Окисні процеси

Лекція 8

ВЗАЄМОДІЯ МІЖ РОЗПЛАВЛЕНИМ МЕТАЛОМ, ГАЗОВИМ СЕРЕДОВИЩЕМ І ШЛАКОМ (РОЗКИСНЕННЯ, ЛЕГУВАННЯ І РАФІНУВАННЯ МЕТАЛУ)

У зв'язку з можливим розвитком окисних процесів при зварюванні виникає необхідність розкиснення металу. Однак однієї операції розкиснення недостатньо для одержання наплавленого металу необхідного складу і властивостей, тому що метал утрачає деякі корисні домішки в результаті не тільки окиснювання, але і прямого випару під дією високих температур. Для компенсації цих утрат, а також для введення в наплавлений метал спеціальних добавок окремих елементів з метою підвищення якості металу, паралельно з розкисненням здійснюється і легування металу.

Нарешті, поряд з розкисненням і легуванням обов'язково робити рафінування металу, тобто очищення його від шкідливих домішок — сірки і фосфору, що попадають у метал зі шлаку,

Таким чином, взаємодія газової і жужільної фаз з рідким металом являє собою складний комплекс фізико-хімічних процесів, з яких найважливішими є реакції окиснювання, розкиснення, легування і рафінування металу.

Оксиди металу можуть бути розчинні чи нерозчинні в рідкому металі. У першому випадку вони утворять розчини з підвищеним змістом кисню, що різко погіршує якість металу.

Розчиняється в металі окисел заліза FeО, міді Cu₂O, нікелю NiО, титана TiО₂. У цьому випадку видалення залишків кисню з металу зв'язано з великими труднощами.

Нерозчинні в металі оксиди алюмінію Аl₂О₃, цинку ZnО, магнію MgО. Ці оксиди утворюють окрему фазу і порівняно легко видаляються в шлак, дозволяючи звести до мінімуму вміст кисню в металі. У залізі розчиняється його власний окисел FeО, інші ж оксиди, наприклад, MnО, SiО₂, Al₂O₃, TiО₂, у ньому практично не розчиняються.

Вуглець і водень, що знаходяться в металі, дають газоподібні оксиди, нерозчинні в рідкому металі і здебільшого встигаючі покинути метал до затвердіння (СО, Н₂О). Однак при відомих умовах частина їх може залишитися в металі і викликати пористість.

Можливі наступні три основні види окиснювання складових металу і шлаку:

1) пряме окиснювання;

2) окиснювання нижчих оксидів до вищих оксидів;

3) окиснювання на основі обмінних реакцій.

Пряме окиснювання в загальному виді може бути представлено реакцією

. (215) (8.1)

У цьому випадку здійснюється безпосереднє окиснювання металу вільним киснем з утворенням відповідного оксиду. Більшість таких процесів супроводжується виділенням тепла, тобто екзотермічно.

Постачальником вільного кисню в зону зварювання, крім повітряної атмосфери, може служити двоокис вуглецю CO₂, пари води, карбонати, вищі оксиди, що дисоціюють при нагріванні і виділяють вільний кисень.

Однак варто пам'ятати, що всі реакції, що йдуть з виділенням тепла, у тому числі й окисні, при високих температурах протікають в'яло.

Процеси прямого окиснювання можуть спостерігатися і на поверхні відкритої зварювальної ванни. Тут інтенсивність окисних реакцій значно вища, чому сприяє їхній екзотермічний характер.

Окиснювання на основі обмінних реакцій представляється в загальному виді наступним рівнянням:

, (216) (8.2)

де Me ₁ і Ме ₂ — метали.

Істотний вплив на напрямок реакції (8.2), крім зовнішніх умов, справляють концентрація реагуючих речовин і спорідненість елементів до кисню.

Дата добавления: 2014-01-11