» » Рафинирование расплавов от растворенных газов
22.04.2015

Этот вид рафинирования называют также дегазацией расплавов. Дегазация означает удаление из расплавов водорода, а также азота и оксида углерода. Удаление растворенного в металлических расплавах кислорода осуществляется совершенно другим способом, именуемым раскислением.
Дегазация металлических расплавов может быть осуществлена «вымораживанием», продувкой нерастворимыми газами, вакуумированием, обработкой флюсами, различными физическими воздействиями на расплав и некоторыми другими приемами.
Дегазация «вымораживанием» основана на уменьшении растворимости газов при понижении температуры. При медленном охлаждении расплава в печи вплоть до частичной кристаллизации растворенные газы будут выделяться через открытую поверхность в атмосферу, а также в виде пузырей подниматься в объеме расплава и всплывать. Таким образом значительная доля растворенных газов будет удалена из металла. После этого металл вновь нагревают и расплавляют с максимально возможной скоростью, доводят температуру до нужной величины и разливают. Этот способ, хотя и весьма длительный и энергоемкий, надежно позволяет получать металл с малым содержанием газов. Разновидностью этого способа может считаться простая предварительная переплавка металла с разливкой его в чушки для последующей плавки рабочего сплава. Таким приемом пользуются, если исходные материалы содержат много окисленных отходов с большим количеством адсорбированной влаги.
Дегазация расплавов продувкой нерастворимыми газами основана на том, что в пузырьке такого газа, находящемся в расплаве, парциальное давление растворенного газа первоначально равно нулю. Поэтому растворенный газ переходит из расплава в пузырек до тех пор, пока не наступит равновесие между газовой фазой и расплавом-раствором согласно закону Сивертса. Теоретически путем продувки можно дегазировать металл полностью. Практически же этого сделать не удается, так как интенсивность перераспределения растворенного газа между расплавом и создаваемыми пузырьками нерастворимого газа непрерывно снижается по мере уменьшения его содержания в растворе. Для быстрой дегазации необходима возможно большая поверхность пузырьков нерастворимого газа, т. е. желателен наименьший размер пузырьков. Поэтому продуваемый газ вводят в расплав через пористые насадки (диаметр пор не более 0,1—0,5 мм). Удовлетворительные результаты, как показала практика, получаются, если на продувку 1 т расплава расходуется 0,5—2 м3 газа.
Для продувки расплавов используют аргон (любые сплавы), азот (медные и алюминиевые сплавы), азот с добавкой хлора (алюминиевые сплавы). В последнем случае можно использовать чистый хлор. Наряду с газами используют также летучие соединения: хлористый марганец (для медных и алюминиевых сплавов), хлористый цинк и гексахлорэтан (для алюминиевых сплавов). Во всех случаях необходима достаточно высокая чистота газов и соединений по содержанию влаги и кислорода.
Вакуумирование является одним из наиболее надежных способов дегазации металлических расплавов. Понижение общего давления над расплавом при вакуумировании не только приводит к выделению растворенных газов через зеркало расплава, но и сопровождается выделением газов в объеме расплава в виде пузырьков различного размера. Расчеты показывают, что гомогенное зарождение газового пузырька в расплаве практически невозможно. Поэтому появляющиеся при вакуумировании расплава пузырьки образуются, по-видимому, в мельчайших трещинах и порах на поверхности частиц примесей, всегда присутствующих в расплавах. Эти трещины и поры не заполнены расплавом, в них имеются остатки нерастворимых в расплаве газов, а также и растворимый газ. Снижение общего давления над расплавом вызывает рост газовых пузырьков, обогащение их растворенным газом и всплывание этих пузырьков к открытой поверхности расплава. Вместе с газовыми пузырьками всплывают и инородные частицы нерастворимых примесей, поры и трещины в которых служили центрами выделения растворенного газа.
Поскольку дегазация вакуумированием связана с диффузией газа в расплаве и с отделением газовых пузырьков, для ее осуществления требуется время, которое составляет от нескольких минут до часа в зависимости от массы расплава.
Обработка расплавов шлаками и флюсами также служит средством их дегазации. Механизм благотворного воздействия такой обработки до конца еще не выяснен. Обработка шлаками и флюсами несомненно очищает расплавы от неметаллических примесей. Таким образом в расплаве резко снижается число возможных центров газовыделения. Поэтому растворенные газы легко остаются в пересыщенном растворе и не образуют пузырей при кристаллизации металла.
Возможна дегазация путем введения ультразвуковых колебаний в расплав и обработкой расплавов постоянным электрическим током.
Дегазация металлических расплавов возможна с помощью добавок металлов, способных при данных условиях растворять газы в заметно больших количествах, чем их содержится в расплаве. Очевидно, что вводимые добавки не должны заметно растворяться в расплаве. Только в этом случае насытившиеся газом частицы вводимых добавок можно отделить от расплава отстаиванием или фильтрованием. Подобным образом можно, например, произвести дегазацию алюминиевого расплава с помощью стружки или губки титана и циркония.
Из изложенного видно, что очистка металлических расплавов от нерастворимых примесей и от растворенных газов может осуществляться одними и теми же способами: вакуумированием, продувкой газами, обработкой шлаками и флюсами. Поэтому нередко под термином «рафинирование» подразумевают одновременную очистку расплавов от обоих видов примесей.