Kolik stupňů je potřeba k roztavení mědi?

Tavená měď a slitiny mědi mají v závislosti na svém složení tendenci při přehřátí adsorbovat a absorbovat plyny, které se při tavení mohou v mědi rozpouštět nebo s ní vstupovat do chemické interakce. Oxid měďný se rozpouští v kovu a tvoří roztoky spolu s dalšími nečistotami; Kromě toho může oxid měďný chemicky reagovat s různými složkami slitiny.

S oxidem měďným reagují nejintenzivněji ty složky, které mají nižší elasticitu disociace oxidu než oxid měďný. Komponenty jako hliník, křemík, mangan, železo, titan, uhlík atd. budou nejprve oxidovány a odstraněny ze slitiny.

Prvky jako hliník, zinek, fosfor, cín, železo, nikl, olovo, antimon, arsen, vizmut aj. mají nižší tenzi par oxidů ve srovnání s oxidy mědi Čím větší je rozdíl v elasticitě disociace oxidů, the intenzivnější reakce tvorby těchto oxidů.

Al oxidy₂O₃ .SiO₂. MnO. ZnO se tvoří v pevné formě a nerozpouští se v kovu; oxidy cínu SnO₂ může se tvořit v kovu; oxidy cínu SnO₂ může se tvořit v kovu v pevné nebo roztavené formě; oxidy fosforu P₂O₂ se tvoří v kovu ve stavu páry a nerozpouštějí se v kovu.

Některé nečistoty mohou produkovat plynné oxidační produkty, které jsou částečně rozpuštěny v kovu, jako je SO₂. Některé oxidy se mohou v kovu rozpouštět, například NiO.

Různé fyzikální a mechanické vlastnosti výsledných oxidačních produktů komplikují následnou rafinaci mědi a slitin mědi.

Když budeme vědět, z jakých složek se daná slitina skládá, bude možné správně použít jednu nebo druhou rafinační metodu.

Složky, které tvoří slitiny mědi (hliník, zinek, hořčík, křemík, berylium atd.), mohou být při zahřívání oxidovány v atmosféře pece kyslíkem, vodní párou a oxidem uhličitým. Tyto reakce se rozvíjejí zvláště výrazně při tavení slitin mědi v ohnivých pecích. V tekutém kovu dojde k sekundárním reakcím redukce mědi mezi oxidem měďným a dalšími složkami, například:

Proto při tavení mědi a slitin mědi je nutné použít ochranné prostředky a proces tavení provést co nejrychleji.

Ke ztrátám kovu při procesu tavení dochází nejen v důsledku oxidace, ale také v důsledku vypařování, na které jsou některé kovy obsažené ve slitinách mědi vysoce náchylné. Obsah složek ve slitině s nízkou elasticitou páry se bude během procesu tavení zvyšovat a naopak obsah složek s vysokou elasticitou páry bude klesat.

Odpařování různých složek slitiny se během varu velmi zvyšuje. Proto je při tavení slitin mědi kladen velký důraz na jejich ochranu před odpařováním a oxidací, zejména proto, že příprava slitin mědi se provádí při relativně vysokých teplotách (1100-1250ᴼ).

Vsázkové materiály pro přípravu slitin mědi

Při přípravě slitin mědi může vsázka zahrnovat čerstvé kovy, slitiny (tab. 1), slévárenský odpad, strojní šrot a druhotné kovy a slitiny.

Kvantitativní poměr výchozích látek ve vsázce při tavení slitin mědi závisí na typu odlitku. V tabulce 2 ukazuje přibližný kvantitativní poměr materiálů ve vsázce.

Vsázkové materiály jdoucí do tavby musí být bez cizích nečistot a oxidů a jejich vážení musí být prováděno s velkou opatrností.

Tavení mědi, dezoxidace

Deoxidace slitiny je redukce oxidů nacházejících se v roztavených kovech, prováděná vytěsňováním kyslíku z nich a jejich směr závisí na elasticitě disociace. Oxidy s vyšší disociační elasticitou jsou redukovány látkou, jejíž oxid má nižší disociační elasticitu.

Aktivita dezoxidačního činidla je určena jeho vlastnostmi. Čím dále jsou oxidy z hlediska tepla tvorby nebo elasticity disociace, tím více energeticky interagují.

Tabulka 3 uvádí hodnoty tepla tvorby a fyzikální vlastnosti oxidů prvků obsažených ve slitinách mědi.

Dezoxidanty používané pro slitiny mědi lze rozdělit do dvou skupin podle povahy jejich působení:

• Deoxidanty, které způsobují dezoxidaci při kontaktu s povrchem tekutého kovu.
• Deoxidanty, které se rozpouštějí v tekutém kovu a působí uvnitř tekutého kovu.

Karbid vápníku (CaC) se používá jako povrchové dezoxidanty v pevné formě.₂). Borid hořečnatý (Mg₃B₂), uhlíková a bórová struska v kapalné formě. Boritá struska se připravuje tavením dehydratovaného boraxu, kyseliny borité a hořčíkového prášku při teplotě 1000-1100°C. Při interakci této strusky CaC₂ a Mg₃B₂ S roztavenou mědí dochází k deoxidační reakci:

Při použití pevných dezoxidačních činidel působících na povrch je nutné je rozdrtit na prášek. Dezoxidace pomocí kapalné strusky je účinnější než u pevných dezoxidačních činidel.

Výhodou povrchové dezoxidace je, že dezoxidanty a dezoxidační produkty jsou v kovu téměř nerozpustné. Tato metoda se používá k získání čistých slitin a kovů, ve kterých nejsou povoleny cizí nečistoty. Nevýhodou povrchových dezoxidátorů je, že pomalu dezoxidují kov. Proto se ve slévárnách ve většině případů k dezoxidaci slitin mědi používají dezoxidanty, které se rozpouštějí v kovu. Rozpouštěcí deoxidační činidla lze rozdělit do tří skupin:

A) dezoxidanty, které produkují plynné produkty dezoxidace: vodík, oxid uhelnatý a uhlovodíky:

Produkty dezoxidace jsou v mědi prakticky nerozpustné a měď nekazí, ale samotné dezoxidanty, rozpouštějící se v mědi, zhoršují její vlastnosti.

B) rozpouštědla, která tvoří produkty dezoxidace par a kapalin: fosfor, lithium, olovo.

Fosfor reaguje s oxidovanou mědí za vzniku parních produktů:

Teplota sublimace P₂O₅ je roven 347ᴼ, proto je v roztavené mědi a slitinách mědi ve stavu páry.

Při dezoxidaci mědi se do slitiny zavádí fosfor ve formě fosforité mědi.

Olovo reaguje s oxidy mědi za vzniku kapalných produktů

Teplota tání PbO je 587°, a proto bude oxid olovnatý ve slitině mědi v roztavené formě. Aktivita olova jako deoxidačního činidla oxidu měďného je nízká, protože olovo se při výrobě tepla blíží mědi. Olovo produkuje těžké dezoxidační produkty, které je obtížné ze slitiny odstranit. Olovo navíc není vždy prospěšnou nečistotou ve slitinách mědi.

Lithium jako deoxidační činidlo lze použít v čisté formě i ve formě slitin. Lithium je alkalický kov; měrná hodnota všech je 0,59, bod tání 186ᴼ, bod varu 1400ᴼ. Na vzduchu se lithium silně oxiduje v petroleji nebo benzínu, musí se přitlačit ke dnu, protože plave a oxiduje na hladině. Po zavedení do mědi lithium reaguje s kyslíkem a vodíkem:

Oxidy lithia Li₂O taje při 1700ᴼ a nerozpouští se v mědi.

Hydrát oxidu lithného má bod tání 445ᴼ a je odstraňován z mědi ve formě kulovitých vměstků. Po deoxidaci lithiem kov zraje, aby se odstranily produkty dezoxidace.

Lithium se používá k dezoxidaci při odlévání dílů z čisté mědi pro elektrotechnický průmysl.

Dezoxidanty, které produkují pevné deoxidační produkty, jsou vápník, hořčík, hliník, křemík, zinek, mangan, titan, berylium, chrom, cín atd.

Tyto prvky se mohou v mědi rozpouštět ve významných množstvích. Produkty dezoxidace se získávají ve formě jemně drcených pevných částic. Roztavený kov, pokud obsahuje velké množství pevných oxidů, má vysokou viskozitu, v důsledku čehož se prudce zhoršují jeho licí vlastnosti a snižují se mechanické vlastnosti slitiny. Proto i přes skutečnost, že mnoho z těchto dezoxidátorů je velmi aktivních, jako je vápník, hliník, hořčík, se v praxi nepoužívají, protože produkují žáruvzdorné oxidy, které snižují kvalitu kovu.

Při přípravě slitin mědi, které obsahují složky poskytující pevné oxidy, se kov nejprve dezoxiduje jinými deoxidačními činidly a teprve poté se do něj tyto složky zavedou.

Rafinace slitin mědi

Nejjednodušší metodou rafinace je stání. Tato metoda je založena na skutečnosti, že při držení slitiny a poklesu teploty klesá rozpustnost plynů v kovu.

Když se slitina nechá stát, odstraní se z ní část oxidů, jejichž měrná hmotnost se liší od měrné hmotnosti slitiny. Rychlost plavení plynových bublin a nekovových vměstků však závisí na jejich specifické hmotnosti, velikosti a tvaru. Větší kulovité částice snadněji plavou. Odstranění plynů a oxidů stáním trvá značnou dobu, proto se ve slévárenské praxi používá účinnější rafinační metoda.

Odstraňování pevných oxidů flotací je založeno na skutečnosti, že suspendované částice oxidů a nekovové vměstky ulpívají na bublinách plynné nebo parní látky vzniklé dezoxidací slitiny a plavou na povrch (obr. 1).

Když bublina praskne, částice oxidu, i když zůstávají nesmáčitelné kovem, zůstanou na povrchu, odkud jsou odstraněny spolu se struskou. Při tavení měděno-hliníkových bronzů se jako rafinační materiál používá dehydratovaný chlorid zinečnatý nebo jiné chloridové soli, které při reakci s hliníkem tvoří chlorid hlinitý:

Chlorid hlinitý v roztaveném hliníkovém bronzu je v parním stavu a uvolňuje se z něj ve formě bublin. Oxidy hliníku a další nekovové inkluze ulpívají na bublinách a plavou na povrchu.

Flotační metoda rafinace slitin zbavuje slitinu nejen cizích vměstků a oxidů, ale také plynů.

Pokud je parciální tlak plynů rozpuštěných ve slitině větší než parciální tlak bublin plynných produktů, pak budou plyny ze slitiny difundovat do pohybujících se bublin plynné látky a spolu s nimi budou odváděny do atmosféra.

Metoda odstraňování oxidů tavením se při tavení slitin mědi používá méně často než při tavení slitin hliníku a hořčíku. Tato metoda spočívá v tom, že oxidy suspendované v roztaveném kovu se postupně rozpouštějí tavidlem umístěným na povrchu kovu.

V praxi přípravy litých slitin může být rafinace pomocí tavidel tří typů: horní tavidlo, kdy se tavidlo vznáší nad kovem, spodní tavidlo, kdy je tavidlo těžší než kov a nachází se dole, a tavení v celém celý objem slitiny přimícháním těžkého tavidla do tekutého kovu.

Při tavení slitin mědi se používá především horní tavidlo.

Horní tavení slitiny mědi je založeno na skutečnosti, že čistý kov má vyšší specifickou hmotnost než kov obsahující suspendované oxidy a nekovové vměstky. Proces rafinace probíhá podle schématu znázorněného na obr. 2.

Na povrchu kovu se vytvoří vrstva tavidla (obr. 2 a), ve které se rozpouštějí oxidy. V tomto případě se vytvoří vrstva tavidel a oxidů v ní rozpuštěných a vrstva čistého kovu (obrázek 2 B).

Protože čistý kov je těžší než kontaminovaný kov, bude klesat dolů a vrstvy kontaminovaného kovu budou stoupat nahoru (schéma c). Oxidy kontaminovaného kovu se opět rozpustí v tavidle a čistý kov klesne dolů. Tento proces bude pokračovat, dokud se veškerý kov nezbaví oxidů (schéma d).

Při výběru složení tavidel pro rafinaci slitin mědi se řídí tím, že látky, které jsou si podobné složením, vlastnostmi a strukturou, se v sobě dobře rozpouštějí.

Při tavení hliníkového bronzu se používá tavidlo sestávající z 62 % kazivce a 38 % kuchyňské soli. Pro rafinaci hliníkového bronzu a mosazi můžete použít tavidla, která se používají při tavení hliníkových slitin. Rafinační tavidla se také široce používají při tavení slitin mědi a niklu, boraxu, sody, křemenného písku, kazivce, mořské soli atd.

Rafinaci slitin mědi lze provádět vibrací tekutého kovu. Během vibračního procesu se bubliny plynu zvětšují, což usnadňuje uvolňování plynů z kovu. Suspendované nekovové částice se také zvětší a snadněji vyplavou na povrch.

Zdroj: Slévárenské slitiny P.P. Ževtunov.