» » Удаление твердых окислов путем отстаивания
04.02.2017

В большинстве сплавов окислы обладают меньшим удельным весом по сравнению к удельным весом расплавленного металла. В алюминиевых сплавах важнейшим окислом является глинозем, который имеет несколько модификации. Плотность всех их находится в пределах 3,53—4,15 г*см-3. Плотность расплавленного алюминия около 2,3—2,4 г*см-3. В этом случае приведены плотности глинозема и металла, свободных от включений в пор. Глинозем, получающийся в практических условиях окисления металла, имеет большее пли меньшее число полостей, заполненных газом и пор. Плотность такого пористого глинозема может быть меньше плотности расплавленного металла. Так как при окислении алюминия во время плавки одновременно с пористым глиноземом могут находиться и более плотныe кристаллы его, то в металле будут присутствовать окислы и большей плотности и меньшей, а следовательно, могут находиться также и окислы одинаковой плотности с плотностью расплавленного металла.
Совершенно то же можно сказать и о соотношении плотностей магниевых сплавов в расплавленном состоянии и твердых окислов, в них находящихся. В магниевых сплавах тоже могут находиться во взвешенном состоянии и более тяжелые окислы, и более легкие, и одинаковые с плотностью расплавленного металла.
Путем отстаивания могут быть удалены только окислы, заметно отличающиеся Bi плотности от расплавленного металла.
He одна только плотность обусловливает скорость удаления частиц. Большое значение имеет размер частиц, удаляющихся путем отстаивания. Чем мельче частицы, тем они медленнее всплывают в более плотной среде или опускаются в менее плотной.
Для случая отстаивания шаровых частичек в бесконечной среде при очень малой скорости перемещения их и в предположении, что скольжения между жидкостью и поверхностями шаровых частичек нет, Стоксом даны формулы.
Для случая всплывания частиц шаровой формы в более плотной среде:
Удаление твердых окислов путем отстаивания

и для случая опускания частиц той же формы в среде, обладающей плотностью меньшей, чем плотность частиц,
Удаление твердых окислов путем отстаивания

В этих формулах:
θ — время подъема или опускания частицы, сек.;
η — коэффициент внутреннего трения среды, г*см-1*сек-1,
H — высота столба расплавленного металла, через который должна пройти частица, см;
r — радиус частицы, имеющей форму шара, см;
γ1 — плотность частицы, г*см-3;
γ2 — плотность среды, г*см-3;
g — ускорение силы тяжести, см*сек-2;
9/2 — коэффициент.
Написанные формулы оправдываются, если
Удаление твердых окислов путем отстаивания

Для более крупных частиц, например для частиц, радиусом больше 0,1 мм, закономерности скорости всплывания легких и опускания; тяжелых частиц выражаются в ином виде. Однако практически для удаления таких крупных частиц требуется настолько малое время, что производить расчеты и принимать какие-либо меры для ускорения их удаления не требуется.
Если для примера подсчитать время, которое потребуется для всплывания шарообразной частички глинозема, имеющего удельный вес 3,8, в расплавленной алюминиевой бронзе удельного веса 8,0, имеющей коэффициент внутреннего трения при взятой температуре 0,015 г*см-1*сек-1 в случае высоты столба металла, через который должна подняться частица, 30 см для радиусов частиц 0,01, 0,001, 0,0001 и 0,00001 см, то получим соответственно; 5 сек., 8,3 мин., 13,8 час., 57,5 суток. Это означает, что частички диаметром в 0,2 мм всплывают из металла за 5 сек., а частички диаметром в 0,0002 мм требуют для всплывания почти 58 суток времени.
Такое время требуется в том случае, если частички имеют шаровую форму. Если же частицы ветвистого вида, то время, необходимое для их всплывания еще значительно больше. Твердые окислы, находящиеся в металле во взвешенном состоянии, как правило, имеют такую ветвистую форму.
Примеры, подтверждающие упомянутое явление, легко найти и в обычной жизни.
Если посмотреть на луч солнца, падающий в помещение, то в воздухе можно легко заметить беспорядочно движущиеся пылинки. Несмотря на то, что удельный вес вещества пылинок (кремнезем, частички глины и т. п.) около 2,5—3,0, тогда как удельный вес воздуха, в котором находятся эти частицы, всего лишь 0,00129 (в тех же единицах), все же пылинки носятся в воздухе, хотя они в 2000 раз тяжелее воздуха.
Этим же объясняется, почему окислы металлов, даже в несколько раз отличающиеся по удельному весу от расплавленного металла, могут в нем весьма продолжительное время оставаться во взвешенном состоянии. Крупные частицы, которые образуются при окислении больших кусков металла, при плавке сравнительно легко всплывают на поверхность ванны, если удельный вес их меньше удельного веса металла. В металле во взвешенном состоянии остаются только такие окислы и другие неметаллические включения, которые или весьма сильно раздроблены или обладают удельным весом, близким к удельному весу расплавленного металла.
При плавке мелкой металлической стружки в сплаве может остаться, во взвешенной состоянии большое количество окислов, так как они будут находиться в мелко раздробленном виде.
При раскислении расплавленного металла, когда в результате реакции образуются твердые, не растворимые в металле окислы, они получаются особенно тонко дисперсными. Это может происходить при раскислении меди веществами, дающими в результате твердые окислы. Кроме того, образование дисперсных окислов наблюдается при введении в окисленную медь составных частей шихты, реагирующих с ней с образованием тугоплавких окислов. Наконец, такого же рода раздробленные окислы могут получиться при введении окисленной меди в сплавы, где присутствуют вещества, окислы которых обладают более низкой упругостью диссоциации по сравнению с упругостью диссоциации закиси меди и образуются они в твердом не растворимом в металле виде. Аналогичные явления имеют место и при плавке никеля и сплавов его с медью.
Таким образом, когда реакция с образованием твердого вещества идет между компонентами, находящимися в растворе, то как реагирующие в каждой данной точке ванны вещества, так и получающиеся в результате реакции, раздроблены до высокой степени дисперсности, почему они и остаются так легко во взвешенном состоянии. При перечисленных случаях образования окислов в металле они настолько с ним перемешаны, что металл теряет текучесть и принимает кашеобразную консистенцию.
Для удаления таких окислов путем отстаивания требуется длительное время, поэтому предпочтительнее применение более эффективных способов.