關于熔煉與鑄造除氣和脫氧方面的知識匯總,涉及氣體來源、除氣方法、脫氧過程等
發(fā)布時間:2021-11-18點擊:4259
1.氣體的來源
能溶解于金屬中的氣體,主要是氫和氧。在熔煉過程中,氣體的主要來源有:
(1)爐氣:非真空熔煉時,爐氣是金屬中氣體的主要來源。在爐氣中除含有氧、氮外,還含有水汽、氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和碳氫化合物等。爐氣的成分隨使用的燃料和燃燒的情況的不同而變化;如以重油或煤氣做燃料的反射爐或坩堝爐中,常含有5-10%的水汽和較多的氫、一氧化碳等。
(2)爐料:電解金屬表面大都有殘留電解液,加工車間返回料大都含有油、水、乳液等。外來廢料大都有水腐蝕物、銹蝕等。特別是露天堆放和潮濕季節(jié),爐料表面吸附有水分。這些都會使金屬在熔煉過程中吸收較多的氫。
(3)耐火材料:耐火材料中所含水分也能促使金屬吸氣,新爐開始生產時尤為嚴重。
(4) 熔劑:許多熔劑都帶有水分,其中一些(如木炭、米糠等)含有吸附的水分,有些熔劑(如硼砂)本身帶有結晶水。為減少熔煉過程中氣體的來源,熔劑應進行干燥或脫水處理。
(5)操作工具:操作工具預熱不徹底,也會增加金屬的含氣量。
2.氣體的溶解過程及溶解度
氣體在金屬中溶解度:金屬在固體時,氣體的溶解度很小,隨著溫度的上升溶解度緩慢增加,到熔點溫度時溶解度急劇增加,繼續(xù)提高熔融金屬的溫度,氣體溶解度繼續(xù)增加,到某一***大點后開始下降,到金屬的沸點溫度時,氣體溶解度幾乎等于零。
不同的合金元素對氣體在合金中的溶解度的影響也不同,某些元素如鎳等與氣體有較大的結合力,使合金中的氣體的溶解度增加。另上些元素如鋁、錫等能使氣體在合金中的溶解度降低。銅合金中合金元素對氫氣溶解度的影響如下:
Cu+Ni > Cu+Pb > Cu+Ag > Cu+Au > Cu+Sn > Cu+Al
3.除氣方法
(1)氣體除氣法:一種為惰性氣體(如N2等),另一種是活潑氣體(如Cl2等)氣泡越小,數(shù)量越多,對除氣是有益的。但由于氣泡上浮的速度大,通過熔體的時間短,且氣泡不可能均勻分布于整個熔體中,故用此法除氣不容易徹底;隨著熔體中含氫量的減少,去氣效果顯著降低。
(2) 熔劑除氣法:熔劑除氣是利用熔鹽的熱分解或與金屬進行置換反應,產生不溶于熔體的揮發(fā)性氣泡而將氫除去。如鋁青銅常用冰晶石熔劑除氣,白銅和鎳合金常用螢石、硼砂、碳酸鈣等熔劑除氣。熔劑精煉時,一般將干燥的熔劑用帶孔罩壓入熔池中。為了提高除去效果,也可采用干燥氮氣將粉狀熔劑吹入熔池中。熔劑在除氣的同時,還可去渣。
(3)沸騰除氣:在工頻爐熔煉高鋅黃銅時常用的一種方法。但需具備兩個條件:一是高鋅黃銅的沸騰溫度較低,二是熔溝部分熔體溫度較高。銅鋅合金的沸騰溫度隨鋅含量的增加而降低。
由于工頻爐中熔溝部分熔體溫度***高,首先形成鋅的蒸汽泡隨即上浮。伴著熔池溫度的升高,爐膛內的蒸汽壓也隨逐漸提高;當溫度升高到整個熔池接近鋅的沸點時,甚至使整個熔池表面出現(xiàn)冒泡。當熔池上面的蒸汽壓升高到超過大氣壓時,鋅蒸汽便向爐口噴出,被氧化燃燒,形成沸騰的噴火現(xiàn)象。次數(shù)越多,除氣效果越好,一般2-3次即可。含鋅量小于20%的黃銅,不能利用沸騰除氣。缺點在于低沸點金屬元素(如鋅等)損耗較大。
(4)其他除氣法:1)冷凝除氣;2)振蕩除氣;3)直流電解除氣
4.脫氧過程
使金屬熔體中的氧化物還原而除去氧的過程稱為脫氧。熔融金屬及合金中的脫氧過程屬于置換反應,凡在操作條件下,能從熔融金屬中取得氧的任何物質,即氧化物的分解壓比被脫氧金屬氧化物的分解壓為低的元素,一般都可作為脫氧劑。
5.脫氧劑
脫氧劑分為表面脫氧劑和溶解于金屬的脫氧劑兩種。
表面脫氧劑基本上不溶于金屬,脫氧作用僅在與金屬接觸的表面進行,脫氧速度較慢。它的優(yōu)點不溶于金屬,脫氧劑不會影響金屬的質量。常用的表面脫氧劑有:碳化鈣、硼化鎂、木炭、硼 (B2O3)等。
溶于金屬的脫氧劑,能在整個熔池中與熔融金屬中的氧化物相互作用,脫氧效果好得多。缺點是剩余的脫氧劑將留于金屬中而影響金屬的性能。常用的脫氧劑有:磷、硅、錳、鋁、鎂、鈣、鈦、鋰等。這些元素可以中間合金的形式加入。脫氧反應所產生的細小固體氧化物,使金屬的粘度增大,或成為金屬中分布不均勻的夾雜物,故應控制加入量。
對脫氧劑的要求:
1.對金屬或合金的性能無害。
2.脫氧產物***好不溶于熔融金屬,且容易除去。
3.脫氧劑應足夠活潑,即脫氧產物應與熔融金屬在比重和熔點上有較大的差別。
銅磷中間合金除能脫氧外,并能改善合金的流動性,在銅合金生產中應用較廣。
來源:熱加工論壇
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