14.05.2018

Плотность алюминотермических расплавов


Данные о плотности жидких металлов приведены в табл. 32.

Как следует из данных табл. 32, плотность некоторых алюминотермических ферросплавов и лигатур с такими элементами, как кальций, барий, бор или титан может оказаться близкой к плотности получаемого шлака, что приведет к нарушению нормального процесса формирования металлического слитка. Особенно важное значение имеет правильный выбор плотности сплава при проведении плавки с дифференцированием шихты, например, для электропечной плавки с предварительным расплавлением части окислов, так как в этом случае первоначально получаемый сплав имеет высокое содержание алюминия. Таким образом, окислы ряда металлов не могут быть использованы в восстановительной части шихты при проведении плавки с частичным расплавлением окислов, так как плотность металла, даже не содержащего алюминий, ниже плотности шлака. Нецелесообразно применять плавку с предварительным расплавлением окислов и при использовании в восстановительной части шихты окислов титана или бария, плотность которых незначительно отличается от плотности шлака. Например, даже при использовании в восстановительной части шихты ильменитового концентрата (40% TiO2) в нижней части горна образуется слиток бедного ферротитана (~10% Ti), а в верхней — сплав, содержащий титан и алюминий.
В настоящее время наиболее полно изучена плотность металлических сплавов в системе алюминий—хром. Результаты изучения плотности этих сплавов «методом большой капли» приведены в табл. 33.

В температурном интервале 1908—2188 К плотность жидкого хрома может быть в первом приближении аппроксимирована линейным уравнением
а температурная зависимость плотности расплавленного алюминия может быть достаточно хорошо передана уравнением
Влияние температуры на плотность жидких сплавов системы алюминий—хром может быть с приемлемой точностью описано выражением
где р0 и а — постоянные, зависящие от состава сплава.

Значения параметров уравнения (159) приведены ниже:
С ростом содержания алюминия в сплаве р0 монотонно убывает, в то время как а меняется более сложным образом. Для сплавов с 19,0 и 30,7% Al величина а достигает максимального значения, равного 7,0*10в-4 г/(см3*град).

На рис. 81 показана температурная зависимость плотности сплавов алюминий—железо. Из приведенных выше данных следует, что для успешного осаждения восстановленного металла при производстве хромовых сплавов соотношение Cr2O3 : Al или (Cr2O3 + FeO) : Al в восстановительной части шихты должно обеспечить получение сплава с содержанием алюминия не выше 50%.
Плотность расплавленных шлаков алюминотермической плавки, содержащих 60—85% Al2O3, не должна сильно отличаться от плотности жидкого глинозема, равной в точке его плавления 3,0 г/см3. С целью изучения температурного изменения плотности алюминотермических шлаков был исследован ряд шлаковых образцов выплавки алюминованадиевой лигатуры и феррониобия, содержащих наиболее распространенные в алюминотермии количества глинозема и окиси кальция. Опыты проводили со шлаками ванадийалюминиевой лигатуры и низкокремнистого феррониобия.

Плотность шлаковых расплавов измеряли методом максимального давления в пузырьке газа (азота и гелия), продавливаемого через расплав с помощью трубки. Навески шлаков расплавляли в графитовом тигле в печи сопротивления. Использование графитового тигля не вызвало заметного восстановления окислов шлака при температурах проведения опытов. При более высоких температурах (2070—2170 К) наблюдалось некоторое подкипание шлаков, свидетельствующее о начале восстановительных процессов. Результаты измерения плотности шлаков показаны на рис. 82, из которого следует, что вблизи температуры начала кристаллизации плотность рассматриваемых шлаков составляет примерно 2,9 г/см3. Повышение температуры расплава на 100° вызывает уменьшение его плотности на 0,05—0,07 г/см3. По мере увеличения содержания CaO в шлаковом расплаве его плотность несколько снижается. Плотность шлаков выплавки феррсниобия несколько выше, чем ванадиевых шлаков, что объясняется, по-видимому, довольно высоким содержанием пятиокиси ниобия в шлаках, плотность которой при 1770 К составляет 4,1 г/см3.

Опыты показали, что в связи с невысоким содержанием восстанавливаемого окисла в большинстве алюминотермических шлаков их плотность при расчете скорости осаждения металла может быть принята равной плотности показанного на рис. 82 шлака, имеющего близкое содержание Al2O3 и CaO.





Яндекс.Метрика