Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена
Впервые способом электронно-лучевого переплава с промежуточной емкостью проведены опытно-промышленные плавки брикетов восстановленного порошка молибдена. Получены высококачественные слитки молибдена диаметром 100 мм. Показано, что способ ЭЛПЕ эффективно очищает молибденовые брикеты от примесей, дост...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96035 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена / В.О. Мушегян // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 26-28. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860264087016964096 |
|---|---|
| author | Мушегян, В.О. |
| author_facet | Мушегян, В.О. |
| citation_txt | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена / В.О. Мушегян // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 26-28. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Впервые способом электронно-лучевого переплава с промежуточной емкостью проведены опытно-промышленные плавки брикетов восстановленного порошка молибдена. Получены высококачественные слитки молибдена диаметром 100 мм. Показано, что способ ЭЛПЕ эффективно очищает молибденовые брикеты от примесей, достигая в слитках уровня молибдена чистого.
Experimental-industrial melting of briquettes of reduced molybdenum powder was performed for the first time using the method of electron beam cold hearth remelting. High-quality ingots of molybdenum of 100 mm diameter were produced. It is shown that the EBCHM method refines effectively the molybdenum briquettes from impurities reaching the level of pure molybdenum in ingots.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:58:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.526:51.001.57
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ПЛАВКА
ВОССТАНОВЛЕННОГО КОНЦЕНТРАТА МОЛИБДЕНА
В. О. Мушегян
Впервые способом электронно-лучевого переплава с промежуточной емкостью проведены опытно-промышленные
плавки брикетов восстановленного порошка молибдена. Получены высококачественные слитки молибдена диаметром
100 мм. Показано, что способ ЭЛПЕ эффективно очищает молибденовые брикеты от примесей, достигая в слитках
уровня молибдена чистого.
Experimental-industrial melting of briquettes of reduced molybdenum powder was performed for the first time using the
method of electron beam cold hearth remelting. High-quality ingots of molybdenum of 100 mm diameter were produced.
It is shown that the EBCHM method refines effectively the molybdenum briquettes from impurities reaching the level
of pure molybdenum in ingots.
Ключ е вы е с л о в а : молибден; брикеты; примеси; элек-
тронно-лучевой переплав; рафинирование; прокат
Молибден благодаря своим физико-механическим
свойствам (высокая температура плавления, 2617 °С,
низкий коэффициент линейного расширения, высо-
кий модуль упругости и др.) довольно широко при-
меняется в электротехнической, авиакосмической, хи-
мической и атомной отраслях промышленности [1].
Промышленный молибден в основном получают
способом спекания восстановленных порошков мо-
либдена в вакууме или в водороде. Современное
состояние технологии изготовления молибдена не
обеспечивает металлу достаточного уровня пластич-
ности и способности к свариванию из-за присутствия
примесей внедрения и неметаллических включений.
Физико-механические свойства молибдена, по-
лученного спеканием, существенно анизотропны и
зависят от исходного состояния, чистоты и струк-
туры исходных порошков [2]. Указанные недостат-
ки снижают возможность применения порошковых
материалов. Необходимые для деформации и экс-
плуатации свойства металлического молибдена
обеспечивают его переплав в слитки.
Молибден и сплавы на его основе плавят в дуговых
печах с расходуемым электродом в вакууме, аргоне,
медном водоохлаждаемом кристаллизаторе или гар-
нисажных печах с медным или графитовым тиглем,
а также в печах электронно-лучевого переплава [3].
Особенность плавки молибдена в дуговых печах
состоит в необходимости его раскисления углеро-
дом, водородом или алюминием. При раскислении
алюминием плавку осуществляют в аргоне, а при рас-
кислении в вакууме – углеродом или водородом.
Раскисление углеродом при плавке в аргоне спо-
собствует образованию пористости в слитках. Для
нейтрализации вредного воздействия углерода в
сплав вводят небольшое количество (до 0,02 %) кар-
бидообразующих элементов (титана, циркония,
гафния), которые кристаллизуются в виде мелких
разрозненных включений.
Электронно-лучевая плавка молибдена и его
сплавов является наиболее перспективной, позво-
ляет получать слитки и отливки с низким содержа-
нием примесей. В качестве шихты применяют мо-
либден металлический в виде штабиков и пластин
(ТУ 48-19-102—82), требования по чистоте которых
(не менее 99,35 мас. % молибдена) значительно вы-
ше, чем для брикетов.
Электронно-лучевая плавка с промежуточной
емкостью (ЭЛПЕ) позволяет эффективно рафини-
ровать тугоплавкие металлы [3, 4]. В отличие от
дуговых вакуумных печей, при плавке электронным
лучом можно осуществить значительный (контро-
лируемый) перегрев и выдержку жидкого металла
в промежуточной емкости в течение любого задан-
ного времени.
Использование способа ЭЛПЕ позволяет разде-
лить во времени и пространстве процессы плавления
шихты, рафинирования, охлаждения расплава с фор-
мированием и кристаллизацией слитков. Это, а также
возможность проведения плавки при весьма низком
остаточном давлении (менее 1⋅10—2 Па) создает усло-
вия для эффективной дегазации металла.
Указанные преимущества ЭЛПЕ позволяют до-
биваться заданной чистоты металла слитков даже в
случае использования относительно загрязненного
шихтового материала.
© В. О. МУШЕГЯН, 2009
26
С целью снижения себестоимости литого молиб-
дена путем вовлечения в плавильное производство
молибденовых брикетов проведены эксперимен-
тальные плавки восстановленного молибденового
концентрата производства OAO «Чистое железо»
(Ереван, Армения) в виде брикетов. Химический
состав исходного сырья приведен в таблице. Бри-
кеты представляют собой цилиндры размерами ди-
аметром 40 (45…50) мм со средней массой 0,8 кг
из восстановленного водородом молибденового по-
рошка. Использовано преимущество электронно-
лучевого переплава молибдена, по сравнению с
ВДП, возможность переплава металла в любом виде
(брикеты, порошок стружка), тогда как при дуговой
плавке необходимо готовить расходуемый электрод [5].
Плавки проводили на установке МВ-1 (рис. 1) с
использование четырех электронных пушек на тле-
ющем разряде [6] общей мощностью 480 кВт. Бри-
кеты из восстановленного молибденового порошка
загружали в нерасходуемый короб, после чего ус-
тановку вакуумировали до уровня остаточного дав-
ления 5⋅10—2 Па. Затем при помощи механизма по-
дачи шихты брикеты подавали на водоохлаждаемую
площадку (припод), где в зонах I и II (рис. 2) про-
исходили нагрев и дегазация брикетов. При этом с
использованием программируемых схем разверток
и сканирования электронных лучей исходные бри-
кеты прогревали на краю промежуточной емкости,
в результате чего происходило интенсивное газовы-
деление, и брикеты становились пористыми. Про-
должая повышать интенсивность нагрева (путем
увеличения мощности до 100 кВт), плавно перехо-
дили к плавлению брикетов и заполнению объема
промежуточной емкости.
По мере накопления металла в промежуточной
емкости производили порционный слив расплава в
медный водоохлаждаемый цилиндрический крис-
таллизатор. Электронным лучом с помощью круго-
вой развертки по свободной поверхности формиру-
емого слитка в кристаллизаторе поддерживали на-
личие постоянной жидкой ванны глубиной до 6 мм.
При этом путем програмируемого сканирования лу-
чей добивались увеличения интенсивности обогрева
у стенок кристаллизатора, по сравнению с централь-
ной зоной, для минимизации поверхностных дефек-
тов при формировании слитка.
Основные процессы нагрева, рафинирования и
перемешивания расплава для выравнивания хими-
ческого состава осуществляли в промежуточной ем-
кости. При взаимодействии поверхности перегрето-
го расплава в промежуточной емкости с вакуумной
средой и высокоэнергетическим воздействием элек-
тронных лучей происходило его рафинирование от
растворенных газов и легкоплавких примесей с вы-
сокой упругостью пара, примесей внедрения и нес-
тойких соединений.
Эффективная плавка молибдена в печах ЭЛПЕ
возможна при обеспечении высокой скорости откач-
ки и остаточном давлении в плавильной камере при-
мерно 1⋅10—1…1⋅10—2 Па. При таком давлении и зна-
чениях температуры 2900…3000 °С из жидкого мо-
либдена удаляются примеси, уровень давления па-
ров которых выше, чем у паров молибдена. Среди
металлов лишь у рения, тантала и вольфрама дав-
Т а б л и ц а . Химический состав слитков молибдена ЭЛПЕ и исходного сырья
Вид продукции
Массовая доля элементов, %
C S Fe Cu O N
Молибден металлический в виде спечен-
ных брикетов (TSh 64-15126592-02:2008)
0,1 0,01 0,5 0,01 1,0 —
Молибден металлический в виде спечен-
ных брикетов (результаты анализа)
0,005 0,001 0,2 0,01 0,2 0,03
Слитки ЭЛПЕ диаметром 70 и 100 мм 0,002 <0,001 0,007 <0,001 0,0005 0,002
Рис. 1. Электронно-лучевая печь МВ-1
Рис. 2. Схема ЭЛПЕ брикетов молибдена: 1 – кристаллизатор;
2 – промежуточная емкость; 3 – брикеты молибдена; 4 –
водоохлаждаемый лоток
27
ление паров существенно ниже, чем у молибдена
при указанных температурах.
Если принять, что металлические компоненты
образуют в жидком молибдене растворы, близкие
к идеальным, можно ориентировочно рассчитать ко-
нечное содержание примеси после плавки при оп-
ределенных значениях остаточного давления и тем-
пературы по формуле, приведенной в работе [7]
(закон Генри):
Nn = Pост/Pn,
где Pост – остаточное давление газов; Pn – давле-
ние чистого компонента (примеси) при температуре
плавки; Nn – конечная молярная доля примеси в
расплаве.
В результате плавок получены слитки молибде-
на ЭЛПЕ диаметрами 70 и 100 мм, длиной до
1500 мм (рис. 3). Поверхность слитков – гладкая,
без разрывов и трещин, с небольшими гофрами.
Химический анализ слитков показал, что в резуль-
тате электронно-лучевого переплава брикетов мо-
либдена с использованием промежуточной емкости
происходит интенсивное удаление примесей кисло-
рода, азота, железа, меди, углерода, серы (табли-
ца). Значения твердости слитка молибдена равны
HV 1400…1550 МПа, т. е. намного ниже твердости
молибдена, полученного способом вакуумно-дуго-
вого переплава (HV 1760…1800 МПа) [3].
Выводы
1. Установлено, что электронно-лучевая плавка с
промежуточной емкостью является эффективным
средством рафинирования восстановленного по-
рошка молибдена от примесей.
2. Показано, что химическая чистота получен-
ных слитков по исследованным элементам соответ-
ствует требованиям молибдена чистого (молибден
чистый, 99,96 мас. %), применяющегося для изде-
лий ответственного назначения.
1. Молибден в ядерной энергетике / Под ред. чл.-кор. АН
СССР В. С. Емельянова и д-ра техн. наук, А. И. Евстю-
хина. – М.: Атомиздат, 1977. – 160 с.
2. Зеликман А. Н. Молибден. – М.: Металлургия, 1970. –
440 с.
3. Мовчан Б. А., Тихоновский А. Л., Курапов Ю. А. Элект-
ронно-лучевая плавка и рафинирование металлов и спла-
вов. – Киев: Наук. думка, 1972. – 240 с.
4. Электронно-лучевая плавка / Б. Е. Патон, Н. П. Три-
губ, Д. А. Козлитин, С. В. Ахонин и др. – Киев: Наук.
думка, 1997. – 265 с.
5. Дуговые вакуумные печи и электронные плавильные уста-
новки / М. Я. Смелянский, В. А. Бояршинов, К. Д. Гут-
терман и др. – Металлургиздат, 1962. – 190 с.
6. Удрис Я. Я., Чернов В. А. Мощные электронные пушки
высоковольтного тлеющего разряда (ВТР): Proc. II Intern.
conf. on electron beam technologies (Varna, Bulgaria,
1988) – Varna, 1998. – P. 254
7. Заборонок Г. Ф., Зеленцов Т. И., Ронжин А. С. Элект-
ронная плавка металлов. – М. Металлургия, 1965. –
292 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 15.10.2009
Рис. 3. Слиток молибдена ЭЛПЕ диаметром 100 мм
28
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96035 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:58:32Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мушегян, В.О. 2016-03-10T13:12:57Z 2016-03-10T13:12:57Z 2009 Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена / В.О. Мушегян // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 26-28. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96035 669.187.526:51.001.57 Впервые способом электронно-лучевого переплава с промежуточной емкостью проведены опытно-промышленные плавки брикетов восстановленного порошка молибдена. Получены высококачественные слитки молибдена диаметром 100 мм. Показано, что способ ЭЛПЕ эффективно очищает молибденовые брикеты от примесей, достигая в слитках уровня молибдена чистого. Experimental-industrial melting of briquettes of reduced molybdenum powder was performed for the first time using the method of electron beam cold hearth remelting. High-quality ingots of molybdenum of 100 mm diameter were produced. It is shown that the EBCHM method refines effectively the molybdenum briquettes from impurities reaching the level of pure molybdenum in ingots. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена Electron beam melting of reduced concentrate of molybdenum Article published earlier |
| spellingShingle | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена Мушегян, В.О. Электронно-лучевые процессы |
| title | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена |
| title_alt | Electron beam melting of reduced concentrate of molybdenum |
| title_full | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена |
| title_fullStr | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена |
| title_full_unstemmed | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена |
| title_short | Электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена |
| title_sort | электронно-лучевая плавка восстановленного концентрата молибдена |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96035 |
| work_keys_str_mv | AT mušegânvo élektronnolučevaâplavkavosstanovlennogokoncentratamolibdena AT mušegânvo electronbeammeltingofreducedconcentrateofmolybdenum |