Основные принципы и методы обработки литейных сплавов в жидком состоянии

Обработку сплавов производят в печи или вне её (на желобе, в ковше, в специальных устройствах) с целью модифицирования, легирова­ния или рафинирования. Классификация обработки литейных сплавов в жидком состоянии представлена на рисунке 36.

Внепечную обработку производят введением добавок в жидкий ме­талл непосредственно или с помощью специальных устройств (рисунок 37), добавки могут быть газообразными (О - кислород, N - азот, НГ-нейтральные газы) ; твердыми (М - металлы и другие технически чистые ве­щества, элементы или соединения, С -смеси, Л - лигатуры, Ф - флюсы) и жидкими (Ф-флюсы, Ш - шлаки). Для ввода добавок используют различные устройства: Д - дозатор, ПГВ - труба с отверстиями для продувки га­зами сверху, ПГУ - пористое днище или пробка для продувки газами снизу, MB - устройство для механического ввода модификатора, напри­мер, прутка, ЗК - зарядная камера, И – испаритель, К - колокол, в ко­торый помещают модификатор.

Местом обработки может быть плавильная печь П, желоб плавиль­ной печи ВЖ, открытый ковш, герметичный ковш ГК, литейная форма Ф, в литниковой системе которой устроена рабочая камера РК для разме­щения модификатора (рисунок 38).

Для внешнего воздействия применяют специальные устройства: УФ - устройство для фильтрации, А- автоклав, ВК - вакуумная камера (по ус­тройству они аналогичны, но в А может быть избыточное давление), ВУ, ВЗ, МП, ЭУ - вибрационные, ультразвуковые, перемешивающие, электри­ческие устройства.

Внепечная обработка получается объединением элементов. Напри­мер, ЛUВЖ - модифицирование на желобе; ЛUДUВЖ - то же, но с примене­нием дозатора; ЛUРКUФ - модифицирование лигатурой в форме и т.д.

Рафинирование - очистка металлов от вредных примесей, разли­чают пирометаллургический, электролитический и химический методы рафинирования.

В литейном производстве используют в основном пирометаллургические методы, которые осуществляются обычно при высокой температу­ре и связаны с переходом вредных примесей из одной фазы в другую за счет окислительно-восстановительных реакций, адсорбции примесей другой фазой (адсорбционные методы) или изменение условий их осуществления в металле, например, применение вакуума.

Рисунок 36 - Классификация обработки литейных сплавов в жидком состоянии

Удаляемые примеси можно разделить на три вида: растворенные в металле, неметаллические включения (НВ) и газы.

Примеси, растворенные в металле, удаляют окислительным рафи­нированием, которое основано на способности некоторых примесей обра­зовывать с O, S, Cl, P более прочные соединения основного металла с теми же элементами.

Рисунок 37 - Элементы синтеза методов обработки литейных сплавов в жидком состоянии

Удаление Р производится окислительным рафинированием:

Удаление серы при помощи элементов, обладающих большим сродс­твом к сере, чем железо:

Рафинирование при помощи окислительно-восстановительных реакций осуществляется непосредственно в плавильных печах, например, рафи­нирование (рисунок 38а) в печи I наведением шлака 3 определенного сос­тава (ПР =Ш П). Внепечное рафинирование можно произвести синтети­ческим шлаком (рисунок 38б), который выплавляют в специальной печи, за­тем сливают в ковш I и переливают в него из ковша 2 металл.

а – печное пространство (1 – печь, 2 – металл, 3 - шлак); б – шлаком (1 – синтетический шлак, 2 – металл из другого ковша, 3 - ковш); в – флюсами (1 – ковш, 2 – колокол с флюсом); г – продувка газами (1 – ковш, 2 – пористая пробка); д – фильтрацией с продувкой газами (1 – тигель, 2 – фильтр, 3 - труба); е – вакуумом (1- вакуумно-продувочная камера, 2 – ковш, 3 – труба для продувки газами)

Рисунок 38 - Методы рафинирования литейных сплавов

Удаление растворенного в металле кислорода называется раскисле­нием. Оно производится после окислительного рафинирования, растворен­ный кислород при этом связывают в нерастворимые оксиды с помощью раскислителей.

Очистку от примесей (НВ) производят введением различных доба­вок или внешним воздействием (рисунок 38 в).

Флюс реагирует со сплавом, образует газы или испаряется. Образующиеся газы захватывают вредные примеси и выносят их на поверхность. Продувка газами (рисунок 38г) имеет тот же механизм очистки. В пузырь­ках нейтрального газа парциальное давление газов, растворенных в ме­талле, первоначально равно нулю и поэтому они переходят в него. Кроме того, пузырьки газа захватывают и механически уносят НВ.

Очистка от НВ производится также фильтрацией в специальных ус­тройствах УФ (рисунок 38 д).

Наиболее эффективным способом рафинирования является вакуумирование, т.к. создание под металлом разряжения нарушает равновесие, что обеспечивает интенсивное удаление растворенных газов ( рисунок 38 е).