[1]Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при переплавах медных сплавов для выплавки крупногабаритных слитков с целью последующего изготовления кристаллизаторов и других крупногабаритных изделий.
[2]В настоящее время одной из распространенных технологий переплава отработавших ресурс деталей металлургического оборудования, в частности расходуемого электрода из меди, является электрошлаковый переплав, обеспечивающий рафинирование металла от неметаллических включений и получение качественного слитка с максимальным выходом годного. Эффективность электрошлакового переплава в большей степени зависит от свойств используемого флюса, определяемых его составом. На сегодняшний день разработано большое количество флюсов на базе фторида кальция. Эти флюсы характеризуются высокой рафинирующей способностью и обладают комплексом физических и физико-химических свойств, обеспечивающих устойчивый режим переплава. Однако переплав в изложницы больших диаметров представляет собой достаточно сложную технологическую проблему, поскольку при увеличении диаметра слитка температура шлаковой ванны около стенок кристаллизатора ниже, чем в центре, и, в результате разницы температур плавления меди и флюса, на поверхности слитка образуются дефекты. Это существенно снижает качество слитка и требует дополнительной обработки заготовок. Поэтому правильный выбор состава флюса является важнейшим фактором для обеспечения стабильности процесса переплава и рафинирования металла при переплавах крупнотоннажных электродов из меди в изложницы больших диаметров.
[3]Известен флюс для электрошлакового переплава металлов, содержащий криолит, фтористый кальций, фтористый натрий и окись алюминия при следующем соотношении компонентов, масс. %:
[5]Фтористый натрий 10-22
[7]Фтористый кальций - остальное
[8](см. а.с. СССР №558540, кл. С22В 9/18).
[9]Недостатком известного флюса является то, что в процессе переплава в результате реакции криолита с кислородом металла происходит накопление оксида алюминия во флюсе и увеличение его вязкости, что снижает рафинирующие свойства.
[10]Известен флюс для электрошлакового переплава, компоненты которого взяты в следующем соотношении, масс. %:
[11]фторид кальция - 30-50
[12]оксид кальция - 12-18
[13]оксид алюминия - 12-18
[19](см. а.с. СССР №1765191, кл. С21С 5/54).
[20]Флюс такого состава обладает хорошей рафинирующей способностью, но из-за относительно высокой температуры плавления он не может использоваться при переплавах меди и медных сплавов.
[21]Наиболее близким по технической сущности к заявляемому флюсу, является флюс для электрошлакового переплава металлов, содержащий криолит, фтористый кальций, фтористый натрий при следующем соотношении компонентов, масс. %:
[23]Фтористый натрий 20-5
[24]Фтористый кальций - остальное
[25](см. А.С. СССР №403757, С22В 9/18) - прототип.
[26]Недостатком прототипа является низкое качество слитка, получаемого электрошлаковым переплавом отходов меди и ее сплавов в изложницы больших диаметров, из-за повышенного содержания неметаллических включений в донной части слитка, что приводит к увеличению обрези слитка и снижению выхода годного.
[27]Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка состава флюса, позволяющего улучшить качество слитков из медных сплавов при увеличении выхода годного.
[28]Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении изобретения, являются снижение содержания примесей в выплавляемом слитке, ограничение зашлакованности поверхности слитка, а также упрощение отделения шлаковой шапки и корки с поверхности слитка.
[29]Указанный технический результат достигается тем, что флюс для получения крупногабаритных слитков из медных сплавов электрошлаковым переплавом содержащий фторид кальция и криолит, согласно изобретению дополнительно содержит оксид магния и оксид кремния при следующем содержании компонентов, масс. %:
[33]Фторид кальция - остальное.
[34]Основным технологическим компонентом флюса, обеспечивающим оптимальный электрический режим процесса переплава, является фтористый кальций. Так как температура плавления фтористого кальция составляет 1400°С, а температура меди составляет 1083°С, введение в состав криолита в заявленных пределах позволяет снизить температуру плавления флюса ниже температуры плавления меди примерно на 100°С, что облегчает разведение ванны при старте на твердом флюсе и позволяет избежать зашлакованности металла в нижней части слитка. Содержание криолита менее 20% увеличивает вязкость флюса, в результате чего на поверхности слитка образуются гофры, шлаковины, а в переплавляемом металле сохраняется значительное количество неметаллических включений. Содержание криолита более 30% нецелесообразно, так как он обладает очень высокой раскислительной способностью по схеме 2NaAlF3+3МеО=6NaF+Аl2O3+3Ме. Происходит активное накопление оксида алюминия во флюсе, который повышает вязкость флюса и затрудняет удаление неметаллических включений.
[35]Основа флюса - фтористый кальций - обладает невысокими значениями поверхностного натяжения. Введение в состав флюса оксида магния в количестве 10-15% повышает межфазное натяжение на границе шлак-металл. При содержании оксида магния менее 10% наблюдаются вплавления шлака в поверхность при переплаве слитков большого сечения, что ведет к снижению выхода годного при механической обработке слитка. Увеличение заявленного диапазона создает неустойчивый режим переплава из-за повышения температуры плавления флюса, вызывающего дефекты слитка, а также приводит к повышенному содержанию магния в металле слитка, что в дальнейшем негативно влияет на характеристики его электропроводности.
[36]Содержание оксида кремния в составе флюса в заявленных пределах 5-10% позволяет медленно повышать вязкость флюса при охлаждении, что способствует легкому отделению шлаковой шапки и шлаковой корки с поверхности слитка после охлаждения. Введение оксида кремния менее 5% приводит к увеличению электропроводности расплава, что затрудняет проведение процесса электрошлакового переплава и ухудшает качество поверхности слитка. Введение в состав флюса оксида кремния более 10% ведет к накоплению кремния в слитке, что приводит к несоответствиям тепло- и электропроводности выплавляемого металла.
[37]Для обоснования преимущества заявляемого флюса были проведены опытные плавки медных слитков из 100% отходов бронзы марки БрХ08Т и меди по схеме: индукционный переплав (заливка электрода) + электрошлаковый переплав электрода. Переплавляли электрод диаметром 650 мм в изложницу диаметром 770 мм. Составы заявляемого флюса приведены в таблице 1. Переплав осуществляли при напряжении 35-38 В и величине тока 25 А. Слитки выплавляли массой свыше 4 тонн. В процессе электрошлакового переплава контролировали устойчивость процесса и скорость переплава. С использованием заявляемого флюса сократилось общее время плавки, зашлакованность донной части слитка, подлежащая удалению, в среднем составляет 80 мм, шлаковая шапка и шлаковая корка без усилий отделяются от слитка, что снижает физические затраты плавильщика на чистку слитка. Благодаря улучшению качества поверхности слитков выход годного на слитках после механической обработки в среднем увеличился на 2,5%. Из полученных слитков с использованием обработки давлением изготовлен крупногабаритный плавильно-литейный инструмент.
[38]Эффективность воздействия флюса на содержания примесей оценивали по результатам химического анализа состава слитков, отлитых с применением заявляемого флюса, приведены в таблице 2.
[39]
[40]
[41]Как следует из представленных в таблице 2 результатов, использование заявляемого флюса способствует повышению чистоты сплава в части содержания примесей.
[42]Таким образом, применение предлагаемого состава флюса способствует получению крупногабаритных слитков с высоким качеством поверхности, при этом за счет снижения общей зашлакованности поверхности слитка увеличивается выход годного при механической обработке слитков для дальнейшей деформации.
