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

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.