Podczas znanego sposobu rozdzielania stopów przez frakcjonowana krystalizacje z roztopio¬ nego stopu w spoczynku^ którego skladnik; krzepnace najpierw wydzielaja sie na po¬ wierzchniach odprowadzajacych cieplo^ koniecz¬ ne jest stosowanie szczególnie powolnego ochla¬ dzania stopu, a»by osiagnac przynajmniej czesciowo zadowalajace rozdzielanie skladni¬ ków stopu wyjsciowego w zaleznosci ód ich temperatur krzepniecia. Stosuje sie powolne ochladzanie stopu przy bardzo malej rózniej7 temperatur miedzy jego wewnetrzna czescia a chlodniejsza strefa zewnetrzna z tego wzgledu, aby skladniki krzepnace najpierw i dyfundujace w kierunku odpowiedniego ciaglego i stopnio¬ wego spadku temperatury krzeply na swoich dlugich drogach nie wczesniej, az dosiegna miej¬ sca, w którym powinno nastapic ich wydzielenie w postaci stalej.Stwierdzono, ze proces rozdzielania sklad¬ ników stopu mozna znacznie przyspieszac a jego wydajnosc jednoczesnie znacznie zwiek¬ szyc, jezeli podczas regulowanego ochla¬ dzania roztopionego stopu cieplo odprowadza sie wylacznie za pomoca specjalnych powierzchni chlodzacych, utrzymujac jednoczesnie kapiel metalowa w ciaglym ruchu. Wskutek tego róz¬ nice temperatur i stezen we wlasciwym stopie szybko ulegaja wyrównaniu. Dzieki temu zapew¬ nia sie na granicy pomiedzy roztopionym sto¬ pem a powierzchnia krystalizacji w tak zwanej warstwie granicznej wyrazny spadek tempera¬ tury i stezen. Szybkosc ochladzania stopu mozna regulowac nrzez odpowiednie izolowanie stom1 albo lepiej przez regulowanie dodatkowego ogrzewania w miejscach oddalonych od plasz" czyzriy krystalizacji. W tych warunkach cialo stale wydziela sie wylacznie na wspomnianej po¬ wierzchni w postaci zwartej i gestej warstwy, która po skonczonej obróbce oddziela sie od plaszczyzny krystalizacji, stanowiacej scianke krystalizatora.Podczas gdy przy krystalizacji stopu, znaj¬ dujacego sie w spoczynku, proces dyfuzji naste¬ puje w calej jego masie, to przy energicznym mieszaniu kapieli róznice temperatury i stezen,dzieki konwekcji w calej objetosci tej ¦ kapieli, zostaja bardzo szybko wyrównane z wyjatkiem cieniutkiej warstwy, bezposrednio przylegajacej do powierzchni krystalizacji, nie bioracej udzia¬ lu w ruchu calej masy stopu, wobec czego w warstwie tej dyfuzja nie zachodzi. Poniewaz w tej cieniutkiej warstwie, dzieki skutecznemu od¬ prowadzaniu ciepla, ustala sie stromy spadek temperatur i stezen, przeto" w tym miejscu dy¬ fuzja zachodzi z bardzo duza szybkoscia. Oba te czynniki, a mianowicie przyspieszona dyfuzja w warstwie granicznej oraz skuteczna konwekcja wywolana mieszaniem stopu, powoduja szybka krystalizacje-co umozliwia stosowanie szybkiego chlodzenia stopu i znaczne skrócenie calego pro¬ cesu.W przeciwienstwie do znanych procesów, w których wydajnosc rozdzielania jest tym lepsza, im bardziej stopniowy i ciagly jest spadek tem¬ peratur miedzy krystalizujaca faza stala a po¬ zostajacym jeszcze roztopionym stopem macie¬ rzystym, okazalo sie wedlug wynalazku niniej¬ szego, ze stosunkowo wyaoki skok temperatury przy omówionej powierzchni granicznej powo¬ duje nowe nieoczekiwane dzialanie, jezeli tylko warunkujace go zabiegi, to jest mieszanie stopu i odprowadzanie zen ciepla, sa odpowiednio do siebie dostosowane. Przy odpowiednio naglym i stosunkowo duzym spadku temperatur i" stezen w warstwie granicznej i przy odpowie&niej szyb¬ kosci ochladzania stopu wlasciwa krystalizacja zachodzi jedynie w warstwie granicznej. Niebez¬ pieczenstwu zas krystalizacji poza powierzchnia krystalizacji i wydzielaniu fazy stalej wewnatrz stopu macierzystego, mogacemu ' spowodowac niezadowalajace rozdzielanie, skutecznie zapo¬ biega sie nawet przy szybkim ochladzaniu stopu.Dzieje sie to podczas calego procesu krzepniecia, o ile stop jest stale dostatecznie cieplejszy, niz to odpowiada temperaturze wydzielania fazy sta¬ lej, a mianowicie ó róznice temperatury w warstwie granicznej przy powierzchni krystalizacji.Dalsze znaczenie stromego spadku temperatu¬ ry przy powierzchni krystalizacji polega na tym, ze stop w tym miejscu w porównaniu z tempera¬ tura równowagi jest przechlodzony, co sprzyja po¬ wstawaniu drobnych krysztalków fazy stalej. Jak stwierdzono, w praktyce nalezy unikac powsta¬ wania tych drobniutkich jednostek krystalicz¬ nych, poniewaz powoduje to zbyt duze straty wzrostów cieczy w licznych przestrzeniach po¬ srednich i jamach osadowych fazy stalej. W przeciwienstwie do tego stwierdzono jednak, ze drobnokrystaliczna budowa fazy stalej moze byc nawet korzystnie wyzyskana do podwyzszenia wydajnosci fazy cieklej przy krystalizacji, jezeli rozdzielanie wykonywa sie sposobem wedlug wy¬ nalazku niniejszego w warstwie granicznej sto¬ pu przy powierzchni krystalizacyjnej. Poniewaz, przy dostatecznym poruszaniu kapielr metalowej warstwa ta jest bardzo cienka, tym samym wiec i strefa krystalizacji w porównaniu z objetoscia calkowita obrabianego stopu jest bardzo nie¬ znaczna, przeto skladniki krystalizujaca znajduja dla osadzenia sie dosc miejsca na powierzchni.Dzieki temu krysztaly sa zmuszone do szczelnego gromadzenia sie jedne przy drugich i jedne nad drugimi tak, iz, praktycznie biorac, calkowita ilosc pierwotnie wydzielonego cieklego stopu zo¬ staje wyparta z fazy stalej. Ostateczna budowa fazy stalej jest wiec tym bardziej zwarta i tym ubozsza w ciecz, im 'mniejsze powstaja krysztalki.Zgodnie z wynalazkiem podczas rozdzielania stopu postepuje sie, jak opisano nizej.Calkowicie roztopiony stop przy ciaglym mie¬ szaniu go ochladza sie dopóty, az na powierz¬ chni krystalizacyjnej wydzieli sie taka ilosc kry-, sztalów pierwotnych,iz pozostajacy stop macie¬ rzysty osiaga zadany sklad chemiczny. Podczas zabiegu chlodzenia odprowadza sie ze stopu przez powierzchnie krystalizacyjna tyle ciepla, zeby na granicy pomiedzy stopem a powierzch7 nia krystalizacyjna, a wiec w warstwie granicz¬ nej ustalil sie stosunkowo , wysoki spadek tem¬ peratury, wynoszacy zwykle 5 =— 20« C. Aby utrzymac taki spadek temperatury, wystarcza w pewnych przypadkach dobrze izolowac stop, znajdujacy sie na zewnatrz powierzchni krysta-* lizacyjnej, w innych zas przypadkach, gdy stop metaliczny lepiej przewodzi cieplo, nalezy go dodatkowo ogrzewac w odpowiednim stopniu w miejscach oddalonych od powierzchni krystali¬ zacyjnej.Przebieg procesu krystalizacji kontroluje sie za pomoca termometru zanurzonego w roztopio¬ nym stopie. Poniewaz sklad chemiczny cieklego stopu jest uwarunkowany temperatura warstwy granicznej, przeto z odczytania temperatury ka¬ pieli wnioskuje sie na podstawie próby wstep¬ nej o róznicy temperatury w warstwie granicz¬ nej, o która to róznice ciecz jest cieplejsza. Na podstawie wykresu temperatury stopu wyznacza sie nastepnie sklad chemiczny stopu w dowolnej chwili, a tym samym ustala sie zadany sklad chemiczny ' produktu koncowego. Poniewaz wzrost temperatury wystepuje calkowicie na granicy pomiedzy roztopionym stopem a po¬ wierzchnia krystalizacji, a sam stop jest nieco cieplejszy o dostateczna ilosc stopni, niz faza stala, przeto ciekly stop nie moze krzepnac nawet w tym przypadku, gdyby temperatura warstwy granicznej spadla do eutektyaznej temperatury topnienia, a nawet nieco ponizej i gdyby ciecz osiagnela przy tym sklad eutektyczny. Ze wzgle^du na te korzysc wynalazek nadaje sie szczegól¬ nie do wydzielania eutektyków, co w znanych, sposobach prowadzi do wydajnosci niedostatecz¬ nej, spowodowanej przede wszystkim lokalnym krzepnieciem stopu.Szybkosc i sposób poruszania kapieli dobiera sie tak, aby zapewnic wyrównanie temperatur i stezen stopu w czasie mozliwie najkrótszym.Okazalo sie, ze warstwa fazy stalej bedzie tym bardziej gesta i tym ubozsza w porwany ciekly stop, im szybsze jest mieszanie kapieli, im cien¬ sza jest warstwa graniczna, a takze im mniej¬ sza jest objetosc strefy krystalizacji. Jednakze przy wykonywaniu przemyslowym poruszanie roztopionego stopu, posiada okreslone granice szybkosci, ze wzgledu na znaczne niebezpieczen¬ stwo utlenienia i rozpryskiwania go, co moze nastapic juz przy szybkosci od 50 do 400 obro¬ tów na minute.Podobnie jak wzrost szybkosci mieszania ka-. pieli wplywa równiez w pewnym stopniu zmniej¬ szenie powiei^zchni krystalizacyjnej. Nalezy ja zmniejszyc w takim stopniu, aby zapewnic kaz¬ dorazowo potrzebne odprowadzanie ze stopu cie¬ pla.Roztopiony stop mozna chlodzic co najwyzej z taka szybkoscia, przy której ilosc skladników krzepnacych, najpierw krystalizujacych sie w jednostce czasu, moze jeszcze przedyfundowac przez-warstwe graniczna. Ilosc ta jest niezalezna od czynnika dyfuzji materialów dyfundujacych oraz od ilosci ciepla odprowadzanego ze stopu przez warstwe graniczna. Najkorzystniejsze wa¬ runki przebiegu pewnego okreslonego procesu mozna z latwoscia ustalic za pomoca wstepnych prób.Sposób rozdzielania stopów wedlug wynalaz¬ ku wykonywa sie w praktyce w piecu, zaopa¬ trzonym w' urzadzenie do poruszania kapieli, oraz umozliwiajacym odprowadzanie ciepla ze stopu wylacznie przez specjalna powierzchnie krystalizacyjna, odpowiednio dobranego styka¬ jacego sie z kapiela krystalizatora. Najlepiej stosowac do tego celu piec tyglowy ogrzewany paliwem gazowym, cieklym albo stalym, lub tez w elektrycznym piecu oporowym lub indukcyj¬ nym. Moze równiez do tego celu sluzyc dobrze izolowany zbiornik, który uprzednio zostaje pod¬ grzany przed doprowadzaniem do niego roztopioT nego-stopu. Podczas procesu krystalizacji za¬ wartosc zbiornika ewentualnie podgrzewa sie dodatkowo za pomoca gazu albo luku elektrycz¬ nego, albo tez za pomoca zanurzonego w stopie lub umieszczonego ponad kapiela opornika elek¬ trycznego.Krystalizator do osadzania fazy stalej umie-, szcza sie w taki sposób, aby spowodowany mie¬ szaniem strumien roztopionego stopu mógl do nniego latwo _ doplywac, przy czym utrzymuje sie potrzebna temperature stopu dzieki przeprowa¬ dzaniu go po drodze przez strefe cieplejsza. Kry¬ stalizator moze byc umieszczony bezposrednio w sciance albo w dnie zbiornika do rafinowania, przy czym odpowiednia powierzchnia krystalizato¬ ra jest chlodzona z zewnatrz, na przyklad za po¬ moca wezownicy chlodzacej, umieszczonej w omu- rowaniu. Z takim samym skutkiem mozna równiez jttko krystalizator stosowac wydrazony cylinder,, zanurzony w kapieli i ochladzany z zewnatrz oplywajacym gazem, rozpylona w strumieniu po¬ wietrza woda lub woda biezaca.Poruszanie kapieli uskutecznia sie za pomoca specjalnego mechanicznie napedzanego miesza¬ dla albo tez za pomoca zmiennego pola magne¬ tycznego, wytwarzanego za pomoca cewki na prad zmienny, otaczajacej tygiel z zewnatrz. W pewnych przypadkach zmienne pole magnetyczne moze sluzyc jednoczesnie podczas procesu jako zródlo ciepla do dodatkowego ogrzewania stopu, np. przez wytwarzanie silnych wirów.Korzystnym okazalo sie zastosowanie dna ty¬ gla jako powierzchni krystalizacyjnej. Grzejnik w tym przypadku umieszcza sie ponad powie¬ rzchnia kapieli, przy czym kapiel wprawia sie w ruch mechanicznie badz tez dzialaniem zmien¬ nego pola elektromagnetycznego. Po ukonczeniu procesu wylewa sie najpierw ciekla czesc stopu, skrzepnieta zas na dnie tygla faze stala usuwa, sie przez wylamanie albo wytapianie.Wedlug innej odmiany sposobu wedlug wy¬ nalazku jako krystalizator mozna zastosowac mechanicznie napedzane mieszadlo o ile miesza¬ dlo to jest chlodzone od wewnatrz powietrzem, woda, albo innym czynnikiem chlodzacym.Po ukonczeniu procesu mieszadlo wyjmuje sie ze stopu, a utworzona na mieszadle warstwe fazy stalej usuwa sie mechanicznie. Ciekly i stop nastepnie spuszcza sie z pieca.Jak juz wspomniano, warstwa metaliczna stopu, wytworzona na powierzchni krystaliza¬ cyjnej jest ó wiele ubozsza w faze ciekla, niz W przypadku krystalizacji frakcjonowanej stopu pozostajacego w spoczynku, nawet jezeli chlodze¬ nie tego stopu odbywa sie wolniej. Odpada przy tym równiez koniecznosc kilkakrotnego powta¬ rzania procesu w celu zwiekszenia wydajnosci.Z tego wzgledu sposób wedlug wynalazku prze¬ wyzsza równiez sposób oddzielania fazy stalej przez saczenie w przypadku niezadowalajacej wy¬ dajnosci, spowodowanej zatrzymaniem fazy cie¬ klej na powierzchni krysztalów pierwotnych i w filtrowanej masie.Dalsza zaleta sposobu wedlug wynalazku jest okolicznosc, ze mozna go korzystnie stosowac do 3 —rozdzielania skladników nie tylko o róznym cie- zarze^wlasciwym, lecz równiez i o ciezarze wlas¬ ciwym jednakowym. W ostatnim przypadku, jak wiadomo, trudno uzyskac rozdzial skladników pizez dekantacje stopu, znajdujacego sie w spo¬ czynku lub poddanego wirowaniu przy zastosowa¬ niu zreszta bardzo skomplikowanych urzadzen.Ponadto nalezy podkreslic, ze sposób wedlug wy¬ nalazku pozwala na znaczne skrócenie czasu krystalizacji.Przyklad I. Wzbogacenie stopu cyno¬ wego.Wzieto 200 kg stopu o nastepujacym skla¬ dzie chemicznym: , 53,04 «/o Sn, 32,20 o/o Pb, 12,08 o/0 Sb, ' 2,46 o/0 Cu i poddano frakcjonowanej krystalizacji sposo¬ bom wedlug wynalazku w temperaturze 340 — 192" C. Temperatura ta jest o 10o C nizsza od temperatury topnienia potrójnego eutektyku Sn- Pb-Sb. W ciagu calego procesu, trwajacego 6 godzin, utrzymywano "roztopiony stop w ozywio¬ nym ruchu za pomoca mieszadla, obracanego z szybkoscia 110 obrotów na minute. Przez scianki- mieszadla odprowadzano cieplo w ilosci 5000 kal/godz., stop zas ogrzewano z zewnatrz tak, aby spadek temperatury .wynosil 25« C na godzine. Róznica temperatur stopu i scianek chlodzacych wynosila 10° C. Po osiagnieciu tem¬ peratury koncowej 192<» C. podniesiono miesza¬ dlo i usunieto osadzony na nim stop. Ilosc pozo¬ stalego roztopionego stopu macierzystego wyno¬ sila 144 kg to znaczy 72o/0, ilosci stopu poczat¬ kowego. Sklad chemiczny stopu macierzystego byl nastepujacy: •54,05 o/0 Sn, 41,50 o/0 Pb, 3,55 o/0 Sb,^ 0,15 % Cu! Wydajnosc sposobu byla znacznie wieksza od wydajnesci znanego sposobu krystalizacji stopu o podobnym skladzie chemicznym w tak zwanych piecach do topienia stopów cynowych i przy stop¬ niowym obnizaniu temperatury stopu, znajdujace¬ go sie w stanie spoczynku. Znany proces trwal 60 godzin i otrzymano 48«/o, stopu macierzystego o nastepujacym skladzie chemicznym: 54, 40 o/0 Sn, 41, 50 o/0 Pb, 3, 67o/0 Sb, 0,20o/o Cu.Przyklad II. Wytwarzanie stopu eu- tektycznego Al - Si.Wzieto .85 kg surowego stopu aluminiowo - krzemowego, zawierajacego 31,5o/0 krzemu i ma¬ la ilosc zelaza i tytanu. Poddano go frakcjono¬ wanej krystalizacji sposobem wedlug wynalazku w temperaturze 840—591c C. Temperatura kon*- cowa kapieli byla o 14« C. wyzsza od tempera¬ tury eutektycznej.Frakcjonowana krystalizacje wykonano w tyglu, otoczonym zewnatrz cewka indukcyjna,, przez która przeplywal prad zmienny o 50 okre¬ sach na sekunde. Regulujac natezenie pradu wy¬ twarzano wewnatrz tygla tak silne pole magne¬ tyczne, iz kapiel metalowa wprawiana byla w ruch„obrotowy o 330 obrotach na minute. W celu zapobiezenia utlenieniu metalu, pokryto po¬ wierzchnie kapieli roztopiona sola w ilosci 3 kg, skladajaca sie z 28 moli chlorku barowego, 39 moli chlorku potasowego i 35 moli chlorku so¬ doWego.W ciagu calego procesu, trwajacego 58 mi¬ nut, przez dno tygla odprowadzono ze stopu lacz¬ nie 14,4000 kal ciepla, przy czym stop byl do¬ datkowo ogrzewany za pomoca grzejnika, umie¬ szczonego ponad kapiela w taki sposób, aby szyb¬ kosc ochladzania sie kapieli wynosila okolo- 4,3» C na minute. W tych warunkach róznica temperatur stopu i chlodzacego dna tygla wy¬ nosila 14« C.Po osiagnieciu temperatury koncowej, wyno¬ szacej 591» C, przerwano doprowadzanie pradu powodujacego ruch kapieli, zlano pozostaly stop z tygla, a osadzona na dnie tygla warstwe kry¬ staliczna oddzielona od dna przez lekkie ostu- kanie i usunieto. Otrzymano.61 kg stopu eutek- tycznego, zawierajacego 12,9o/0 krzemu, to jest 71,8% w stosunku do ilosci stopu wyjsciowego, a wiec znacznie wiecej, niz wedlug znanych spo¬ sobów rozdzielania przy znacznie krótszym cza¬ sie trwania procesu. m PL