Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdzie¬ lania metali posiadajacych w stanie cieklym ograniczona mieszalnosc, to jest takich metali, które na wykresie równowag fazowych wy¬ kazuja obszar niemieszalnosci. W szczególnosci wynalazek dotyczy zmniejszenia zawartosci clowlu i innych podobnie zachowujacych sie domieszek metalicznych w cynku hutniczym nierafinowanym i rafinowanym, przy czym istota wynalazku zostanie objasniona na przy¬ kladzie usuwania olowiu z surowego cynku hutniczego.Wiadomo, ze zawartosc olowiu w cynku mozna zmniejszyc do okolo 1%, utrzymujac cynk zawierajacy olów przez dluzszy czas. w temperaturze wyzszej od temperatury top¬ nienia cynku (419° C). W wyniku odstania na¬ stepuje rozdzial stopu cieklego na dwie wars¬ twy, z których górna stanowi cynk o zawar¬ tosci okolo 1% olowiu, a dolna sklada sie z olowiu z niewielka zawartoscia cynku. W ten sposób, przez wyczerpanie górnej warstwy cyn¬ kowej, uzyskuje sie cynk rafinowany o zawar¬ tosci olowiu, znajdujacej sie praktycznie bio¬ rac w granicach 1% do 1,5%.Innym. znanym sposobem usuniecia olowiu z zawierajacego go cynku jest destylacja, przy pomocy której uzyskuje sie cynk o czystosci 99,99% i wiecej, przy czym zawartosc olowiu zostaje obnizona do mniej niz 0,003%. Sposób ten przyjal sie w praktyce, jednak jego ujemna strona jest wysokie zuzycie energii cieplnej.Oprócz wymienionych sposobów rozdziela^ rua metali znana jest metoda tak zwanegotopienia strefowego, - która szezególowo opisal W. G. Pfaun w czasopismie „J. Metals" 4, (1952). W metodzie tej krzepniecie metalu jest prowadzone w ten sposób, ze wydzielajacy sie staly czysty metal przesuwa czesc stopiona przed soba w kierunku poziomym. W koncu uzyskuje sie ksztaltke, której jedna strona sklada sie z krysztalów czystego metalu, a z drugiej strony znajduje sie tektyczny wzbogacony w zanieczyszczenia. Oczyszczanie przy tym odbywa sie tym korzystniej, im niniejszy jest wspólczynnik podzialu pomiedzy obydwoma metalami^ to jest stosunek stezenia zanieczyszczenia w fazie stalej do jego steze¬ nia w fazie cieklej w stanie równowagi ter¬ micznej. Topienie strefowe nie znalazlo do¬ tychczas zastosowania w technice, poniewaz jest ono procesem stosunkowo uciazliwym i ko¬ sztownym.Próby wykazaly, ze przy poziomym topieniu strefowym cynku o zawartosci 0,35% olowiu otrzymuje sie ksztaltke, która w 50% sklada sie z czystego cynkii i w 50% z monotektycz- nego, to jest dwufazowego stopu (w którym zawartosc jednej z faz jest nieskonczenie mala) cynku zawierajacego okolo 0,7% olowiu. Na¬ lezy za tym oczekiwac, ze dopiero przy topie¬ niu strefowym cynku rafinowanego (99,9% z zawartoscia 0,1% Pb) uzyska sie wydaj¬ nosc 3% cynku czystego i 17% stopu monotek- tycznego, podczas gdy przy topieniu strefowym surowego cynku hutniczego, lub cynku rafino¬ wanego, o zawartosci olowiu 1% lub wiecej, mozna uzyskac jedynie stop monotektyczny zawierajacy 0,7% olowiu.Nieoczekiwanie zdolano uzyskac z gatunków cynku ó dowolnej zawartosci olowiu, na przy¬ klad powyzej 1%, w toku jednej operacji, cynk rafinowany z maksymalna zawartoscia olowiu wynoszaca 0,1%, mianowicie wówczas, gdy stopiony metal byl powoli chlodzony z tempe¬ ratury wyzszej od temperatury krzepniecia az do poczatków krzepniecia, przy czym krzep¬ niecie to bylo prowadzone zgodnie z kierun¬ kiem dzialania sily ciazenia i równoczesnie zapobiegano jekiemukolwiek przechlodzeniu metalu, odprowadzajac jedynie cieplo wydzie¬ lone w czasie krzepniecia.W przypadku, gdy stopiony cynk zawiera¬ jacy olów znajduje sie w pionowej kokili, cieplo nalezy:. odprowadzac w kierunku osi wlewka tylko w miare, jak postepuje skiero¬ wany w dól wzrost jednorodnych dendrytów wolnych od olowiu. W ten sposób dendryty nie zawierajace olowiu przesuwaja przed soba wydzielony olów, który gromadzi sie na kon¬ cach wzglednie w ich poblizu, podczas gdy sanie dendryty skladaja sie z cynku z maksy¬ malna zawartoscia olowiu wynoszaca okolo 0,1%. Dzieki skoordynowaniu procesu krzep¬ niecia z likwacja (segregacja) pod dzialaniem sily ciezkosci, kropelki stopu wzbogaconego w olów opadaja na dno kokili, wskutek cze¬ go otrzymuje sie z duza wydajnoscia czysty cynk, podczas gdy na dnie kokili gromadzi sie wysokoprocentowy olów. Jak wykazaly ba¬ dania analityczne, jest on bogatszy w olów, niz to wynika ze skladu monotektyki. Dowodzi to, ze kropelki koaguluja wskutek dzialania napiecia powierzchniowego i ulegaja segregacji, poniewaz w sposobie wedlug wynalazku za¬ równo kierunek krystalizacji jak i sila ciez¬ kosci sa utrzymane zgodnie i dzialaja w dól.Krzepniecie i szybkosc przesuwania sie czola krystalizacji sa regulowane w sposobie wedlug wynalazku w sposób stopniowy i warstwowy, poniewaz krzepniecie slupa cieklego metalu, przebiega w kierunku dzialania sily ciezkosci, to jest- z góry do dolu, a przy tym zwraca sie uwage, aby w poszczególnych okresach odpro¬ wadzac nie wiecej ciepla, niz wynosi cieplo wydzielone przy krzepnieciu cynku.Sposób wedlug wynalazku umozliwia za¬ oszczedzenie znacznych ilosci ciepla. Mianowi¬ cie zostalo stwierdzone, ze wystarcza Ve ilosci ciepla potrzebnego do produkcji cynku rafino¬ wanego na drodze destylacji. Obojetne jest przy tym, czy oczyszczaniu poddaje sie staly wlewek umieszczony w formie, przy czym stapia sie go strefowo w kierunku z góry w dól i jednoczesnie nad strefa stopiona pro¬ wadzi sie postepujace krzepniecie, czy tez po¬ woduje sie krzepniecie metalu cieklego, znaj¬ dujacego sie w odpowiedniej kokili w kie¬ runku z góry w dól. Metale wystepujace obok olowiu w zanieczyszczonym cynku, na przy¬ klad Cd, Su, Sb, Fe, zostaja równiez oddzie¬ lone.Ksztalt kokili posiada równiez duze znacze¬ nie. Gdy kokila jest szersza u góry, to znaczy zewnetrzny kat nachylenia scianki jest mniej¬ szy od 90°, wtedy pierwsza warstwa skrzep¬ nieta w górnej czesci osadzajsie przy krawedzi kokili, natomiast krzepnacy stop wskutek kon¬ trakcji wytwarza jame usadowa. Kontakt cieplny pomiedzy skrzepnieta warstwa i cie¬ klym stopem zostaje wiec przerwany i- krzep¬ niecia sposobem wedlug wynalazku nie mozna juz dalej prowadzic. Natomiast jezeli kokila — 2 —posiada jednakowe wymiary na górze i na dole wzglednie jest na dole szersza, to jest zewnetrzny kat nachylenia scianki jest równy albo wiekszy od 90°, wtedy pierwsza skrzep¬ nieta warstwa pozostaje w bezposrednim kon¬ takcie z cieklym stopem, gdyz dzialanie kon¬ trakcji zostaje w tym przypadku wyrównane przez osiadanie warstwy stalego cynku.Okazalo sie równiez, ze sposób wedlug wy¬ nalazku mozna stosowac w celu bezposredniego wytwarzania wlewków do walcowania, jezeli krystalizacje i (segregacje) likwacje przepro¬ wadza sie w kokili pionowej.Metaliczne skladniki stopowe, które tworza krysztaly mieszane tylko z cynkiem, a nie po¬ siadaja zdolnosci rozpuszczania olowiu w sta¬ nie stalym, jak na przyklad glin i miedz, mo¬ ga byc w pewnych granicach dodawane do cyn¬ ku jeszcze nieoczyszczonego. Metale te ula¬ twiaja wydzielanie olowiu sposobem wedlug wynalazku, a same pozostaja w cynku rafino¬ wanym. Dzieki temu mozna stosowac krystali¬ zacje z jednoczesna likwacja (segregacja) takze przy wytwarzaniu stopowych wlewków cynkowych do walcowania.Intensywnosc chlodzenia w sposobie wedlug wynalazku nalezy uregulowac w ten sposób, aby w strefie chlodzenia nie obnizyc tempera¬ tury ponizej temperatury krzepniecia cynku, a zatem aby uniknac przechlodzenia stopu, to znaczy ilosc odprowadzanego w kazdej chwili ciepla powinna byc taka, aby proces .przebiegal w temperaturze topnienia cynku (419° C).Przyklad. Stojaca kokile zelazna, na przy¬ klad o równoleglych scianach bocznych, napel¬ nia sie stopionym cynkiem, zawierajacym okolo 1% olowiu. Kokila zaopatrzona jest w elementy chlodzace przesuwane równolegle do jej osi.Elementy chlodzace pozwalaja na odprowadza¬ nie ciepla w sposów dokladnie kontrolowany przy pomocy instrumentów do pomiaru tempe¬ ratury. Po ostygnieciu stopu do temperatury lezacej nieco powyzej temperatury krzepniecia cynku, od górnego konca slupa metalu rozpo¬ czyna sie proces krzepniecia. Nalezy przy tym zwracac uwage, aby krzepniecie przebiegalo warstwowo, a ilosc ciepla odprowadzonego od¬ powiadala ilosci ciepla uwolnionego w procesie krzepniecia metalu, to znaczy na 1 kg skrzep¬ nietego cynku nie powinna wynosic wiecej niz 27,5 kcal.W miare postepu krzepniecia elementy chlo¬ dzace sa opuszczane coraz nizej az caly wle¬ wek ulegnie zakrzepnieciu. Po wyjeciu wlewka z kokili stwierdza sie, ze — z wyjatkiem dol¬ nej czesci — sklada sie on z oczyszczonego cynku o zawartosci 99,9% cynku i najwyzej 0,1% olowiu. Dolna czesc stanowi skrzepniety olów zawierajacy niewielka ilosc cynku. Za¬ miast elementów chlodzacych poruszajacych sie w kierunku dzialania sily ciezkosci mozna srodek chlodzacy natryskiwac bezposrednio na sciany kokili lub na powierzchnie skrzepniete¬ go stopu. Nalezy jednak zwracac uwage, aby nadmiar srodka chlodzacego nie sciekal po scianach kokili. Ilosc dostarczanego srodka chlodzacego nalezy uregulowac, kierujac sie przepisami dotyczacymi odprowadzania ciepla w sposobie wedlug wynalazku, w ten sposób, aby srodek chlodzacy odparowal calkowicie.Mozliwe jest równiez zastosowanie dodatkowe¬ go chlodzenia stopu od wewnatrz, na przy¬ klad w kokili pierscieniowej lub rurowej.Uzyskany w tym przypadku cynk rafinowany zostaje nastepnie przetopiony i odlany w po¬ zadanych ksztaltkach. Wreszcie kokile mozna studzic jednostronnie i wytwarzac w ten spo¬ sób wlewki lub bloki, które z jednej strony skladaja sie z cynku rafinowanego.Sposobem wedlug wynalazku mozna wytwa¬ rzac wlewki okragle, w postaci walców, pretów itp., jak równiez czworokatne jako wlewki do walcowania itp. PL