Взаимодействие чугуна со сложными газами

Сложные газы, с которыми взаимодействует жидкий чугун в процесс производства литья, содержатся в воздухе или продуктах испарения влаги формовочных смесей (водяной пар), а также образуются при сгорании (оксиды углерода СО и СО₂) и деструкции органических компонентов смесей, в том числе связующих материалов (NH₃, CH₄ и др.).

Взаимодействие жидкого чугуна с водяным паром реализуется, прежде всего, в процессе плавки и разливки чугуна за счет влаги, содержащейся в шихтовых материалах, печной атмосфере и огнеупорной футеровке. В результате взаимодействия компонентов чугуна с водяным паром образуется атомарный водород, который легко растворяется в расплаве:

2 {H₂O} + [Si] = 4 [H] + (SiO₂); (3.7.19)

{H₂O} + [C] = 2 [H] + {CO}. (3.7.20)

Но наиболее активно этот процесс протекает при литье чугуна в сырую песчаную форму. Вследствие реализации реакций (3.7.19) и (3.7.20) поверхностный слой отливки насыщается водородом и это становится причиной формирования приповерхностных газовых раковин (ситовидной пористости). В присутствии в расплаве чугуна сильных раскислителей (Al, Ti, Mg и др.) реакция восстановления водорода из водяного пара протекает полнее и наводороживание чугуна усиливается. В связи с этим рекомендуют применять в чугунном литье формовочные смеси с влажностью не более 4 % и ограничивать содержание алюминия и титана в чугуне (не более 0,01-0,02 %). При получении в сырых песчаных формах отливок из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, для предотвращения образования газовых раковин в формовочную смесь вводят повышенное количество (до 7 %) каменного угля.

Взаимодействие чугуна с оксидами углерода связано с окислением его компонентов за счет СО₂ и протеканием окислительно-восстановительной реакции с участием СО:

{СО₂} + [Si] = [C] + (SiO₂); (3.7.21)

{СО₂} + [C] = 2 {СО}; (3.7.22)

{СО₂} + 2 [Mn] = [C] + 2 (MnO); (3.7.23)

[C] + [О] = {СО} (3.7.24)

Реакции (3.7.21)–(3.7.24) играют существенную роль при ваграночной плавке чугуна, определяя степень угара основных компонентов чугуна. Кроме того, такое взаимодействие имеет место при заполнении полости литейной формы, когда газовая среда в ней формируется преимущественно из СО и СО₂ за счет применения графитовой краски или введения в состав формовочной смеси углеродсодержащих добавок (угля). При этом протекание реакции (3.24) сдерживает чрезмерное окисление расплава чугуна в полости литейной формы и предотвращает формирование на поверхности отливок пригара.

Взаимодействие чугуна с углеводородами в простейшем варианте можно представить как реакцию растворения метана CH₄ = [C] + 4[H]. В результате реализации этой реакции жидкий чугун одновременно насыщается углеродом и водородом.

Взаимодействие чугуна с аммиаком имеет место п ри литье чугуна в формы из смесей с карбамидными связующими, когда в результате их деструкции образуются СО₂ и NH₃. Аммиак при растворении в чугуне также диссоциирует на элементарные атомы: NH₃ = [N] + 3[H]. При этом поверхностные слои отливки одновременно насыщаются водородом и азотом. Это, при прочих равных условиях, повышает вероятность образования в отливках приповерхностных газовых раковин.

Дата добавления: 2014-01-07