MATERIALE DE ACOPERIRE. FONDANTI DE ACOPERIRE

MATERIALE DE ACOPERIRE. FONDANTI DE ACOPERIRE

Pentru protectia metalelor si a aliajelor neferoase contra oxidarii si absorbtiei de gaze se folosesc diverse materiale de acoperire, care au si un rol de izolatie contra  pierderilor excesive de caldura.

Topirea metalelor sub strat de acoperire micsoreaza pierderile de metal si este economica. Aceasta mai ales in cazul aliajelor care contin elemente cu afinitate mare fata de oxigen sau care se evapora usor (Zn, Cd). La unele aliaje, topirea sub strat de acoperire este obligatorie (de ex. la aliajele de magneziu).

Materialele de acoperire pot fi impartite in mai multe tipuri dupa urmatoarea schema:

care nu se topesc (neutre, de acoperire)

care se topesc neutre (de acoperire)

active (de rafinare)

Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca toate materialele de acoperire trebuie sa fie urmatoarele: sa nu reactioneze cu captuseala cuptorului, sa fie ieftine si sa nu fie constituite din substante deficitare.

1. MATERIALE SI FONDANTI PENTRU ACOPERIRE (NEUTRI)

Materialele, care au drept scop numai acoperirea baii si protejarea ei de oxidare, trebuie sa fie neutre numai fata de captuseala cuptorului, dar si fata de metal.

Ca material de acoperire, nefondant la elaborarea aliajelor neferoase se utilizeaza mangalul calcinat (calcinarea are scopul de a reduce continutul de gaze din mangal, provenite la distilarea lui, in special si , precum si umiditate).

Carbonul din stratul de mangal granulat, de protectie, retine oxigenul, oxidandu-se el insusi si creind o atmosfera reducatoare deasupra baii (fig. 2.15, a).

Mangalul nu reactioneaza cu multe din aliajele neferoase; se pune si se indeparteaza usor de pe suprafata baii.

Mangalul, care are o suprafata poroasa dezvoltata, tinde sa absoarba umiditatea, ceea ce impune fie depozitarea lui in locuri ermetic inchise, fie calcinarea lui la 1 000.1 100C.

Mangalul poate fi utilizat la aliajele cu care el nu intra in reactie si la elaborarea in cuptoare fara atmosfera cu vapori de apa (de ex. cuptoare electrice cu inductie, cuptoare cu flacara cu creuzet).

Nu se utilizeaza la elaborarea aliajelor de nichel si de magneziu (formeaza , ) si la elaborarea in cuptoare cu flacara la care atmosfera contine vapori de apa (provoaca formarea hidrogenului atomar dupa reactia ).

Fondantii de acoperire formeaza dupa topire la suprafata baii un strat lichid (5.15 mm) care izoleaza complet aliajul de contactul cu atmosfera (fig. 2.15, b).

 

Fig. 2.15. Modul de introducere a fondantului in aliaje neferoase: 1 - creuzet; 2 - aliaj lichid; 3 - fondant lichid; 4 - fondant sub forma de pulbere; 5 - picaturi de fondant; a - folosirea manganului ca material de protectie; b - folosirea fondantului de acoperire, care formeaza un strat lichid la suprafata baii; c - fondantul lichid coboara prin coloana de aliaj lichid; d - introducerea fondantului cu ajutorul copotului

Fondantii de acoperire trebuie sa aiba temperatura de topire si greutatea specifica mai mici decat ale aliajului.

Ei pot avea caracter acid, bazic sau neutru in functie de natura captuselii cuptorului de elaborare.

Fondantii acizi se utilizeaza la cuptoarele acide (cu captuseala din samota). Este greu insa sa se gaseasca compozitii de fondanti acizi, care sa se topeasca la temperaturi scazute (de ex. de 1 000.1200C, in cazul bronzurilor), si cu atat mai mult in cazul celorlalte aliaje neferoase. Din acest motiv, la elaborarea in cuptoare acide se folosesc mai mult fondanti neutri.

Fondantii bazici au fluiditate buna, acopera si protejeaza bine suprafata baii. Ei pot fi utilizati la elaborarea in cuptoare cu captuseala bazica sau cu creuzete din grafit.

Avantajul fondantilor bazici este acela ca, in afara de protectie, ei mai au si un efect de rafinare asupra metalului.

Pentru a mari suprafata de contact dintre fondant si metal, deci efectul de rafinare al zgurei in timpul elaborarii, aliajul se amesteca energic cu fondantul. Mai mult, fondantul proaspat se adauga nu odata, ci in mai multe etape.

Particularitatile principale ale compozitiei fondantilor de acoperire folositi la elaborarea aliajelor neferoase sunt urmatoarele:

la bronzuri, fondantii pot fi acizi (bogati in SiO) sau bazici (bogati in cloruri si fluoruri de sodiu); fondantii care contin multa criolita, cloruri si fluoruri se folosesc si in calitate de dezoxidanti

la aliajele de aluminiu (cu Mg<2%) fondantii se bazeaza in principal pe NaCl si KCl, in amestecuri capabile sa asigure o temperatura scazuta a zgurei;

la aliajele de aluminiu cu magneziu, fondantii se bazeaza pe amestecul constituent din carnalita () si sau

la aliajele de magneziu fondantii se bazeaza pe amestecul de cloruri (, KCl, NaCl, , ). si MgO se folosesc pentru marirea greutatii specifice, - pentru marirea vascozitatii

la aliajele pe baza de nichel se folosesc fondantii bogati in oxizi bazici

Consumul de fondant variaza intre 1 si 2,5 % din greutatea aliajului.

Fondantii se utilizeaza dupa calcinare la 150. si in proportie de 2.3%. La topirea strunjiturii de aluminiu cantitatea lor este marita pana la 5.10%. O parte din fondant se introduce odata cu incarcatura, iar alta parte se presara la suprafata baii.

2. FONDANTI PENTRU RAFINARE (ACTIVI) SI PENTRU MODIFICARE

Fondantii activi poseda atat un efect de protejare a baii, cat si un efect de rafinare. In acest scop, la depunerea lor pe suprafata baii, ei trebuie sa asigure un strat lichid de protectie cu grosimea necesara, care sa nu reactioneze cu captuseala cuptorului si nici cu metalul de baza.

In acelasi timp, ei trebuie sa aiba o capacitate mare de colectare (de absortie si dizolvare) a oxizilor insolubili, precum si a altor incluziuni nemetalice. Deci trebuie sa aiba un efect de rafinare puternic.

Acesti fondanti vin in considerare la aliajele care au oxizi insolubili, in suspensie: bronzurile de aluminiu, aliajele de aluminiu, aliajele de magneziu.

Alegerea corecta a fondantului se face cunoscand diagramele de echilibru ale incluziunilor cu fondantii, cu metalul, precum si a fondantilor cu metalul.

De ex. din diagrama de echilibru dintre criolita () si oxidul de aluminiu () rezulta o dizolvare a oxidului de catre criolita. Din acest motiv criolita intra in compozitia multor fondanti pentru aliaje de aluminiu.

In cazul aliajelor grele (bronzuri de aluminiu, alame cu aluminiu) se utilizeaza fondanti activi pe baza de fluoruri, care sunt capabile sa umecteze si sa absoarba oxizii insolubili (de ex. cei de aluminiu) si sa-i indeparteze in zgura.

In acest scop, se folosesc amestecuri, in diferite proportii de criolit, fluorura de sodiu si de potasiu, in amestec cu soda, borax, sticla pisata si mangal.

Consumul de fondant activ este 2.3%. Ca efect de rafinare, acesti fondanti se deosebesc putin de cei utilizati la aliajele de aluminiu. Ei au insa temperatura de topire mai ridicata.

Deoarece greutatea specifica a lor este mai mica decat a aliajelor de cupru, fondantii actioneaza mai mult la suprafata de contact dintre stratul topit de fondant si aliajul lichid.

Dupa cum s-a aratat, utilizarea fondantilor activi la elaborarea aliajelor neferoase usoare pe baza de aluminiu este obligatorie.

Spre deosebire de fondantii de acoperire, cei de rafinare (activi) trebuie sa absoarba si sa dizolve bine oxizii de aluminiu. In cazul , cele mai bune proprietati de umectare si de dizolvare se obtin la fondatii cu cloruri sau fluoruri.

Fondantii cu fluoruri mai putine servesc pentru zgurificare la suprafata baii. Ei se presara in proportie de 0,5.1% pe suprafata baii, care are temperatura de 700.. Actiunea fondantilor are loc numai la contactul cu aliajul lichid; incluziunile nemetalice care vin in contact cu stratul de fondant sunt umectate, absorbite si retinute.

Purificandu-se, straturile de aliaj devin mai grele si incep sa coboare, spre suprafata ridicandu-se noi portiuni de aliaj impurificat. In felul acesta se realizeaza rafinarea

Odata cu incluziunile de oxizi se indeparteaza si hidrogenul absorbit pe suprafata lor.

Rafinarea prin zgurificare la suprafata baii dureaza mult, iar productivitatea procedeului este scazuta.

Fondantii cu un continut mai mare de fluoruri servesc pentru rafinarea baii in intreg volumul ei.

Ei au o capacitate de absorbtie mai mare si o tensiune superficiala mai ridicata.

Zgurificarea in volum se realizeaza prin introducerea in baie a fondantilor cu ajutorul clopotelor. Particulele lichide de fondanti se ridica foarte repede la suprafata, avand tensiunea superficiala mare. Durata de rafinare este de 4.10 min., la un consum de 0,5.1,5% fondant si la temperatura baii 740.

Rafinarea cu fondanti activi se poate efectua si la turnarea aliajelor de aluminiu in oala.

La aliajele de magneziu se utilizeaza numai fondanti activi, care asigura in acelasi timp si protejarea baii. Greutatea specifica a fondantului este mai mare decat cea a aliajului, deoarece, asa cum s-a aratat, numai cu greu pot fi produsi fondantii cu compozitii adecvate si cu greutate specifica mai mica decat a magneziului.

Deci, acesti fondanti trebuie sa aiba concomitent un efect de rafinare si un efect de protejare a suprafetei baii.

Fondantul se presara la suprafata baii, unde se mentine un timp oarecare, datorita tensiunii superficiale. Dupa aceea se topeste si sub forma de picaturi se scurge de-a lungul peretilor si prin coloana de metal spre fundul creuzetului, colectand si aglomerand incluziunile nemetalice.

Dupa consumarea lui, la suprafata baii se presara noi portii de fondant. In acest fel, la elaborarea aliajului in creuzet se formeaza o camasa care imbraca intreaga coloana de metal.

In acest scop fondantii trebuie sa umecteze bine peretii si vatra cuptorului (creuzetului) fara sa intre in reactie cu ei. In afara de aceasta, ei trebuie sa aiba tensiunea superficiala si vascozitatea ridicata.

Cu cat tensiunea superficiala si vascozitatea lor sunt mai mari, cu atat mai multe particule solide de fondant pana la topire se mentin la suprafata baii si cu atat mai usor picaturile obtinute prin topirea lui se sedimenteaza la fundul creuzetului.

Fondantii folositi la elaborarea aliajelor de magneziu se prepara pe baza de floruri si cloruri ale elementelor alcaline si alcalino-pamantoase. Baza o constituie amestecul a doua sau trei saruri cu compozitie aproape de eutectic (de topire)

De obicei baza o constituie si KCl (carnalita).

Cantitatea de fondant care se consuma este de 2.6%.

Asa cum s-a aratat, in aliajele din sistemul Al-Mg, fondantii utilizati trebuie sa aiba proprietati complexe: sa absoarba oxizii de aluminiu si pe cei de magneziu.

In acest scop se folosesc fondanti pe baza de carnalita () cu fluoruri: 60% si 40% . Carnalita realizeaza pelicula de protejare, iar fluorina asigura proprietatile de umectare si de rafinare.

Fondantii pentru modificare se folosesc in cazul unor aliaje neferoase din sistemul Al-Si (siluminurile) si din sistemul Mg-Al-Zn in vederea imbunatatirii proprietatilor mecanice.

Pentru modificare se utilizeaza anumiti fondanti.

Elementul modificator il constituie sodiul, care se introduce in proportie de 0,01.0,025% din greutatea aliajului lichid.

Modificarea cu sodiul prezinta insa unele dezavantaje

Modificarea siluminurilor cu ajutorul fondantilor care contin sodiu, elimina in mare masura dezavantajele amintite, si in plus, ele au in acelasi timp un efect de rafinare.

La aliajele de aluminiu se folosesc ca fondanti pentru modificare amestecurile de saruri, care servesc pentru rafinare (fondantii activi)

Amestecurile pot fi constituite din doua, trei sau mai multe saruri. Cele cu mai mult de trei saruri se numesc si fondanti universali, deoarece servesc pentru protectie, rafinare si modificare.

Fondantii binari si ternari au temperatura de topire mai scazuta, insa au efectul de rafinare mai mic decat cel al fondantilor universali.

Criolita () este principalul component care are efect de rafinare, fluorina (NaF) are efect de modificare, iar NaCl si KCl se introduc pentru micsorarea temperaturii de topire a fondantului.

Sarurile intra in reactie cu aluminiul si pun in libertate sodiul:

3NaF+AlAlF+3Na

Continutul de sodiu remanent in aliaj este de 0,011.0,013%.

La randul sau reactioneaza cu excesul de NaF si formeaza criolita:

3NaF+

Cantitatea de fondant este de 0,5.1%; el se poate introduce atat in cuptor, cat si in oala cu aliajul de aluminiu.

Consumul de fondant poate fi aproximativ de doua ori micsorat, in cazul cand acesta se utilizeaza in stare lichida si nu sub forma de pulbere.

Gradul de asimilare a sodiului (care nu depaseste valoarea de 15%) din amestecul fondant de catre aliajul lichid este cu atat mai mare cu cat durata de amestecare si temperatura aliajului de modificare sunt mai mari si cu cat temperatura la topire a fondantului este mai mica.