The mechanism of liquid copper deoxidation during argon blowing

Mecanismo de desoxidación del cobre líquido durante el soplado con argón

Utilizando el método de soplado con argón (con un contenido especificado de oxígeno), se ha considerado la posibilidad de desoxidación del cobre basándose en datos termodinámicos específicos. A pesar de que el oxígeno supera su contenido de equilibrio en el argón, se ha observado experimentalmente una desoxidación significativa del cobre durante el soplado. La explicación de este fenómeno puede ser la reacción del oxígeno con el material del crisol. En el presente estudio se utilizaron crisoles de grafito y Al₂O₃. El efecto de agitación de las burbujas gaseosas favorece el paso de los sustratos a la zona de reacción y la eliminación de los productos de la misma.

INTRODUCCIÓN

La disolución de gases en metales líquidos es un aspecto negativo de los procesos metalúrgicos. Por ejemplo, el oxígeno o el hidrógeno, cuando se disuelven en metal líquido, provocan la creación de burbujas en los lingotes en solidificación y, como consecuencia, conducen a la formación de defectos durante el proceso de laminación. Se emplean una serie de técnicas de desoxidación, una de las cuales es el método de soplado del metal con gas inerte, con mayor frecuencia argón [1, 2].

La relación entre las solubilidades de los gases en los metales líquidos (c_A) y sus presiones parciales sobre el metal (p_A) se describe mediante la ley de Sievert:

​$c_A=k_s\sqrt{p_A}$   (1)

Los gases o pares diatómicos, como H₂, O₂, N₂ o S₂, suelen disociarse cuando se disuelven en metal. En el caso del oxígeno, por ejemplo, se produce la siguiente reacción:

​$\frac{1}{2}{O}_2=[\%O]$   (2)

La constante de equilibrio en esta reacción es el valor de kS de la ecuación de Sievert. La dirección del curso de la reacción se determina aquí por el cambio de su entalpía libre △G. Los valores de △G en procesos de disolución de oxígeno en diversos metales, en función de la temperatura, se enumeran en la Tabla 1. La Tabla 1 contiene también los valores de la constante de equilibrio k_S para las temperaturas respectivas, las presiones de equilibrio correspondientes a estas temperaturas y los valores respectivos del contenido de oxígeno en el metal líquido.

El gas contenido sobre el metal se disuelve en él según la ley de Sievert. La velocidad de este proceso en un baño suave y sin agitación depende de la velocidad de difusión del gas desde la superficie del metal hacia el interior del baño. El proceso de difusión dura mientras se haya alcanzado el equilibrio de oxígeno en la capa metálica y en el interior del baño. Si la presión del gas por encima del metal es inferior a la definida por la condición de equilibrio determinada por la ley de solubilidad, el gas se difundirá desde el metal a la atmósfera por encima de la superficie del metal.En la Tabla 1 se muestra que el oxígeno puede eliminarse muy fácilmente de la plata [5].

Los datos termodinámicos sobre la solubilidad del oxígeno en el cobre (Tabla 1) muestran que la presión de equilibrio del oxígeno sobre el cobre que contiene 0,01% de oxígeno disuelto es igual a 2,63×10^-1 Pa.