» » Взаимодействие расплавленного металла с покровными веществами, добавляемыми со специальными целями

02.02.2017


Твердым телом, которое часто вводят при плавке, является древесный уголь. При плавке меди и медных сплавов уголь добавляется для предохранения от окисления. Иногда введением угля преследуется также цель раскисления металла. При плавке в печах, в которых доступ к металлу открыт только сверху, например в электрических индукционных печах с железным сердечником, древесный уголь применяется с целью предохранения расплавленного металла от охлаждения.
Способность древесного угля предохранять медь от окисления, а также раскислять металл, может быть характеризована результатами следующих опытов.
При плавке меди в тиглях уголь засыпается как на дно тигля, так и сверху загруженной меди. Вся поверхность твердой шихты, разумеется, углем не бывает прикрыта, так как отдельные куски шихты могут выступать из тигля. При плавке в окислительной атмосфере (как говорят, «острым пламенем») медь, расплавленная с предварительной засыпкой древесного угля в тигель, обнаруживает содержание закиси мели около 0,7%, что в пересчете на кислород составит около 0,08%. При плавке в таких же условиях, но без угольного покрова, содержание закиси меди доходит до 3,5%. В случае плавки меди под угольным покровом, как изложено выше, и дополнительной выдержки в тигле в расплавленном состоянии при температуре 1150±10° в течение 20 мин. получена была медь с содержанием 0,5% закиси меди.
Раскисление значительно ускоряется, если жидкий металл приводится в соприкосновение с недожженным древесным углем или углем, охлаждавшимся после выжигания в обычных условиях, когда он поглощает
большое количество газов; водорода, окиси углерода, метана и других углеводородов.
При повторном нагревании такого угля происходит выделение поглощенных газов. Чем выше температура повторного нагрева, тем больше выделяется из угля газов и тем больший процент составляет водород относительно общего количества их (рис. 40). При добавке на поверхность расплавленной меди такого древесного угля будет происходить не только раскисление, но при более продолжительном соприкосновении и насыщение металла газами. Аналогично этому при соприкосновении металла, не содержащего в растворе кислорода, или сплава, содержащего активные компоненты (алюминий, кремний, цинк и др.), с древесным углем, содержащим газы или недостаточно выжженным, будет происходить насыщение сплава газом. По этой причине не следует применять древесный уголь при плавке сплавов, имеющих в своем составе активные элементы типа алюминия, кремния и т. д. Если же применение древесного угля в этом случае все же необходимо, то следует его употреблять в свежепрокаленном при высокой температуре состоянии.
Взаимодействие расплавленного металла с покровными веществами, добавляемыми со специальными целями

Таким образом, возлагать большие надежды на раскисление металла (меди) древесноугольным покровом не следует, так как заранее не известно, какое количество восстановительных газов он содержит. Восстановление же металла непосредственно твердым углеродом в этих условиях идет медленно. Наоборот, необходимо всегда опасаться насыщения раскисленного сплава водородом из древесного угля, так как водород легко поглощается большинством металлов и сплавов, удаляется же из раствора с большим или меньшим трудом.
He следует вести плавку никеля и его сплавов в условиях соприкосновения с углем, так как при этом образуется карбид никеля по реакции:
Взаимодействие расплавленного металла с покровными веществами, добавляемыми со специальными целями

Карбид никеля растворяется в расплавленном металле, а при кристаллизации выделяется по границам кристаллов в виде укрупненной эвтектики (диаграмму состояний см. на рис. 41). Кроме того, по причине понижения растворимости с понижением температуры имеет место выпадение карбида никеля при охлаждении.
Карбид никеля хрупок и, располагаясь по границам кристаллов, вызывает понижение прочности и пластичности сплава.
Одно время применяли древесный уголь также и при плавке алюминиевых сплавов, что безусловно ошибочно, так как это не способствует предохранению сплава от окисления, а скорее, наоборот, из-за увеличения поверхности металла вследствие обволакивания им кусков угля окисление даже увеличивается. Кроме того, при взаимодействии расплавленного алюминия с углем возможно образование карбида алюминия Al4C3, хотя эта реакция при температурах обычной плавки в значительной степени не идет. Кроме того, как было указано, при нагреве древесный уголь выделяет адсорбированные им газы, в том числе углеводороды и водород, а также углекислый газ и окись углерода. Первые легко насыщают металл водородом, а вторые его окисляют, так что и в этом отношении введение древесного угля при плавке алюминиевых сплавов будет способствовать понижению качества сплава и увеличению отходов при плавке.
Вообще говоря, между древесным углем и металлом в случае длительного соприкосновения при определенной температуре и давлении существует некоторое сорбционное равновесие. Если уголь содержит газов больше, чем это соответствует равновесию с металлом, то газ, главным образом водород, будет переходить из угля в металл. Если, наоборот, углем адсорбировано водорода меньше, чем должно быть для условий равновесия, то газ из металла будет выделяться и поглощаться углем. Будет наблюдаться некоторое освобождение металла от растворенного газа. Таким образом, если древесный уголь путем прокаливания при высокой температуре и лучше в вакууме освободить от адсорбированного им газа, то его можно применять для дегазации металла. Если достаточное количество такого угля погрузить в металл для увеличения поверхности соприкосновения и выдержать некоторое время, то газ из раствора в металле будет адсорбироваться углем. Если прокаленный при высокой температуре (лучше в вакууме) уголь сменять несколько раз, то можно добиться заметного удаления газа из металла. Однако практическая пригодность этого способа должна быть еще проверена.
Взаимодействие расплавленного металла с покровными веществами, добавляемыми со специальными целями

Угольный покров при плавке магниевых сплавов не применяется, так как магний реагирует с углеродом и образует карбид магния.
Древесноугольный покров часто применяется в качестве теплового изолятора. Эту роль уголь выполняет на поверхности расплавленного металла в электрических индукционных печах с железным сердечником. При плавке латуни в этих печах иногда взамен угля в качестве теплового изолятора применяют порошкообразную окись цинка, которая образуется при окислении цинка, испаряющеюся при плавке. Вместо того чтобы поверхность металла очищать от окиси цинка, последнюю оставляют и используют в качестве тепловой изоляции.
Насколько древесный уголь является хорошим тепловым изолятором, может показать следующий пример. Для прогрева металла от температуры 1150 до 1250° в 5-тонной медеплавильной печи, в которой теплота от сгорания мазута передается ванне сверху, в одном случае потребовалось 50 мин. При тех же условиях такой же разогрев металла, покрытого с поверхности древесным углем, не мог быть достигнут при работе печи в течение 3 час. Однако металл быстро нагрелся, как только древесный уголь был снят с поверхности ванны.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: