Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Окислы в сплавах могут быть и тяжелее расплавленного металла и легче, и могут иметь одинаковый удельный вес с удельным весом расплавленного металла. В зависимости от этого применяются три вида удаления твердых окислов путем флюсования; а) метод верхнего флюсования б) метод нижнего флюсования; в) метод флюсования по всей массе металла.
В случае, если удельный вес твердых окислов меньше удельного веса расплавленного металла, то окислы будут скапливаться преимущественно в поверхностном слое ванны (окислы распределяются неравномерно; они будут находиться и в остальной массе металла, но в слоях вблизи поверхности их будет больше). Наименьшее их количество будет в этом случае в нижних слоях металла в ванне. Резкого перехода от одного слоя к другому не наблюдается, а количество окислов возрастает постепенно, по мере приближения к поверхности ванны.
При таком распределении окислов в металле должно быть применено верхнее флюсование. Возможно также применение флюсования по всему объему металла; в этом случае движение флюса при удалении легких окислов, как увидим далее, должно происходить снизу вверх.
Для верхнего флюсования применяется флюс, обладающий удельным весом, меньшим удельного веса расплавленного металла при температурах ведения флюсования.
Верхнее флюсование производится следующим образом. Флюс располагается слоем по поверхности ванны и оставляется в таком положении на некоторое время. При этом частички окислов, которые в большем количестве присутствуют в верхнем слое металла, частично приходят в соприкосновение с флюсом (рис. 91, а). Соприкасающиеся с флюсом окислы будут в нем растворяться. Как только из поверхностного (может быть очень тонкого) слоя металла окислы перейдут во флюс, между кашеобразным металлом верхнего слоя и флюсом окажется прослойка металла, из которого флюс извлек окислы. Этот очищенный металл становится более тяжелым по сравнению с металлом, содержащим во взвешенном состоянии окислы (рис. 91,6) и по этой причине стремится переместиться вниз до дна ванны (рис, 91, в). Как только это произойдет, снова кашеобразный металл, т. е. металл, содержащий твердые окислы, поднимется до соприкосновения с флюсом и во флюс перейдут окислы. Опять между флюсом и металлом окажется прослойка металла, не содержащего окислов, которая снова опустится на дно и присоединится там к очищенному металлу и т. д.
Нижнее флюсование применяется в тех случаях, когда окислы при температурах плавки удельно тяжелее металла. Как и в случае верх него флюсования, окислы будут придавать металлу кашеобразную консистенцию. Однако в этом случае наибольшее количество окислов в слое кашеобразного металла будет располагаться внизу ванны.
По мере приближения к поверхности количество окислов, находящихся в металле во взвешенном состоянии, постепенно уменьшается. Наиболее чистый от окислов металл будет находиться в верхнем слое ванны.
Для выполнения нижнего флюсования подбирается флюс большего удельного веса по сравнению с удельным весом расплавленного металла при температурах плавки. В ванне он будет располагаться внизу. Процесс флюсования пойдет по аналогичной, но обратной схеме, по сравнению с тем, что имело место в случае верхнего флюсования (рис. 91, г).
Как только окислы перейдут во флюс, хотя бы в тонком слое, соприкасающемся с флюсом (рис. 91, д), этот металл, свободный от окислов, окажется легче кашеобразного металла, поэтому он переместится вверх. На его место опустится металл, содержащий окислы до соприкосновения с флюсом (рис. 91, е). Снова часть окислов перейдет из металла во флюс. Снова освобожденный от окислов металл поднимется кверху и т. д.
Если металл, подвергаемый нижнему флюсованию, в расплавленном состоянии легко окисляется, то он должен быть предохранен с поверхности от окисления или при помощи второго флюса, удельный вес которого меньшe удельного веса расплавленного металла, или путем создания какого-либо другого покрова или защитной атмосферы.
Флюсование по всей массе металла может быть произведено и с помощью более легкого флюса и с помощью флюса, удельный вес которого выше удельного веса расплавленного металла.
Удельно более легкие окислы удаляются при флюсовании по всему объему путем применения флюса, удельный вес которого меньше удельного веса расплавленного металла. В этом случае флюс при помощи колокола или обернутой ложки с отверстиями быстро погружается к дну ванны. Расплавленный флюс через отверстия в ложке или колоколе будет каплями или тонкими струйками подниматься вверх и, проходя через весь столб металла, растворять и уносить окислы на поверхность ванны (рис. 91, ж). Такое погружение флюса и пропускание его через расплавленный металл может быть проделано несколько раз с одним и тем же флюсом без снятия его с поверхности металла.
При применении такого метода флюсования будут удаляться из металла окислы, как сконцентрированные преимущественно в верхнем слое, так и находящиеся но всей массе металла.
В случае, если удельный вес окислов больше удельного веса расплавленного металла, флюсование по всей массе металла должно производиться с применением более тяжелого флюса (рис. 91, з).
В этом случае флюс льется через ковш с мелкими отверстиями на поверхность ванны. Капли флюса, будучи более тяжелыми, пройдут через всю толщу металла, на пути встретят окислы, растворят их и вместе с ними уйдут на дно ванны. И в этом случае операция пропускания флюса через металл может быть проделана несколько раз.
Если с поверхности металла в рассматриваемом случае находится предохранительный флюс или какой-либо другой покров, то дырчатый ковш не следует поднимать из металла во избежание смешивания более тяжелого флюса с более легким. В этом случае дырчатый ковш с флюсом должен подниматься до уровня, расположенного несколько ниже поверхности соприкосновения металла с легким покровным флюсом.
В тех случаях, когда окислы, находящиеся во взвешенном состоянии в металле, имеют одинаковый с ним удельный вес, удалять их можно путем флюсования по всему объему металла с применением и более легкого и более тяжелого флюса.
В практике иногда вместо дождевого пропускания флюса через расплавленный металл пользуются менее эффективным способом; перемешивают металл с флюсом клюшкой или мешалкой.
Верхним флюсованием пользуются для удаления окислов из всех тяжелых цветных сплавов, так как их окислы, а следовательно, и металл со включениями окислов, обладают удельным весом, меньшим по сравнению с удельным весом металла.
С целью очистки aлюминия и алюминиевых сплавов от твердых окислов в практике обычно применяют верхнее флюсование. Для более полного же освобождения от окислов прибегают к перемешиванию, хотя более рационально было бы дождевое пропускание флюса через металл снизу, так как в алюминиевых сплавах могут присутствовать окислы, удельный вес которых одинаков с удельным весом расплавленного сплава.
Подобрать флюс для магния с удельным весом, меньшим удельного веса металла, трудно. Большинство флюсов для магния и его сплавов обладает удельным весом, немного большим удельного веса металла. Для прикрытия поверхности металла используют поверхностное натяжение флюса. Металл внутри флюса в этом случае находится в виде массы, стремящейся принять шарообразную форму (рис. 92).
Флюс распределяется по стенкам тигля и со всех сторон охватываем металл. Если на поверхность металла поместить флюс, то он будет ее закрывать до тех пор, пока не будет отодвинут к краям.
Во время плавки магния флюсование идет со всех сторон, но довольно неорганизованно, так как сильно выраженного кашеобразного состояния металла при этом обычно не наблюдается. По-видимому, все же преобладает в этом случае нижнее флюсование.
В настоящее время вошли в употребление также рафинировочные флюсы для магниевых сплавов с применением бариевых и кальциевых солей как хлористых, так и (в особенности) фтористых. Эти флюсы заметно тяжелее ранее применявшихся на основе карналлита. Такие флюсы дают возможность осуществлять при рафинировании магниевых сплавов нижнее флюсование, которое в дальнейшем должно получить большое pacпpocтpaнениe.