Pirinç alaşımlarının hazırlanmasında flaksların etkisi

Abstract

Bu çalışmada, CuZn39Pb3 pirinç alaşımının laboratuar tipi bir indüksiyon ocağında 900-1 100°C sıcaklıklar arasında ergitilmesi sırasında flakslamanın etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla yapılan deneysel çalışmalarda literatürlerden yararlanılarak tespit edilen tek veya çoklu flaks kompozisyonları ile ergitmeler gerçekleştirilerek kullanılan flaks bileşimine ait alaşım ve cüruf ağırlıkları, alaşım ve curuflardaki var olan metal yüzde miktarları ölçülerek CuZn39Pb3 pirinç malzemeye ait alaşım elementleri olan bakır, çinko, kurşun ve demir metal dağılım katsayılarının tespiti ile dağılım katsayısı-sıcaklık grafikleri çizilmiştir. Bu deneysel çalışmalar sonunda ortaya çıkan sonuçlar şu şekilde özetlenebilinir. Pirinç alaşımlarının hazırlanmasında ergime sıcaklığı arttıkça alaşım ağırlığında artış, cüruf ağırlıklarında azalma kaydedilmektedir. Pirinç alaşımlarının flaks altında ergitilmesinde optimal ergitme sıcaklığı 1050-1 100°C'dir. Pirinç alaşımlarının hazırlanmasında tek flakstan veya çok flakstan hazırlanmış curuflaştırıcılar kullanılabilmektedir. Deneylerde denenen tekli flakslar içinde en iyi sonucu kalsiyum florür (flüşpat) vermiştir. Flüşpatla yapılan ergitmelerde alaşım kurtarma randımanı %94'tür. Tek flakslı ergitmelerde bakır metalinin dağılım katsayısı nötr ve bazik karakterli flakslarda sıcaklıkla artmakta, asidik karakterli flakslarda ise sıcaklıkla azalmaktadır. Bakır açısından en etkili flaks borakstır. Bu flaksla elde edilen bakır dağılım katsayısı 1050°C sıcaklığında 5.54 mertebesindedir. Tek flaks altında alaşım hazırlama sırasmda çinkonun dağılım katsayısının denenen bütün flaks türleri için sıcaklıktan etkilenmediği tespit edilmiştir. Bu deneylerde çinkonun dağılım katsayısı ortalama olarak 1.10 ile 0.95 arasında değişmektedir. Tek flakslı deneylerde kurşunun dağılım katsayısı bakırın davranışına benzemektedir. Nötr ve bazik flakslarda dağılım katsayısı sıcaklıkla artma, asidik flakslarda ise sıcaklıkla düşme göstermektedir. Ulaşılan en yüksek kurşun dağılım katsayısı sodyum karbonat (soda külü) ile 1000°C'de 4.68 değerindedir. Pirinç alaşımı içerisindeki demirin tek flakslı ergitmelerde dağılım davranışı da bakır ve kurşuna benzemektedir. Nötr ve bazik flakslarla dağılım katsayısı sıcaklıkla artış, asidik ve oksitleyici flakslarla dağılım katsayısı sıcaklıkla düşüş eğilimindedir. Optimal çalışma sıcaklığı olan 1000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ulaşılan en yüksek demir dağılım katsayısı 1.79 'la soda külüne aittir. En düşük dağılım katsayısı ise susuz sodyum perboratta 0.55 seviyesindedir. Bu alaşımının çoklu flaks kombinasyonlarıp altmda ergitilmesinde en iyi sonucu 243g alaşım ağırlığının elde edildiği %50 Soda külü+%30 Kalsine boraks+%20 Cam tozu flaks kombinasyonu vermektedir. Bu deneyde alaşım kurtarma randımanı %97.2'dir. Denenen çoklu flaks ergitmelerinde bakır dağılımının genel karakteristiği sıcaklıkla artma diğer bir deyişle bakırın alaşımda kalma eğilimidir. Elde edilen en yüksek bakır dağılım katsayısı 1 100°C'de %50 Soda külü+%30 Kalsine boraks+%20 Cam tozu flaks bileşiminde 5. 06 'dır. Çok flakslı ergitmelerde çinko metalinin XII dağılım katsayısı sıcaklıkla azalmakta çinkonun cürufa geçme eğilimi artmaktadır. 1100°C'de elde edilen en düşük çinko dağılım katsayısı 0.6-0.7 mertebesindedir. Yine çok flakslı ergitmelerde kurşunun dağılım katsayısı sıcaklıkla artmakta metal pirinç alaşımı içinde kalma eğilimi göstermektedir. Elde edilen en yüksek kurşun dağılım katsayısı 1 100°Cde %25 Kriyolit+%35 Kalsiyum klorür+%30 Boraks+%10 Sofra tuzu flaks bileşiminde 5.5'dir. Demir metalinin dağılım davranışı çok flakslı ergitmelerde de aynıdır. Asidik karakterli ağırlıklı olarak boraks cam tozu ve sodyum florür içeren flaks kombinasyonlarında sıcaklıkla artmakta ve demir alaşım içinde kalma eğilimi göstermektedir. Diğer flaks bileşimlerinde ise dağılım katsayısı sıcaklıkla azalmakta ve demir artan miktarlarda cürufa geçmektedir. Ulaşılan en yüksek demir dağılım katsayısı 1100°C'de %53 Boraks+%14 Kriyolit+%17 Soda külü+%15 Potasyum klorür+%1 Sofra tuzu klorür flaks bileşiminde 1.45, yine 1100°C sıcaklıkta en düşük dağılım katsayısı ise 0.67 ile %25 Kriyolit+%35 Kalsiyum klorür+%30 Boraks+%10 Sofra tuzu flaks bileşimine aittir. Çeşitli flakslar altında yapılan ergitme deneylerinde ulaşılan en optimal sonuç %50 Soda külü+%30 Kalsine boraks+%20 Cam tozu flaks kombinasyonu ile 1100°C'de yapılan ergitmedir. Bu deneyde %97.4 alaşım kurtarma randımanı (pratikte %90-93) 5.06 bakır dağılım katsayısı, 0.84 çinko dağılım katsayısı, 5.06 kurşun dağılım katsayısı ve 1.31 demir dağılım katsayısı elde edilmektedir. Cüruf ağırlığı 3g civarında olup üretilen alaşım %61.9 bakır, %33.3 çinko, %3.5 kurşun ve %0.38 demir içeriği ile Ms58 alaşım standardına uygunluk göstermektedir.

In this study, the effects of adding casting powders (fluxes) into the melted DIN 17660 quality CuZn39Pb3 brass alloy, have been investigated as using a laboratory type induction furnace. Firstly, the flux compositions have been investigated by using literatures and with this aim, in the experimental studies that were been made, melting have been made using single and multiple component fluxes. At the result of these melting, the weights of alloys and slags, which belong to the used flux components, have been determined. Besides, the existing copper, zinc, lead and iron percentage amounts in the alloys and slags, and also metal distribution coefficients have been determined. After having all numerical data, the graphics of the relation between metal distribution coefficient and temperature have been drawn. At the end of all these pyrometallurgical experiments it can be summarised as follows: In the arranging of brass alloys, while the melting temperature rises up, the amount of slags goes down while the amount of alloy goes up. The convenient melting temperatures of brass alloys under flux are 1050-1 100°C. During the pyrometallurgical production of brass alloy; the fluxes that are single or multiple compounds can be used. Among the single component fluxes, it has been reached to the best result as using calcium fluoride. In the experiments using calcium fluoride, the efficiency of the most getting amount of alloy in melting is %94. In the melting with single component fluxes, copper distribution coefficients has been increasing with the rising experiment temperature in notral and basic type fluxes, besides in acidic type fluxes, has been decreasing with the rising experiment temperature. When copper is considered, the most efficient flux is borax. The copper distribution coefficient for borax at 1050°C is 5.54. During the pyrometallurgical production of brass alloys by using single component fluxes, it has been seen that the zinc distribution coefficients haven't been changed with the temperature. In these experiments, the zinc distribution coefficients have been changed between 0.95-1. 10. In single component fluxes, the behaviour of lead distribution coefficient is similar with copper. In notral and basic fluxes the lead distribution coefficients have been increasing with the rising temperature, besides in acidic fluxes they have been increasing with rising temperature. The highest lead distribution coefficient is 4.68 at 1000°C by using sodium carbonate as single component flux. In single component fluxes, iron distribution coefficient is also similar with copper and lead. In notral and basic fluxes, the iron distribution coefficients have been increasing with the rising temperature, besides in acidic and oxidised fluxes they have been decreasing with the rising temperature. At over the 1000°C that are the most convenient temperature, the highest iron distribution coefficient is 1.79 by using sodium carbonate. The least iron distribution coefficient is 0.55 by using waterless sodium per borate. XIV In alloying and arranging of CuZn39Pb3 alloy under melting single component fluxes it has been reached to the best result gaining 243g alloy by using the flux which is %50 Sodium carbonate+%30 Calcined borax+%20 Glass powder. Alloy gaining efficiency is %97.2. At melting under using multiple fluxes, general characteristic of copper distribution is, rising with the temperature. The meaning of this, copper wants to take part in melt phase instead of slag phase. The highest copper distribution coefficient at 1100°C is 5.06 by using the flux %50 Sodium carbonate+%30 Calcined borax+%20 Glass powder. At melting using multiple component fluxes, the zinc distribution coefficients have been decreasing with rising temperature so; zinc mostly takes part in slag phase. The least zinc distribution coefficient at 1100°C is between 0.6-0.7. Again at melting under using multiple component fluxes, the lead distribution coefficients have been increasing with the rising temperatures so; lead takes part mostly in liquid alloy phase. The highest lead distribution coefficient at 1100°C is 5.5 for the flux compound, which is %25 Kriolite+%35 Calcium floride+%30 Borax+%10 Sodium chloride. The distribution behaviour of iron is similar for multiple component fluxes. For acidic fluxes which consist of mostly borax, glass powder and sodium fluoride, the iron distribution coefficients have been increasing with the rising temperature. So iron wants to take part in melt alloy phase. For the other flux compounds, iron distribution coefficients have been decreasing with the rising temperature and iron wants to take part in slag phase. The highest iron distribution coefficient at 1100°C is 1.45 by using the flux consisting of %53 Borax+%14 Kriolite+%17 Sodium carbonate+%15 Potassium chloride+%1 Sodium chloride. The least iron distribution coefficient at 1100°C is 0.67 by using the flux consisting of %25 Kriolite+%35 Calcium floride+%30 Borax+%10 Sodium chloride. At melting experiments under various fluxes, it has been reached to the most convenient result at 1100°C by using the flux compound that is %50 Sodium carbonate+%30 Calcined borax+%20 Glass powder. At this experiment, the alloy keeping efficiency is %97.4 (practically %90-93). It has been seen that the distribution coefficients; for copper 5.06, zinc 0.84, lead 5.06 and iron 1.31 at 1 100°C. The slag weight is approximately 3g and the alloy that is occurred, consists of %61.9 Cu, %33.3 Zn, %3.5 Pb and %0.38 Fe which is convenient for the production of CuZn39Pb3 brass alloy.