燃燒冶金采用的燃料通常為金屬(鐵、鋁、鎳、釩、鈦、鎂、鋯、鉿、鎢、鉬、铌等)粉末,氧化劑為非金屬(碳、硼、矽、硒等)粉末或氣體、液體(氫、氮等)。原料為金屬與非金屬的混合粉壓塊、注滿液體的鬆散粉或懸浮體,置於氣體中的多孔體。燃燒過程在恒壓罐或專用的反應器中進行,靠電阻絲瞬時(0。05~5秒鍾)加熱的方法點燃混合料,激發不同元素間的化學反應,形成高速擴展(0。5~15厘米/秒)的高溫0500~40000燃燒波,在很短時間內使原料轉變成優質的化合物。目前,用這種方法已生產出了400~500種化合物,其中包括一係列很難製取的化合物,既有簡單的二元化合物,又有三元以上的複雜化合物,以及金屬間化合物和固溶體。
燃燒冶金產品的推廣和應用,也有重要進展。實際使用的有生產硬質合金和超硬材料用的各種碳化物、氮化物、硼化物、碳氮化物;動力、核動力和冶金工業使用的優質高純氫化物;化學工業使用的高效催化劑;高真空下使用的摩擦材料和固體潤滑劑;組織更均勻、形狀恢複性能更好的鎳??鈦形狀記憶合金;使用溫度比鈦合金高得多的鈦??鋁金屬間化合物;電氣、電子工業使用的優質矽化物和硫化物;在特殊條件下使用的燃料和焊料及用於焊料的以不鏽鋼、石墨、難熔金屬為基的複合材料。
小批量工業生產的有以燃燒冶金產物為基的新型磨削工具、蒸發組件和坩堝、切削礦物陶瓷、高溫加熱體、特種耐火材料、高硬度和高熱強性的結構材料、特種軋輥、不同的餘屬陶瓷產品。
將燃燒與壓製、澆注、擠壓;軋製等不同的金屬加工手段配合使用,即燃燒後立即進行壓力加工,可製成各種形狀、不同用途的化合物棒材、型材、模壓件、焊條、硬質合金纖維等。
燃燒冶金具有廣泛的工藝可能性,正受到冶金工作者越來越廣泛的注意。它的進一步發展,對不同工業部門廣泛使用的各種物料、材料和製品的生產,無疑將起到積極的促進作用。探索和發展完全利用化學反應熱,而不采用外來熱源的燃燒冶金工藝,是一個具有重要學術意義和巨大經濟效益的新課題。
非晶合金薄帶高速卷取
1988年,冶金部鋼鐵研究總院開發成功非晶態合金薄帶高速卷取技術。當年10月,用該技術生產的薄帶在法國革勒諾貝爾市國際技術博覽會展出,觀者甚為驚奇。1989年1月4日,《科技日報》報道,該技術被評為1988年全國十大科技成就之一,令冶金科技界人士為之振奮。
非晶合金薄帶高速卷取技術為何能榮獲這樣高的榮譽呢?這要先從非晶態合金談起。
非晶態合金就是沒有晶粒和晶界,原子排列混亂,像玻璃一樣的金晨材料。因此,又叫它金屬玻璃。與普通晶態合金相比,非晶態合金具有一係列獨特的物理、化學性能,是目前國際上爭相發展的一種高技術新型金屬材料。非晶態合金的製造技術主要有超速急冷法,即先將鋼液噴在一個高速旋轉的冷卻輥上,其冷卻速度可達每秒100萬攝氏度以上,銫金屬來不及結晶就固化,從而一次性製成非晶態的薄帶或絲材。這項技術可以減去普通冶金的鍛鋼、軋鋼等工序,使生產工藝大為簡化。同目前生產矽鋼片的工序相比,可以減少6~8道工序,因此可以節約大量設備、廠房、能源和人力。
我國開展非晶態合金的研製工作雖然起步較晚,但進展很快,目前已取得幾十項研究成果,其中多種鐵基的、鐵鎳基的和鈷基的磁性材料、焊料、耐腐蝕介質材料等的主要技術性能,可同國外同類產品相媲美,並已在軍工和民用工業中得到多方麵的應用。
但是,由於我們“六五”期間未能攻克能夠商效、優質地生產非晶態合金蒲帶的高速卷取技術,使我國非晶態合金的產量和質量受到很大限製。非晶態合金薄帶商速卷取技術,確切地說應該叫做非晶態合金薄帶在線同步卷取技術。因為,在生產過程中,鋼帶以每秒約30米的高速飛離冷卻輥,加上鋼帶的重力和氣體剝離嘴的氣流,使厚度僅為30微米的鋼帶在空中的軌跡飄忽不定。過去沒有高速啟動卷取技術和裝備時,薄帶像天女散花一般飄落滿地,然後用人工手搖卷取。這種落後的工藝,轉易劃傷帶材表麵,影響使用;容易拽斷帶材,降低收得率;生產效率也低。如果能在薄帶飛離冷卻輥時就將凡一把抓住並卷成卷,而且是在線同步卷取,那麼就可以完全克服上述缺陷。因為,如果不同步,卷得太快,鋼液尚未成帶就被拽斷了;卷得太慢,又會使薄帶堆成一大堆。另外,卷取時還要求有一點張力,而且這種張力不能太大,也不能太小。否則,張力太大,也容易拽斷帶材;張力本小,又會使帶卷較鬆,給運輸和使用帶來不便。因此,用什麼辦法把飛速前進的薄帶頭部一把抓住?又用什麼招數把薄帶高速卷成盤卷?確實是一種難度相當大的控製技術。這個難題使很多任務業發達國家的科技工作者費盡心機、絞盡腦汁都未能解決。在我國之前,世界上掌握非晶態合金薄帶高速卷取技術的國家隻有美國和日本。
開發成功非晶態合金薄帶高速卷取技術的重大意義,可以主要概括為下列幾點:一是徹底打破了美、日兩國在這項技術上的壟斷,大長了中國冶金科技工作者的誌氣,增強了自力更生攀登科技高峰的信心。二是擴大了我國非晶態合金材料的生產規模。三是大量生產鐵基的非晶態合金薄帶,為代替冷軋矽鋼片製作變壓器的鐵芯創造了條件。因為人們研製鐵基非晶態金屬的最終期望,就是通過減少變壓器的鐵損達到節約電能的目的。目前上海用非晶態金屬製小型變壓器的初測結果表明,平均可以降低電耗50%左右。這樣我國的電將會大大節省。據日本專家測算,日本每年在變壓器鐵芯上消耗的電力約為64億千瓦小時,假如將變壓器鐵芯全部更換成非晶態金屬,鐵損可以減少三分之二,相當於每年可書省電力43億千瓦小時。
傳感器與冶金新技術
當今的技術年代是傳感器時代。對這句話你也許不以為然,但是,假如我換種方式說,當代技術的主要特征是自動檢測、自動控製與自動處理,你一定會點頭稱是。其實,這兩種說法是一致的。
傳感器技術是二項對當代技術和社會發展有廣泛影響的基礎技術。信息時代的任何高技術活動都離不開自動檢測,而自動檢測的最基本單元就是傳感器組件。所謂傳感器,顧名思義,就是一種能感知環境條件或對像的物理、化學條件變化,並顯示出物理效應的組件。現代的傳感器組件,不但可以顯示出數十種效應,可以轉換光輻射、電、熱、濕、力和化學等各種變化,而且,由於集成電路技術的采用,還出現了能同時顯示幾種物理效應的複合傳感器。特別是近幾年,由於出現了采用新型半導體材料製作的傳感組件,大大提高了傳感器的靈敏度及穩定性,使傳感器不但具備了明察秋毫%的能力,而且還具備了一定的分析判斷能力。從而使傳感器受到了現代工業生產各部門的寵愛。
機器設備維護是任何生產部門都要遇到並為之頭痛的問題,特別冶金工廠是一種設備大型化,密集化,自動化程度很高的工廠,設備的安全正常運行至關重要。對機器設備最原始的維護方式是等壞了再修複,這種方式不僅影響正常生產,而且可能危及人身安全。後來,人們對大型貴重設備采用定期維護方式,維修時間間隔可用統計方法確定一個周期,使損壞率不超過2%。但這樣又會經常遇到使運行正常的設備不得不停機維修的現象,既浪費工時和費用,甚至還會增加人為故障的可能性。目前,公認對機器設備最理想的維護方式是預知、預防性維護,即對設備的運轉狀態作定期測量或連續監測,隻有當測量結果表明設備狀態異常,不久可能發生故障時,才停機維修。