книги из ГПНТБ / Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния

подвергается воздействию постоянного электрического тока высокой плотности, вероятно также оказывающего, дегазирующий эффект.

Магний-сырец карналлитовой схемы применяют,, как правило, для приготовления следующих первичных: металлов и сплавов: магния Мг, магния высокой чисто­ ты Мг. в. ч., сплава-

сырца+30% вторичного сплава с очисткой титаном МГС5.

Пробы отбирали до п после перемешивания содержи­ мого тигля, а также через 20; 40 и 90 мин отстаивания. Результаты помещены на рис. 32, каждая точка пред­ ставляет собой среднюю величину трех-четырех парал­ лельных проб.

Полученные результаты показывают, что содержание водорода в магниевых сплавах на всех этапах приготов-

102

леі-шя значительно выше, чем в рафинированном маг­ нии и в магнии-сырце.

При технологической обработке металлов (загрузка легирующих и рафинирующих компонентов, перемеши­ вание) содержание водорода значительно возрастает, причем в сплавах сильнее, чем в магнии, при отстаива­ нии — снижается. При этом максимум содержания газа имеет место в конце операций перемешивания.

му, высокой температурой перемешивания (750—780°С). Уменьшение максимума содержания газа у сплава МГС1 в. ч. (кривая 4) можно объяснить, помимо более низкой температуры процессов, наличием дополнитель­ ного количества хлористого магния, образующегося по обменной реакции между низшими хлоридами титана

и магнием.

Аналогично можно объяснить разницу в технологии

большей величины, чем у Мг. Однако описанный выше механизм приводит к более высокой скорости дегаза­ ции Мг в. ч.

Изучая изменение содержания водорода в сплавах МГС5, следует отметить, что наличие в шихте вторично­ го сплава вызывает повышение содержания водорода в этих сплавах (сравни кривые 5 и 7 с 6) .

Отстаивание сплава МГС5 различной чистоты пока­ зывает, что сплав, рафинированный низшими хлоридами титана, дегазируется лучше, чем обычный сплав (см. кривые 5 и 7). Однако наличие вторичного сплава

вшихте не дает возможности дегазировать сплав МГС5

о.и. глубже, чем МГС5 п. ч. (кривая 6) .

На рис. 32 также видно, что отстаивание в течение 1,0—1,5 ч приводит к следующему содержанию водоро­

Таким образом, изучено фактическое содержание во­ дорода в магнии-сырце, первичном магнии и магниевых сплавах при их производстве. Полученные результаты позволяют положительно оценить производство отливок непосредственно из жидких сплавов, минуя операции

103

разливки и переплавки чушковых металлов и сплавов. В этом случае содержание газа в отливках значительно уменьшается.

2. ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ФЛЮСА НА ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРОДА В МАГНИИ

Для приготовления магния и магниевых сплавов широко используют покровные и рафинирующие флюсы различных марок [1].

Ниже приведены результаты исследований по влия­ нию влажности флюса ВИ2 на изменение содержания водорода в магнии. Опыты проводили при температуре 700—750° С на магнии-сырце в печах сопротивления в выемных тиглях емкостью 3 кг. Температуру металла замеряли хромель-алюмелевой термопарой диаметром 5 мм, записывали и регулировали с помощью прибора ЭПР-09М. Влажность флюса ВИ2 изменяли путем ис­ кусственного увлажнения и специального прокаливания. Количество флюса, вводимого в магний, составляло 2% от массы плавки.

Также было изучено влияние титаисодержащего флюса на содержание водорода в магнии. Титановый флюс вводили в магний после дробления в количестве 3% от массы плавки. Пробы на газонасыщенность от­ бирали до и после обработки магния флюсом, а также после 20 и 60 мин отстаивания.

Нами были проведены две серии опытов.

В первой серии магний обрабатывали флюсом ВИ2

104

В

!і

а— 700° С; б — 750° С

Втабл. 24 приведены результаты первой серии опы­ тов по содержанию водорода в магнии-сырце. Они по­ казывают, что содержание водорода в магнии-сырце

750° С. Таким образом, повышенные пределы газонасы­ щенности соответствуют более высокой температуре магния.

На рис. 33 показано изменение содержания водорода по стадиям технологического процесса (в процентах к исходному). Из рисунка видно, что обработка флюсом

вели обработку. Отстаивание приводит к существенно­ му снижению газонасыщенности магния. Максимальный эффект дегазации наблюдается при влажности флюса до 5%, причем прокаленный флюс оказывает меньшее дегазирующее действие, чем обычный (непрокаленный) флюс. Следует отметить, что при отстаивании магния, обработанного более влажным флюсом, скорость дега­ зации в первые 20 мин в 2—3 раза выше скорости после­ дующей дегазации при отстаивании.

Во второй серии опытов магний после обработки флюсом различной влажности дополнительно обрабаты­ вали титансодержащим флюсом и отстаивали в течение 60 мин при температурах 700 и 750° С.

Из табл. 25 и рис. 34 видно, что дополнительная об­ работка магния титановым флюсом способствует значи-

Ш5

Т а б л и ц а 25

Изменение содержания водорода в магнии-сырце при обработке флюсом ВИ2 и титансодержащим плавом, см3/100 г Mg

телы-юму снижению содержания водорода в магнии. При отстаивании магния в течение 60 мин содержа­

ние водорода снижается по отношению к исходному поч­ ти в два раза.

Значительный эффект дегазации магния, предвари­ тельно обработанного флюсом ВИ2 различной влажно­ сти, а затем титансодержащим флюсом обусловливает­ ся, очевидно, тем, что образуются дополнительные коли­ чества хлористого магния благодаря обменным реакциям между низшими хлоридами титана, присут­ ствующими во флюсе, II магнием:

TiCI2+Mg=MgCl2+Ti; '

106

2ТіС13+ 3Mg= 3MgCl2+ 2Ti.

В результате полученный хлористый магний способ­ ствует осаждению окисных включений и частично водо­ рода, адсорбированного на них. Кроме того, образую­ щийся тонкодисперсный титан, помимо взаимодействия с металлическими примесями, по-видимому, взаимодей­ ствует с водородом, образуя гидриды титана, осажда­ ющиеся на дно тигля.

3.О СВЯЗИ МЕЖДУ КАЧЕСТВОМ МАГНИЯ

ИСТЕПЕНЬЮ ЕГО ДЕГАЗАЦИИ ПРИ РАФИНИРОВАНИИ

Исследования алюминиевых сплавов убедительно подтверждают наличие связи между загрязненностью сплавов окисью алюминия и количеством в них водоро­ да [72]. При этом рафинирование от окислов приводит к дегазации сплава и, наоборот, дегазированный сплав содержит минимальные количества неметаллических включений.

Аналогичные предположения о связи между окисью магния и водородом высказаны также относительно маг­ ния и магниевых сплавов [68].

Целью данного исследования было выяснение эффек­ тивности дегазации магния, имеющего различную сте­ пень окисленности, при его рафинировании флюсом ВИ2. Флюс ВИ2, применяемый для рафинирования, имел нормальную влажность (2%) и вводился в количестве 2% от массы плавки. Было проведено две серии опытов.

В первой серии в качестве исходного брали жидкий магний непосредственно из электролизера. Этот магний «прозрачен», т. е. не имеет неметаллических включений. Объясняется это тем, что, находясь в электролизере, он защищен электролитом и омывается им.

Во второй серии в качестве исходного был взят маг­ ний, переплавленный из чушек магния марки Мг, нахо­ дившихся длительное время в цеху. Окисленная поверх­ ность чушек и адсорбированная влага являются, как известно, основными источниками неметаллических при­ месей в магнии.

Магний, обработанный флюсом при 700—750° С, под­ вергали в обоих случаях отстаиванию с отбором проб по ходу опыта (табл. 26).

107

Приведенные в табл. 26 результаты показывают, что содержание водорода в исходном магнии колеблется от 6 до 13,5 см3/100 г. При этом содержание водорода

вжидком переплавленном магнии в два раза больше, чем в магнии-сырце. Последующая обработка магния флюсом ВИ2 способствует увеличению газонасыщенно­ сти, а дальнейшее отстаивание — дегазации металла. Однако эффект дегазации магния-сырца значительно выше, чем переплавленного чушкового магния. Так, если

впервом случае в магнии после отстаивания содержит­

ют о влиянии исходного состояния магния на эффектив­ ность его дегазации при рафинировании.

Очевидно, чушковой магний, применяемый в каче­ стве основы для приготовления рабочих сплавов, — ос­ новной источник газонасыщенности металла. Это под­ тверждают данные работ [73, 74]. Незначительный эффект дегазации чушкового переплава при отстаива­ нии можно объяснить присутствием в расплаве большо­ го количества окисных плен, вносимых в жидкий магний с поверхности • чушек и препятствующих удалению из него водорода.

Таким образом, применение «прозрачного» магниясырца для приготовления рабочих сплавов наиболее целесообразно, так как в данном случае гарантируется незначительное содержание водорода в металле.

108

4. ДЕГАЗАЦИЯ МАГНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ РАФИНИРОВАНИЯ

В промышленности широко применяют различные способы рафинирования магния: отстаивание, флюсова­ ние, очистку титансодержащпм флюсом. Эти способы хорошо изучены с точки зрения очистки от металличе­ ских и ряда неметаллических примесей, таких, как окись магния, хлориды. Однако указанные способы недоста­ точно полно рассмотрены с точки зрения очистки магния от водорода.

Для сравнительной оценки дегазирующего действия способов рафинирования была проведена серия опытов. 3 кг магния-сырца расплавляли и нагревали до темпера­ туры 700, 740 и 780° С. При данных температурах.магний насыщали водородом (1 и 3 л) путем пропускания его через расплав, а затем отстаивали либо обрабатывали флюсом ВИ2 или титансодержащим флюсом, в количе­ стве 3 и 2% от массы плавки соответственно.

Пробы металла для определения содержания водоро­ да отбирали до и после наводороживания, а также после

ную смесь серы и борного ангидрида.

В табл. 27 приведены результаты определения содер­ жания водорода в магнии при различных способах ра­ финирования. Каждая точка представляет средний ре­ зультат трех определений. Исходный магний-сырец содержал водород от 5,6 до 12,67 см3/ 100 г.

Из табл. 27 видно, что в зависимости от температуры магния и количества пропущенного через него водорода

способов и дальнейшее отстаивание приводит во всех случаях к снижению содержания водорода. Причем при рафинировании отстаиванием большая часть водорода удаляется в первые 20 мни и составляет в конце опытов 9—18 см3/ 100 г.

109

Обработка магния флюсом приводит к равномерному

в процессе обработки. При дальнейшем отстаивании до­ полнительно удаляется некоторое количество водорода, и в магнии в зависимости от условий опыта остается водорода 5,63—10,66 см3/100 г.

На рис. 35 показана эффективность дегазации маг­ ния различными способами рафинирования. Эффектив­ ность представляет собой разность между содержанием водорода после наводороживания и после 60 мин отстаи­ вания магния.

110

Высокая температура магния и повышенное исходное газосодержание при всех прочих равных условиях обес­ печивают и более высокую дегазацию.

Из рис. 35 также видно, что при любой температуре процесса и содержании водорода в магнии наибольшее дегазирующее действие оказывает титансодержащий флюс, затем флюс ВИ2 и, наконец, отстаивание.

Дегазация магния, по данным [75], про­ исходит благодаря присутствию хлорис­ того магния, входяще­ го в состав флюса ВИ2 или получающегося в процессе химических реакций. Повышение дегазирующего дейст­ вия флюса с увеличе­ нием содержания хло­ ристого магния заме­ чено и в работе [76].

водорода из расплава. При этом образующиеся, вероят­ но, комплексы (MgCI2)x— (H2)y, проходя через расплав, благодаря хорошей смачивающей способности адсорби­ руют окись магния и оседают на дно тигля в виде ком­ плексов типа (MgCb)*— (Н2)г,— (MgO)z.

Таким образом, данные по дегазации магния раз­ личными способами подтверждают предполагаемый нами механизм дегазации. Так, максимальный эффект дегазации, полученный при обработке магния титансо­ держащим флюсом, обусловлен тем, что образуется до­ полнительное количество хлористого магния благодаря обменным реакциям между низшими хлоридами титана, присутствующими во флюсе, и магнием. Помимо взаимо­ действия с металлическими примесями тонкодисперсный титан частично взаимодействует с водородом, образуя гидрид титана, осаждающийся на дно тигля.

ш