Защита расплава от взаимодействия с атмосферой. Предупреждение газонасыщения расплавов

Предупреждение газонасыщения расплавов
Плавка в вакууме
Плавка в атмосфере инертных газов
Устранение влаги из шихты
Сушка футеровки
Сушка и переплав флюсов
Устранение влаги из топлива
Плавка в окислительной атмосфере
Применение флюсов, шлаков и защитных покровов
Защитное легирование

Требования, предъявляемые к защитным шлакам и флюсам
Температура плавления ниже чем у защищаемого металла
ρшл(фл) ‹ ρMe
Непроницаемость для газов печи
Оптимальная вязкость (небольшая, чтобы растекаться по поверхности расплава, но достаточная, чтобы легко снимать с поверхности)

Применение шлаков
Для чугунов и сталей
На основе системы SiO2 – CaO – FeO с добавлением MnO, MgO, Al2O3 и др.
Для никелевых сплавов
На основе системы SiO2 – CaO – Na2O (стекло)
Для медных сплавов
На основе системы SiO2 – Na2O

Назначение флюсов
Предупреждение непосредственного взаимодействия расплавленного металла с газами окружающей атмосферы
Очистка расплавов от включений и газов
Модифицирование структуры сплавов

Виды флюсов
Покровные
ρфл ‹ ρMe
Рафинирующие
ρшл(фл) ‹ ρMe или ρфл › ρMe
Модифицирующие
Универсальные

Требования к покровным флюсам
tпл фл ‹ tпл спл
ρфл ‹ ρMe
Отсутствие химического взаимодействия с металлом
Определенные физико-химические свойства (вязкость, смачивание, поверхностное натяжение и т.д.)
Низкая летучесть (малая упругость пара флюса)
Отсутствие вредных газов при разложении
Дешевизна, малодефицитность

Защитные атмосферы
Используют в случае, если невозможно или нежелательно использовать шлаки или флюсы
Состав выбирают, исходя из характера взаимодействия расплава металла с газами

Защитные атмосферы

Плавка в вакууме
Остаточное давление (выбирают с учетом равновесного давления диссоциации соединений, давления пара соединений, давления газа над раствором предельно допустимой концентрации)
Испарение металла
Удаление адсорбированных газов из камеры печи

Взаимодействие металлических расплавов
с футеровкой и тиглями

Группы огнеупоров
Основные – магнезит
- доломит + хромомагнезит
Кислые - динас
Нейтральные – шамот
- корунд
- циркон
- тальк

Взаимодействие металлических расплавов с футеровкой и тиглями
Тепловое
Механическое (статические нагрузки, размывание футеровки, эрозионное воздействие расплавов)
Физико-химическое (металлизация, обменные химические реакции, растворение материала тигля металлом)

Обменные реакции расплавов с футеровкой
Me + RO = MeO + [RMe]
Примеры:
Сплавы на основе магния
4 Mg + SiO2 → Mg2Si + 2 MgO
Mg + SiC → Si + Mg2C
Сплавы на основе алюминия
4 Al + 3 SiO2 → 2 Al2O3 + 3 Si
2 Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2 Cr
2 Al + 3 FeO → Al2O3 + 3 Fe

Обменные реакции расплавов с футеровкой

Результат обменных реакций
Загрязнение расплава неметаллическими включениями
Загрязнение сплава металлическими примесями

Взаимодействие оксида металла и футеровки
t1 – разъедание футеровки
t2 – образование настылей
t3 – оптимальная температура для плавки

Растворение материала тигля
Огнеупоры, содержащие углерод
Плавка в металлическом тигле
Для уменьшения растворения
Окраска тиглей
Алитирование
Легирование чугунов