Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Рассмотренный в предыдущем параграфе случай взаимодействия расплавленного металла со шлаком в сущности тоже есть пример взаимодействия металла с расплавленными солями, но соли в этом случае образуются из основных и кислотных окислов во время рафинирования меди. Одни из окислов вводятся в печь специально для образования шлака, а другие извлекаются из металла после его окисления.
Издавна известны случаи, когда для освобождения металлов и сплавов от нерастворимых твердых окислов вводились уже готовые соли. В прошлом для этой цели пользовались преимущественно поваренной солью. При плавке латуни некоторые литейщики заметили, что качество сплава значительно повышается в случае введения в расплавленный металл поваренной соли. Введение расплавленных солей, в том числе и хлористого натрия, во многих случаях действительно может оказаться полезным.
Соль вводится в твердом виде, но, как только она попадает в тигель с металлом, она плавится и оказывает на сплав влияние уже в расплавленном виде.
В обычных условиях поваренная соль содержит в себе влагу, которая обусловливает растрескивание и разбрасывание соли при быстром нагревании. Влага соли может вступать в реакцию с составными частями сплава и их окислять. Во избежание этого в расплавленный металл следует вводить соли обезвоженные, а лучше переплавленные. Если сплав содержал во взвешенном состоянии или имел на поверхности окислы, то при создании слоя расплавленной соли он от них частично или полностью освобождается. Введение поваренной соли в настоящее время является примером только историческим, но достаточно поучительным.
Наиболее полно извлекаются окислы такими солями, которые их растворяют. Иногда из металла нерастворимые окислы также удаляются и с помощью солей, которые не дают растворов с ними. В этом случае имеет место физическое явление — обволакивание и как бы склеивание окислов и переход их из металла в расплавленную соль. Таким действием соли и может быть объяснено улучшение качества латуни при употреблении хлористого натрия.
Для сплавов, на которые соприкосновение с воздухом или газами атмосферы рабочего пространства печи оказывает отрицательное влияние, применяются различного рода покровы. Многие медные сплавы, как уже рассматривалось, плавятся под покровом древесного угля.
В некоторых случаях, например при плавке медноникелевых сплавов, а также никеля и других никелевых сплавов угольный покров не может быть допущен, так как он насыщает сплав углеродом. С другой стороны, при плавке упомянутых сплавов без покрова имеет место их окисление, при котором кислород переходит в раствор в виде закиси никеля и понижает свойства сплава. Сплавы, содержащие значительные количества кислорода (NiO), так же, как и в случае содержания карбида (Ni3C), теряют пластичность и обнаруживают хрупкость. Для предохранения сплава от поглощения как кислорода, так и углерода применяют плавку под слоем расплавленного вещества, которое защищает металл от взаимодействия с атмосферой. В качестве расплавленных покровов для никелевых сплавов применяется стекло, бура и некоторые более сложных составов соляные сплавы.
Основные требования, предъявляемые к этим веществам, следующие;
A. Покровный шлак не должен растворять кислорода, а также кислород- и углеродсодержащих газов. При несоблюдении этого требования покровный шлак явится передатчиком кислорода или углерода из атмосферы сплаву.
Б. Покровный шлак не должен вступать в химические реакции с металлом, атмосферой печи и, по возможности, с материалом тигля.
B. Покровный шлак должен иметь температуру плавления не выше температуры металла во время плавки. Иногда шлак подбирается с такой температурой плавления, чтобы к моменту литья он образовал твердую или вязкую корку на поверхности металла. Это делается с целью облегчить задержку шлака в тигле и не допустить его в изложницу.
Г. Покровный шлак не должен быстро растворять материал тигля или футеровки печи. Все покровные шлаки в большей или меньшей степени растворяют материал тигля или футеровки. В данном случае приходится лишь мириться с наименьшим из зол.
Д. Покровный шлак не должен быть слишком летучим при температурах расплавленного сплава. Это требование должно быть до известной степени условным, так как за неимением лучших иногда применяются и шлаки, обладающие значительной упругостью пара при температурах плавки. Если экономические и технические соображения позволяют применение летучих шлаков, то они могут быть допущены при условии, что их пар He является вредным для работающих, и при наличии хороших вытяжных устройств как из печи, так и из помещения.
Е. Покровный шлак не должен быть дефицитным и излишне дорогим. Это требование общее для всех вспомогательных материалов. При выборе покровных шлаков приходится сообразоваться с экономической целесообразностью применения того или иного из них, чтобы получить сплав высокого качества в потребном количестве и наиболее экономически выгодно.
Из перечисленных требований видно, что основное назначение покровных шлаков — предохранять металл от проникновения в него кислорода и других газов из атмосферы рабочего пространства печи и воздуха.
Для сравнительно новых сплавов меднохромовых и меднохромовоцинковых предохранение от окисления при плавке не менее важно, чем при плавке никелевых сплавов. Хром при окислении повышает весьма сильно вязкость сплавов вследствие образования мелко раздробленных частиц тугоплавкой окиси хрома.
Научно обоснованных покровных шлаков для этих сплавов пока подыскать не удалось, в практике же часто пользуются так называемой «стеклянной глыбой», которая представляет сплавленный силикат окиси натрия. Этот шлак в качестве предохранительного может быть признан удовлетворительным, но его способность растворять окись хрома, по-видимому, недостаточна.
Для алюминиевых сплавов, так же как и для некоторых сплавов тяжелых цветных металлов, расплавленные соли применяются при переплавке мелких шихтовых материалов — стружки, опилок и т. и. В этом случае назначение расплавленных солей — не только предохранить металл от окисления во время плавки, но и освободить его от окислов, которые уже имелись на поверхности кусочков, составляющих шихту.
Пленки окиси алюминия, образующиеся на поверхности, обладают большой прочностью, поэтому при переплавке мелкой стружки металл не вытекает из оболочек окружающих его окислов. Если примененные расплавленные соли растворят окислы, то жидкий металл освободится от сдерживающих его пленок и стечет в нижнюю часть печи. Таким образом, при плавке алюминиевых сплавов роль расплавленных солей не только предохранительная, но и активная, поэтому такие соли чаще носят название флюсов, а не покровных шлаков. В качестве флюсов для алюминиевых сплавов применяются различные фтористые и хлористые соли как в отдельности, так и в комбинациях.
Наилучшим растворителем глинозема при плавке сплавов на алюминиевой основе является криолит Na3AlF6, к которому добавляются другие соли с целью получения достаточно низкой температуры плавления.
Основой для флюса, применяемого при плавке алюминиевых сплавов, содержащих значительное количество магния, а также сплавов на магниевой основе, является карналлит KMgCl3 или KCl*MgCi2, к которому добавляются другие соли в зависимости от необходимости.
Рафинирование магниевых сплавов от окислов, нитридов и других твердых включений под флюсами, мало отличающимися по удельному весу от расплавленного металла, производится путем перемешивания сплава с флюсом. При этом увеличивается поверхность соприкосновения металла с флюсом, и рафинирование происходит более полно.
- Окисление меди при рафинировании
- Взаимодействие металла со шлаком при рафинировании меди
- Взаимодействие расплавленного металла с футеровкой печи
- Взаимодействие расплавленного металла с покровными веществами, добавляемыми со специальными целями
- Взаимодействие алюминиевых и магниевых сплавов в твердом состоянии с восстановительной атмосферой печи