā)物對真空系統(tǒng)影響與解決辦法

      2020-07-23 23:13:48金旭
      科學(xué)大眾 2020年6期

      金旭

      摘? ?要:文章針對海綿鈦在真空熔煉工業(yè)化生產(chǎn)時產(chǎn)生的真空泵組抱死、零件腐蝕等現(xiàn)象,給予十分詳細的研究與分析,指出在實際生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生此類故障預(yù)防的相關(guān)方案和措施,使生產(chǎn)時真空泵組產(chǎn)生的故障率降低,使真空泵組的使用壽命得到延長,并取得較好的生產(chǎn)試驗效果。

      關(guān)鍵詞:海綿鈦;真空熔煉;揮發(fā)物;真空機組;抱死

      鈦是金屬材料領(lǐng)域中新發(fā)現(xiàn)的一種元素,是一種新型的優(yōu)良金屬材料,鈦合金自身的密度比較低,但具有很高的強度和比模量,同時具有熔點溫度高、較強的耐腐蝕性和抗高溫性,還有較好的抗蠕變性能與抗氧化性能,是非常具有潛力的新一代高溫合金結(jié)構(gòu)材料,被稱為“太空金屬”“海洋金屬”和“戰(zhàn)略金屬”,所以,其在航空航天和核工業(yè)等領(lǐng)域非常重要,能被廣泛使用,是非常重要的戰(zhàn)略物資。

      在廣泛的軍用和民用市場需求的帶動下,國內(nèi)海綿鈦制品市場發(fā)展?jié)摿艽?,?yīng)用的前景非常廣闊。但是,目前中國國內(nèi)海綿鈦和鈦合金產(chǎn)品的產(chǎn)量與軍用、民用市場需求還存在較大的差距。根據(jù)國外統(tǒng)計的鈦產(chǎn)量為鋼產(chǎn)量的萬分之一的比例來計算,中國國內(nèi)鈦和鈦合金產(chǎn)品的年產(chǎn)量應(yīng)在3~5萬噸,但當前不足1萬t,并且以鈦的棒料為主,高質(zhì)量的鈦和鈦合金板帶帶卷等產(chǎn)品仍然依靠進口來維持國內(nèi)的鈦成品生產(chǎn)需求。

      1? ? 問題提出

      鈦是一種活性金屬,在高溫下會和空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng),所以在熔煉時,必須處在真空熔煉設(shè)備的環(huán)境下進行。真空熔煉方法常采用真空感應(yīng)熔煉真空電弧熔煉及電子束熔煉等離子熔煉和冷床熔煉等,這些熔煉設(shè)備之間的相同點是都要使用真空泵組在真空系統(tǒng)里將氣體排除干凈,使其能夠滿足真空狀態(tài)條件。在海綿鈦自身熔煉的真空熔煉爐內(nèi),原真空系統(tǒng)設(shè)備里有很多粉塵和揮發(fā)物質(zhì),這些物質(zhì)與空氣里的水和機械泵的油接觸,共同進行混合后,對機械設(shè)備和真空系統(tǒng)設(shè)備的運行造成極大危害[1]。

      1.1? 揮發(fā)物腐蝕前級機械泵泵腔和滑閥的嚴重影響

      揮發(fā)物使腐蝕前級機械泵泵腔和滑閥的間隙增加,把機械泵自身的額定抽氣速率降低,也會使機械泵的主軸被嚴重腐蝕,同時,與軸配合間隙增大,運行時會產(chǎn)生較大的震動,使機械泵的使用壽命縮短,還會經(jīng)常產(chǎn)生真空密封泄露和漏油問題。也會腐蝕前級機械泵滑軌上的固定螺栓,在機械泵運行時產(chǎn)生的震動,螺栓會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,導(dǎo)致泵腔被劃傷和出現(xiàn)報廢現(xiàn)象[2]。

      1.2? 揮發(fā)物進入前級機械泵的影響

      揮發(fā)物如果混進泵油里,泵油的黏度會變得非常黏稠,使排氣閥和滑閥油孔、磨損閥片等發(fā)生阻塞,會使泵體與滑閥之間產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象,也會讓前級機械泵產(chǎn)生抱死的現(xiàn)象。揮發(fā)物會對軸封的氣密性產(chǎn)生影響,出現(xiàn)嚴重漏氣問題。

      1.3? 揮發(fā)物進入羅茨泵泵腔的影響

      揮發(fā)物如果附著在泵腔和轉(zhuǎn)子的表面,會使本來光潔的表面變得非常粗糙。當揮發(fā)物積累到一定程度,泵腔和轉(zhuǎn)子之間的間隙會變小,負荷增加,使泵體表面產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱膨脹,泵也發(fā)生抱死現(xiàn)象,同時也使羅茨泵的抽氣速率極大減弱,使用效果不好。

      1.4? 揮發(fā)物進入油擴散泵的影響

      當揮發(fā)物進入油擴散泵泵腔后,會使泵油的粘度增加,油變得非常黏稠,使擴散泵泵嘴被油污堵塞,導(dǎo)致油擴散真空泵無法進行正常的運行工作。當揮發(fā)物進入油后,也會使油的沸點升高,導(dǎo)致自身的工作時間延長,打開閥門的時間縮短,產(chǎn)生返油和無真空或假真空的問題[3]。

      2? ? 分析與討論

      2.1? 真空泵組中揮發(fā)物的來源

      海綿鈦的制備工藝流程主要是經(jīng)過氯化制取粗四氯化鈦、精制制取精四氯化鈦、鎂還原四氯化鈦進行還原得到海綿鈦,并通過高恒溫高真空蒸餾,去除海綿鈦中雜質(zhì)鎂和氯化鎂、破碎、包裝等工序進行制取生產(chǎn)商品海綿鈦。高鈦渣在氯化工序制備四氯化鈦,四氯化鈦與鎂發(fā)生還原反應(yīng)得到海綿鈦和氯化鎂,再經(jīng)過蒸餾除去雜質(zhì)[4]。但在蒸餾除去雜質(zhì)后,海綿鈦產(chǎn)品里還存留非常多的氯化物雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)。在國家標準中,零級品的海綿鈦產(chǎn)品里有0.06%的氯含量,經(jīng)過相關(guān)的理化分析檢測能夠得出數(shù)據(jù)。在真空泵組排除系統(tǒng)空氣的過程中,這些含氯雜質(zhì)被排除進入真空泵組的前級機械泵,與真空泵油和空氣中的水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),生成鹽酸和次氯酸,生成物溶解在真空泵油里,對不同的真空泵油和滑閥等產(chǎn)生腐蝕危害。

      2.2? 真空泵組中揮發(fā)物的來源

      經(jīng)過大量的生成實踐,通過對真空泵機組中粉塵成分進行分析可得,真空系統(tǒng)中的揮發(fā)物主要有兩個粉塵來源:(1)自耗電極中含鈦粉塵被吸入真空泵機組中;(2)鈦在熔化過程中,產(chǎn)生的金屬揮發(fā)物被吸入真空泵中。在該組中,真空消耗電弧爐運行期間產(chǎn)生的灰塵和設(shè)備內(nèi)部的灰塵被吸入真空泵組。在這些粉塵中,揮發(fā)物和一些混入油擴散泵的油附著在真空管道內(nèi)和羅茨泵的內(nèi)表面,有些與機械泵的泵油混合。真空泵中的粉塵和揮發(fā)物的聚集在一定程度上會導(dǎo)致上述問題的發(fā)生。

      3? ? 解決方案

      針對上述缺陷和問題,在具體進行使用時,作出以下解決方案,并收到良好的使用效果。每周將氣鎮(zhèn)閥閥門打開一次,把真空泵里的水排干凈,使真空泵油自身的酸濃度降低,同時還能減少對真空泵機組設(shè)備的腐蝕。停泵時,需要將充氣閥閥門及時打開,使真空泵油及時返回到油箱,防止鹽酸和次氯酸腐蝕前級機械泵的泵腔。滑軌固定螺栓材質(zhì)更改為耐腐蝕的鈦螺栓或耐酸腐蝕的不銹鋼螺栓,使固定螺栓被腐蝕脫落的概率降低,減少其對泵腔造成的損壞,在真空泵組的入口位置添置便于拆卸的防塵裝置。

      4? ? 結(jié)語

      因為海綿鈦生產(chǎn)制取的工藝不能改變,裝備受其生產(chǎn)工況限制,海綿鈦產(chǎn)品中的揮發(fā)物不能完全被除去,導(dǎo)致雜質(zhì)氯元素存在,只能通過以上處置方法減緩對真空系統(tǒng)泵機組造成的影響。以上對海綿鈦揮發(fā)物進行處置的辦法進行生產(chǎn)實踐后,海綿鈦在進行一次熔煉的過程中,機械泵原本生產(chǎn)3個月進行更換一次,現(xiàn)延長到生產(chǎn)一年更換一次,羅茨泵和油擴散泵的維修次數(shù)大大減少,使用效率提高,為生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率。

      [參考文獻]

      [1]王貴生.鈦的應(yīng)用技術(shù)[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2012.

      [2]陳興漢.真空熔煉[M].西安:西安前進印刷廠,2014.

      [3]王曉東.真空技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2013.

      [4]鄧國珠.鈦冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010.

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