» » Испарение металлов при плавке
02.02.2017

Жидкие и твердые вещества обладают некоторой определенной упругостью пара. В зависимости от температуры упругость пара веществ изменяется. По мере повышения температуры упругость пара вещества возрастает сначала медленно, а по мере приближения к упругости пара, соответствующей атмосферному давлению, — быстрее. Te твердые вещества, которые обычно считаются не летучими, все же всегда имеют некоторую упругость пара, даже при комнатной температуре. Запах, например, показывает, что вещества, им обладающие, имеют заметную упругость пара. Твердые металлы при комнатной температуре имеют чрезвычайно малую упругость пара. Для меди при температуре около 230° упругость пара составляет 5,7*10в-30 ат, с другой стороны, даже для таких металлов, которые при повышенных температурах являются летучими, упругость пара при более низких температурах сравнительно очень низка. Для цинка при температуре 200° упругость пара лается paвной 1,03*10в-9 ат. Из металлов только ртуть при комнатной температуре обладает заметной упругостью пара.
По этой причине комнаты, в трещинах пола которых забилась пролитая ртуть, непригодны для жилья, так как пар ртути, вследствие значительной его упругости, будет присутствовать в атмосфере этих комнат, а вдыхать воздух, содержащий ртутный пар, опасно для здоровья человека.
Температуры кипения некоторых металлов приведены в табл. 10.
Испарение металлов при плавке

Зависимость упругости пара веществ, в том числе и металлов от температуры, имеет логарифмический вид. Графически она изображается кривыми, у которых по мере повышения температуры приращения упругостей пара возрастают больше, чем приращения температур. Характер зависимости упругости пара металлов (рис. 71, а) аналогичен тому, который известен для воды (рис. 71, б). Следовательно, и в отношении упругости пара закономерности для металла и воды одинаковы, аналогично тому, что имело место в случае закономерности растворимости газов в металлах и водных растворах.
Повышение температуры металла при плавке вызывает повышение упругости пара его. С поверхности кусков шихтовых материалов начинается переход их в парообразное состояние. Металл при этом в виде пара уходит в атмосферу. При переходе металла при, плавлении из твердого состояния в жидкое кривая упругости пара не имеет каких-либо перегибов, так как упругость пара продолжает возрастать с той же закономерностью.
Испарение металлов при плавке

Когда с повышением температуры расплавленный металл приобретает упругость пара, равную атмосферному давлению, то парообразование не ограничивается одной свободной поверхностью, а происходит по всей массе металла и в особенности в местах подвода к нему теплоты. Этим и отличается кипение от испарения, так как испарение наблюдается только по свободной поверхности жидкости.
Испарение происходит при различных температурах, тогда как при кипении температура держится постоянной до тех пор, пока есть жидкость того же состава.
При испарении теплота, подводимая к металлу, вызывает и повышение его температуры и перевод в парообразное состояние. При кипении же теплота расходуется только на перевод металла в парообразное состояние. Так как парообразование при кипении происходит по всей массе несколько перегретого металла, то температура его выше не поднимается, потому что при переводе жидкости в пар затрачивается значительное количество теплоты (теплота кипения). Иначе говоря, по условиям фазового равновесия при постоянном давлении система оказывается нонвариантной.
Чем больше поверхность ванны, тем с большей поверхности происходит переход жидкости в парообразное состояние и тем больше металла из садки будет потеряно. При кипении свободная поверхность металла такого большого значения не имеет, так как пузыри пара образуются по всему объему металла и в наибольшем количестве в тех местах, куда поступает теплота при нагревании ванны. Если весь объем металла нагрет до температуры кипения и немного даже выше, то пузыри пара все равно выйдут из металла, как бы ни была мала свободная поверхность.
В практических условиях плавки всегда имеет место некоторое испарение металла. Чем большей упругостью пара обладает металл, тем испарение его идет в большей степени. При плавке испаряются не только те металлы, которые обычно считаются летучими. Такие металлы, как медь, которая имеет температуру кипения около 2350°, при плавке все лее имеют упругость пара достаточную, чтобы заметно испаряться. Пламя при плавке меди окрашивается в зеленый цвет вследствие присутствия в атмосфере пара металла. Окрашивание пламени наблюдается далее в том случае, если металл не доведен до плавления: испарение меди с поверхности твердых нагретых кусков достаточное, чтобы вызвать окрашивание пламени.
С поверхности нагретых кусков латуни во время плавки испаряется цинк. При этом, разумеется, испаряется и медь, но в значительно меньшей степени. Если латунь представляла по структуре двойной твердый раствор α+β, то вследствие уменьшения содержания цинка в поверхностном слое, латунь в этом месте становится однофазной, состоящей только из кристаллов твердого раствора а, тогда как во внутренних частях по прежнему будут находиться кристаллы твердых растворов α и β (рис. 72).
Испарение металлов при плавке

Испарение цинка происходит eщe в большей степени после расплавления латуни, так как при более высокой температуре упругость пара выше.
В восстановительной атмосфере испарение цинка из латуни происходит энергичнее, чем в окислительной.
Если на поверхности твердых кусков латуни имелись органические вещества, например пятна масла, то в этих местах цинк испаряется быстрее. Процесс испарения цинка может идти до заметного изменения цвета латуни, до омеднения с поверхности. В окислительной атмосфере испарение цинка происходит медленнее, так как слой окислов затрудняет выход цинка на поверхность. Пар цинка задерживается в порах окиси цинка, находящейся на поверхности, создает повышенную упругость у поверхности металла и замедляет дальнейшее испарение цинка из сплава.
Точно так же испарение цинка с поверхности расплавленной латуни происходит энергичнее при отсутствии на ней окислов или шлака. Древесный уголь заметно не уменьшает испарение цинка из расплавленной латуни, так как способствует сохранению поверхности сплава свободной от окислов, а также увеличивает поверхность вследствие вдавливания кусков угля в металл. Очень сильно уменьшают испарение цинка из расплавленной латуни растворяющиеся в ней элементы, образующие на поверхности металла прочные и плотные пленки окислов. К таким элементам относятся алюминий, бериллий, кремний и др.