Удаление растворенных газов путем введения очистителей
» » Удаление растворенных газов путем введения очистителей

02.02.2017

Очистители применяются для освобождения алюминиевых сплавов от растворенных в них газов и от взвешенных неметаллических включений, главным образом твердых частичек глинозема.
В качестве очистителен применяются преимущественно различные хлористые соли. В патентной и технической литературе, кроме галогенов, известно большое число самых разнообразных соединений, как, например, BCl3, TiCl4, ССl4, SiCl4, SnCl4, FeCl3, SbCl5, C2H2Cl4 (тетрахлорэтан) и др., рекомендованных в качестве веществ, пригодных для удаления газов из расплавленных алюминиевых сплавов.
Некоторыми исследователями предлагались в качестве очистителей также летучие элементы — сера, селен и теллур. Другие считают наилучшим способом дегазации и удаления неметаллических веществ из алюминиевых сплавов комбинацию двух или нескольких веществ, например азота и четыреххлористого титана, натрия и хлора и др.
Явления, происходящие при введении хлористых солей для дегазации алюминиевых сплавов, представляются в следующем виде.
При введении твердых, жидких или газообразных хлористых солей в расплавленный алюминий или сплав, содержащий в своем составе алюминий, возможны обменные реакции с алюминием в том случае, если упругость диссоциации взятой соли больше, чем упругость диссоциации хлористого алюминия при данных условиях. Вторичным признаком возможности течения реакций является теплота образования хлористых солей, отнесенная к единице веса хлора. Если теплота образования AlCl3 во взятых условиях выше, чем теплота образования вводимой хлористой соли, то реакция легко пойдет в сторону восстановления металла вводимой хлористой соли с образованием хлористого алюминия.
Удаление растворенных газов путем введения очистителей

Применяемые очистители могут быть расположены в ряд в порядке возрастания их упругости диссоциации. В справочниках чаще можно встретить теплоты образования соединений, чем их упругости диссоциации, поэтому для практических целей можно пользоваться и рядом теплот образования хлоридов на единицу хлора (табл. 8).
Пользуясь известной формулой физической химии:
Удаление растворенных газов путем введения очистителей

можно, правда весьма приближенно, определить константу, а следовательно, и упругость диссоциации соединений для требуемой температуры.
В этой формуле: P — упругость диссоциации; Q — теплота образования соединения; T — температура, °К.
Соли, которые в ряду теплот образования (табл. 9) расположены выше хлористого алюминия, могут реагировать с алюминием по закону действия масс лишь при значительном избытке. В условиях плавки алюминия эти соли слабо реагируют с ним. Все же хлористые соли, помешенные в этом ряду ниже AlCl3, будут, как правило, легко реагировать с алюминием по реакциям:
Удаление растворенных газов путем введения очистителей

и др.
Каждая из приведенных реакций будет иметь место при взаимодействии вводимой с целью дегазации соли с алюминием, что легко подтверждается химическими анализами металла.
При производстве дегазации рассматриваемым способом, кроме хлористого алюминия, через расплавленный металл могут частично проходить вводимые соли, если они не успеют прореагировать. Количественные соотношения пара вводимой соли и пара хлористого алюминия, получающегося в результате реакции, могут меняться в зависимости от упругости пара вводимой соли, от скорости прохождения пузырьков через металл, от их размеров, глубины ванны, температуры и т. д.
Образующиеся пары хлористого алюминия и вводимой хлористой соли по отношению к растворенным в металле газам являются нейтральными. В химические реакции с газами они не вступают, освобождение же металла от растворенных газов совершается по принципу продувки инертным газом.
При введении хлористых солей в расплавленный алюминий или алюминиевый сплав металл хлористой соли переходит в сплав, являясь в нем лишним, если этот металл в шихтовую композицию не входил (например цинк, переходящий из хлористой его соли в дуралюмин и т. п.). В других случаях металл хлористой соли увеличивает концентрацию одноименного элемента, если он уже присутствовал в сплаве в качестве компонента (например дегазация дуралюмина путем введения хлористого марганца). В случае введения в качестве дегазатора четыреххлористого титана последний в элементарном виде переходит в сплав, присутствуя в котором способствует измельчению структуры металла и иногда этим улучшая сплав.
Дегазацию металла можно производить и непосредственно хлористым алюминием, но так как температура кипения его 178—183°, то при температуре расплавленного алюминия переход его в парообразное состояние будет совершаться слишком быстро. Пузыри хлористого алюминия получатся очень крупными, с малой поверхностью относительно объема, а потому и эффективность дегазации будет невысокой.
Если медленнее будет идти парообразование и, следовательно, мельче будут получаться пузырьки, результат дегазации при введении твердых хлористых солей будет больший. Кроме того, улучшится дегазация и повысится степень использования вводимой соли при повышении температуры кипения этой соли (в пределах температуры металла при плавке) и при уменьшении скорости реакции соли с металлом.
Удаление растворенных газов путем введения очистителей

Вследствие большой упругости пара хлористого алюминия, образующегося в результате реакции с вводимой солью или применяемого для дегазации, при температурах плавки он удаляется из. металла. Однако замечено, что если лить металл сразу после введения хлористой соли и окончания реакции с металлом, слиток получается с включениями пузырьков, по-видимому, хлористого алюминия (рис. 66). Возможно, что хлористый алюминий несколько растворяется в металле или, вернее, запутывается в виде мелких включений пара и обусловливает пузыристость слитка. Непродолжительное выдерживание жидкого металла, перемешивание, а также дополнительная продувка инертным газом дают возможность освободить металл от хлористого алюминия, а в результате получить плотные слитки. Этим же может быть объяснен положительный результат применения комбинированной дегазации, например, хлором и азотом или четыреххлористым титаном и азотом и т. д. В таких случаях хлор или хлорид способствуют удалению газа из раствора в металле, а инертный газ ускоряет удаление хлористого алюминия из металла.
Применение для дегазации серы, селена и теллура не дает особенно хороших результатов. При введении серы происходит ее парообразование и реакция пара с металлом. В результате реакции образуется сернистый алюминий Al2S3, который в виде серых пленок выходит на поверхность металла. В слитках, металл которых перед литьем обрабатывался серой, наблюдалась пористость и пленистость.
Таким образом, в основе процесса удаления растворенного в металле газа с помощью введения хлористых солей лежат реакции хлоридов с металлом с образованием летучих хлоридов основного металла, которые играют роль инертного газа, так что и в этом случае большая часть газа удаляется по принципу продувки металла нейтральным газом.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: