Технические науки/1.Металлургия

Ж.Д. Жолдубаева¹, А.Магауина², Ж.Аманкелдина²

1) доктор PhD, Химико-металлургический институт им. Ж.Абишева, Казахстан.

2) Карагандинский государственный технический университет, Казахстан.

Рафинирующий эффект при фильтовании жидких металлов

Одним из эффективных путей повышения качества металлов и сплавов является повышение чистоты металла по неметаллическим включениям (НМВ). В то же время проблема включений является одной из наиболее сложных в металлургии и литейном производстве. Актуальность и сложность проблемы определяет поиск все новых методов удаления НМВ, уменьшения или нейтрализации их вредного влияния.

Фильтрационное рафинирование жидких металлов представляет собой один из самых доступных и эффективных методов внепечной обработки расплавов. Метод обладает весьма высоким коммерческим и технологическим потенциалом. Для его реализации не требуются большие капитальные вложения. Он легко вписывается в существующие технологические процессы. При этом оказывает не только рафинирующее воздействие на расплав, но также усиливает эффективность его модифицирования. Поэтому метод фильтрования применяют как независимо от других методов внепечной обработки жидких металлов, так и в комбинации с ними.

Многогранность воздействия процесса фильтрования на свойства расплава обусловлена его глубоким рафинирующим потенциалом. Он проявляется, прежде всего, в очистке фильтруемого расплава от суспензированных в нем неметаллических включений - готовых фазовых образований. При этом они осаждаются либо на входной части фильтра (благодаря сеточному эффекту), либо на стенках его каналов (благодаря адгезионному эффекту).

Наряду с этим неметаллическая фаза может осаждаться на стенках каналов фильтра из пересыщенного расплава, минуя стадию формирования готовых фазовых образований в объеме расплава. Такая возможность обусловлена неравновесным состоянием расплава, химическим пересыщением его компонентами, образующими неметаллическую фазу. При этом протекание реакции химического связывания растворенной примеси и выделения неметаллической фазы провоцируется на поверхности фильтра, которая становится готовой подложкой для реализации процесса гетерогенной кристаллизации неметаллической фазы.

По изложенному механизму расплавы черных и цветных металлов и сплавов могут рафинироваться от сверх равновесно растворенных кислорода, серы и азота через реализацию на поверхности фильтра соответственно реакций оксидо-, сульфидо- и нитридо-образования. При рафинировании металла от растворенного кислорода рафинирующий эффект может быть количественно оценен по изменению в нем активности кислорода Δа_[O]/а_[O],Н, где Δа_[O] - разность между активностью кислорода в нефильтрованной а_[O],Н и фильтрованной Δа_[O],ф металлах.

Таким образом, общий рафинирующий эффект процесса фильтрования складывается из двух составляющих. Первая составляющая обусловлена эффектом очистки расплава от химически связанной части примеси (в виде неметаллических частиц). Вторая составляющая обусловлена эффектом очистки расплава от сверх равновесно растворенной примеси. Процесс этот также происходит путем химического связывания растворенной примеси в неметаллическую фазу. Однако он реализуется без формирования неметаллических частиц в объеме расплава, а путем выделения неметаллической фазы на поверхности фильтра непосредственно из раствора (жидкого металла).

Список использованных источников

1 Киманов Б.М. Разработка научных основ и технологии фильтрационного рафинирования черных и цветных металлов и сплавов: дис. на соиск… док. техн. наук. - Караганда, 2010. - С. 211.

2 Жолдубаева Ж.Д. Разработка и исследование процесса фильтрационного рафинирования технического кремния с целью повышения его качества: дис. На соиск … док. PhD - Алматы, 2014. - С. 122.

3 Тен Э.Б., Рахуба Е.М., Киманов Б.М., Жолдубаева Ж.Д. Ресурсы повышения рафинирующего потенциала фильтров для жидких металлов // Литейщик России. – 2013. - № 11. – С. 38 – 42.