Воздействие электрического поля на содержание газов в чугуне

Аннотация

Экспериментально установлено влияние электрического поля на содержание газов в чугуне на основе электрохимических исследований в системе жидкий чугун – шлак – газовая фаза. Автором были проведены иссле­дования, имеющие своей ко­нечной целью получение эко­номно легированного никелем чугуна, не уступающего по своим механическим и эксплу­атационным характеристикам чугуну типа «нирезист». С этой целью исследованию были подвергнуты аустенитные чугуны, предварительно выплавленные в индукционной печи с электрокорундовой футеровкой. Приготовленные из полученного чугуна специальные образцы были подвергнуты дальнейшей обработке электрическим полем с целью изучения влияния статического электрического поля на фиксацию атомарного азо­та в сплаве и, в конечном итоге, на структуру металлической матрицы. Как следует из полученных данных, этот эффект можно усилить приложением электрического ноля, причем на­ложение отрицательного заряда на металл оказывается более эффективным, хотя и при аноде - металле происходит неко­торое «удержание» азота в чугуне. Это можно объяснить тем, что в первоначальный момент времени между подвижным (свободным) электродом и поверхностью расплава существует стационарное электрическое поле, в котором заряженные час­тицы неподвижны в данной системе отчета, что фиксируется включенными в схему амперметрами как отсутствие тока. Наложение статического электрического поля способствует удержанию азота в чугу­не. При 8 – 9% Ni, как показали дальнейшие опыты, необходимо приложить значительное напряжение, чтобы это влия­ние проявилось. Исследования показали, что вопрос о стабилизации аустенита азотом в чугуне не так прост и видимо, влияние поля при введении азотированною фер­рохрома сказывается на разложении нитридов, перезарядке ионов азота и неравновесных условиях их диффузии и вы­хода в газовую фазу. Это подтверждается большим разбросом в анализах азота. Некоторые образцы показали 0,04 – 0,05%N (с введением азотированного феррохрома и «минусом» на металле), но большинство анализов показывают более низ­кие значения.

Для литейного производства представляет также интерес раскисление электрохимическими методами таких сплавов, которые трудно раскислить другими методами, например, алюминиевый чугун. Алюминий является активным элементом, который при неблагоприятной раскладке массопотоков нелегко удалить даже кальцием.  Это приводит к появлению в металле включений Al₂O₃, имеющих плотность, близкую к расплаву, что осложняет их коагуляцию и всплывание. Было опробовано двойное раскисление. Пос­ле выдержки расплава в течение 1 часа его ЭДС «вернулась» почти к исходному состоянию (0,8 В). Раскисление затем рас­плава в течение 15 мин снизило его окисленность в 3 раза по сравнению с начальным. Таким образом, в опытах доказана принципиальная возмож­ность раскисления чугуна и целесообразность двойного рас­кисления.

В итоге предложен способ воздействия при помощи электрического поля на содержание газов в чугуне и способ практического применения электрохимического раскисления железоуглеродистых сплавов.