Состав для защиты расплавленных медных сплавов от окисления

 

СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАСПЛАВЛЕНШХ МЕДНЫХ СПЛАВОВ ОТ ОКИСЛЕНИЯ, содержащий карбонат натрия, .о т л ичаюцийся тем, что, с цепью улучшения покровных свойств состава, он дополнительно содержит борную кислоту при спедукяцем соотношении ингредиентов, мас.%: Карбонат натрия 17-19 Борная кислота 81-83

СОЮЗ COBETCHHX и

РЕСПУБЛИК (!9) (Il) I ф(И) С 22 С 1 06

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к АВТОсснсссу сссссСсссссъссйу (21) 3604250/22-02 (22) 24.03.83 (46) 15.07.85. Бюл. В 26 (72) P.Ê.Èûñèê, Ю.П.Поручиков, Ю.Л. Буньков н А.Г.Титова (71) Уральский ордена Трудового Крас ного Знамени политехнический инсти-. тут им. С.М.Кирова и Ревдинский завод по обработке цветных металлов (53) 669.714.11(088.8) (56) Мадянов А.М. Суспенэионная разливка. М., 1969, с. 97.

Буров А.В.Литье слитков из меди и медных сплавов. М., "Металлургия", 1978. с. 129.

Юдин В.С.Производство меди и литье сплавов тяжелых цветных металлов ° т. I. М., "Металлургия", 1967, с. 73. (54) (51) СОСТАВ ЛЛЯ ЗАЩИТИ РАСПЛАВJIEHHblX NEAHblX СПЛАВОВ ОТ ОКИСЛКНИЯ, содержащий карбонат натрия, .о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения покровных свойств состава, он дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ж:

Карбонат натрия 17-19

Борная кислота 81-83

167226

35 или toC . йа СОп + 8НзБОэ На О - 4В О +

+ 12Н О + СО

При пересчете на оксиды смесь состо- Ю ит из оксида натрия и оксида бора, \ причем ингредиенты находятся в следующем соотношении, мас.7:

Оксид натрия 15-20

Оксид бора 80-84

Температура разливки сплавов и температура плавления смеси опреде; ляет степень перегрева последней над температурой ликвидуса, а значит ее свойства (вязкость и поверхностное 50 натяжение).

Известно, что с ростом содержания

В Оз в расплаве до 43,75 мас.7 вязкость понижается особенно в области низких температур, при этом энергия 55 активации вязкого течения изменяется от 132 до 108 кДж/моль, дальнейшее повышение содержания В 05 слабо влияров и неслитин.! 1

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено при вторичном переплаве сплавов на медной основе.

Целью изобретения является улучшение покровных свойств состава.

Достижение данной цели приводит к повышению качества получаемых слитков, обеспечению поверхности без литейных дефектов.

Следовательно, необходимо создать состав шлакообразующей смеси, каторый обладал бы более высокой вязкостью при 1100-1200 С, имел бы несколько меньшее поверхностное натяжение, чем известные составы и обеспечивал получение слитков с поверхностью без литейных дефектов.

В качестве компонентов состава шлакообразующей смеси используют карбонат натрия (Na>CO>) и борную кислоту (НзВО З) . Борную кислоту и карбонат натрия тщательно перемешивают в смесителе в течение 1,5-2,0 ч.

Далее смесь просушивают в сушильном шкафу при 250-300 С, при этом теряется конституционная влага. При засыпке порошкообразной шлакообразующей смеси на поверхность расплава в кристаллизаторе происходит полное обезвоживание смеси, получаются аморфные вещества, которые при 650<700 С цретерпевают экзотермическую боратную перегруппировку

На СО + 4В О -. Na20 4В О5+

+ Сог Ф;

30 ет на снижение вязкости. Такое влияние В О э мОжно объяснить по-видимому. тем, что добавки барного ангидрида не приводят к изменению координационного числа бора. В то же самое время с введением В20з растет доля ковалентных связей В-О, что усиливает полимеризацию борокислородных комплексов.

Кроме того, необходимо учитывать, что содержание борного ангидрида определяет при прочих равных условиях температуру плавления смеси и, следовательно, перегрев расплава над линией ликвидуса. Увеличение содержа ния оксида бора в шлакообразующей смеси свьппе 84 мас.7. и снижение его содержания ниже 80 мас.% приводит к резкому снижению температуры ее плавления. Так, при содержании в шлакообразующей смеси 76 мас.Ж оксида бора и 24 мас.7. оксида натрия температура ее плавления 766 С, при .такой же температуре плавится смесь, содержащая 87 мас.7. оксида бора в смеси. При дальнейшем увеличении содержания оксида бора в смеси температура ее плавления резко падает.

При этом возрастает перегрев расплавленной смеси над линией ликвидуса и ее жидкоподвижность.

Вторым важным моментом является межфазное натяжение на границе расплав-смесь &,„»„, которое определяет радиус мениска расплава в кристаллизаторе и формирование наружных слоев слитка, свободных от литейных дефектов типа эасоров, заворотов, неслитин и др.

Уменьшение содержания оксида бора в смеси от 78 мас.Ж и далее вызывает увеличение 6, до 0,150 Н/м,и более. Известно, что оптимальный радиус r (м) мениска получается при равенстве силы, действующей на едини- ,цу длины периметра мениска, и металлостатического давления.

Повьппение межфазного натяжения приводит к увеличению радиуса мениска, при этом увеличивается металлостатическое давление на криволинейную поверхность мениска и вероятность прорыва жидким металлом корочки затвердевшего металла, Жидкий металл, попадая на холодную стенку кристаллизатора, затвердевает и образует литейные дефекты типа засо1167226

В таблице приведены составы шлакообразующих смесей и их свойства (4 — поверхностное натяжение расплавленной смеси, температура плавления смеси), содержание кислорода в сплаве и состояние слитков из лату:ни ЛС 59-1, отлитых на установке полунепрерывного литья с применением указанных составов.

10 Испытания шлакообразующих смесей с запредельным соотношением ингредиентов показали, что высокая жидкоподвижность смесей при данных температурах разливки медных сплавов

15 (1100-1200 С) не позволяет предохранить расплав от взаимодействия с атмосферой воздуха, содержание кис лорода в сплаве составляло > 0,01Х на поверхности слитка имелись трещи2О ны, неслитины, завороты корочки.

Следовательно, шлакообразующая смесь должна обладать таким сочетанием свойств (вязкости, температуры и межфазного натяжения), которое позволило бы формироваться наружному слою слитка без литейных дефектов.

Для определения газонасыщенности сплавов, отлитых с использованием предлагаемого состава, образцы иэ

ЗО слитков отбирались из центра и в

5 мм от края слитка по поперечному сечению. Данные по содержанию водорода (мас.Х) представлены ниже.

Середина слитка

0,0000445

0,0000485

0,0000716

0,0000870

Край слитка

0,6000410

0 0000585

О,0000430

0,0000815

Сплав

ЛО 70-1

JiC 59-1

Л 68

Л 63

За базовый объект принят способ с применением сажи в качестве покрова расплава в кристаллизаторе. Следует отметить высокую канцероген45 ность сажи и плохие экологические условия труда при применении ее в качестве покрова при производстве слитков из медных сплавов. Для сравнения эффективности использования предлагаемого состава для защиты поверхнос50 ти расплава в кристаллизаторе слитки отливали под сажей и предлагаемой шлакообразующей смесью на двухручьевой установке при одинаковых прочих технологических параметрах (температура сплава, скорость литья, температура и расход воды в кристаллизаторе). ты.

Введение борной кислоты в карбонат натрия или оксида бора в оксид натрия снижает поверхностное натяжение расплавленной смеси от 0,295 . до 0,110 Н/м-град. в результате чего уменьшается радиус мениска ме- . талла и уменьшается вероятность образования поверхностных дефектов в слитках.

Пример. В промьппленных условиях отлиты слитки диаметром

220 мм из латуней Л68, Л63, ЛС 59-1 и Л070-1 полунепрерывным способом.

В качестве защитного покрытия применяли составы, состоящие из смеси следующих ингредиентов в соотношении, мас.Х:

Карбонат натрия 17

Карбонат натрия 18

Карбонат натрия 19

Борная кислота 83

Борная кислота 82

Борная кислота 81

Все слитки имели хорошую поверхность без засоров и трещин. Для металлографических исследований быпи отрезаны темплеты от всех слитков.

Изучены свойства предлагаемого состава и составов с более высокими содержаниями ингредиентов, выполнен анализ слитков с их применением и отработаны технологические параметры литья.

Визуальный осмотр поверхности слитков показал, что при отливке слитков под предлагаемой шлакообразующей смесью отсутствовали завороты, неслитины, трещины и другие поверхностные литейные дефекДля приготовления шлакообразующей -. смеси для защитного покрова необходимо компоненты взять в нужном соотношении и перемешать в смесителе в течение 30 мин. Использование смеси . предлагаемого состава позволяет получить экономический эффект до 5 р. на 1 т слитков. Наиболее оптимальные свойства шлака (вязкость, температура плавления, поверхностное натяже1167226

Содержание кислорода,й еС

Н/м- град

Примечание

На<СО» НЕВОЗ мас.й мас.X

0,295 851 0,016

Имеются трещины, неслитины

100

0,01

0,110 820

Поверхность слитка хорошая, без засоров

17

Поверхность слитка хорошая

0,01

О, 110 825

0,110 810

0,01

Поверхность слитка без неслитин и. трещин

19

0,130 750

Поверхность неудовлетворительная

0,018

2t

Поверхность в шлаковых засорах

0,016

О, 150 740

0,02

Имеются трещины

0,140 735

41

Поверхность слитка в поперечных трещинах

0,016

0,200 720

Составитель О.Голыжникова

Техред М..Кузьма Корректор Л.Пилипенко

Редактор Т.Колб ююев4фв

Заказ 4391/28 Тираж 583

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

5 ние), позволяющие отливать слитки с минимальной газонасыщенностью и поверхностью без литейных дефектов, получаются при следующем соотношении ингредиентов, мас.X. S

Карбонат натрия

Борная кислота или при пересчете на

Оксид натрия

Оксид бора

1 7-19

81-83 оксиды, 15-20

80-84