Флюс для электрошлакового переплава

 

(19)SU(11)534097(13)A1(51)  МПК ⁵    _C21C5/54(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 07.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ФЛЮС ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано на металлургических и машиностроительных предприятиях, имеющих установки электрошлакового переплава (ЭШП). Известен флюс для электрошлакового переплава, содержащий не менее 85% CaF₂, не более 8% Al₂O₃, не более 8% CaO, не более 1% SiO₂. Применение данного флюса для электрошлакового переплаа вследствие пониженного содержания окиси алюминия сопряжено со значительным снижением скорости плавления расходуемых электродов и уменьшением производительности процесса ЭШП. При использовании данного флюса для ЭШП, например, быстрорежущей стали, невозможно осуществить микролегирование титаном, что необходимо для уменьшения карбидной неоднородности в крупных кованых профилях 175-195 мм. Известен флюс для электрошлакового переплава сталей и сплавов, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. % : Al₂O₃ 21-30 CaO 16-20 TiO₂ 21-34 CaF₂ Остальное При использовании флюса данного состава, взятого за прототип, для электрошлакового переплава, например, быстрорежущих сталей, достигается высокая скорость наплавления слитка, что приводит к образованию внутренних термических напряжений в слитке. В процессе последующей деформации эти напряжения могут привести к образованию дефектов, обнаруживаемых при ультразвуковом контроле. Высокое содержание TiO₂ в рассматриваемом флюсе приводит к чрезмерному восстановлению титана, что недопустимо для быстрорежущей стали. С целью достижения оптимальной скорости наплавления слитков быстрорежущих сталей, получения тонкой структуры карбидной фазы в переплавленных быстрорежущих сталях, устранения дефектов в деформированном металле, обнаруживаемых при ультразвуковом контроле, предложен флюс для электрошлакового переплава, содержащий окись алюминия, окись кальция, двуокись титана, фтористый кальций, которые взяты в следующем соотношении, мас. % : Окись алюминия 5-19 Окись кальция 1-15 Двуокись титана 0,5-5 Фтористый кальций Остальное
Введение в состав флюса окиси алюминия в количестве 5-19% обеспечивает достижение оптимальной скорости наплавления слитка, позволяющей избежать образования термических напряжений и получить тонкую структуру карбидной фазы. Введение в состав флюса окиси кальция в количестве 1-15% способствует формированию бездефектной поверхности слитков быстрорежущей стали в процессе ЭШП. Введение в состав флюса двуокиси титана в количестве 0,5-5% обеспечивает микролегирование стали титаном на 0,005-0,03% , что способствует диспергированию карбидной фазы в переплавленном металле. Тонкая структура карбидной фазы способствует повышению пластичности металла при деформации и устраняет его отбраковку по дефектам, обнаруживаемым при ультразвуковом контроле. Введение в состав флюса фтористого кальция в количестве 50-90% обеспечивает оптимальную скорость наплавления слитка и формирование его бездефектной поверхности. При содержании окиси алюминия менее 5% чрезмерно повышается длительность наплавления слитка, снижается производительность процесса ЭШП. Возрастание концентрации Al₂O₃ свыше 19% , например, приведет к чрезмерному повышению скорости переплава по отношению к ее оптимальному уровню, что будет способствовать ухудшению качества быстрорежущей стали. Введение окиси кальция в предложенный флюс в количестве менее 1% не обеспечит формирование бездефектной поверхности слитков. Повышение концентрации CaO свыше 15% будет способствовать значительному снижению вязкости флюса при температурах ЭШП, что, в свою очередь, вызовет образование дефектов на поверхности слитков в виде заливов металла между слоем гарнисажа и стенкой кристаллизатора. Введение в состав флюса двуокиси титана в количестве менее 0,5% не обеспечит возможности микролегирования стали, а введение TiO₂ свыше 5% будет способствовать чрезмерному восстановлению титана и загрязнению стали нитридными включениями. При содержании фтористого кальция в шлаке менее 50% не будет достигнута требуемая скорость наплавления слитков быстрорежущей стали, а также не будет обеспечено формирование бездефектной поверхности слитков. Повышение концентрации CaF₂ сверх 90% будет способствовать значительному снижению скорости наплавления слитков, уменьшению производительности процесса ЭШП. Кроме того, во флюсах системы CaF₂-Al₂O₃-TiO₂-CaO чрезмерное возрастание содержания фтористого кальция уменьшает поверхностное натяжение шлака, что способствует ухудшению качества поверхности слитков. В исходном состоянии ингредиенты флюса могут представлять собой порошкообразные материалы - технический глинозем по ГОСТу 6912-64, флюоритовый концентрат по ГОСТу 7618-70, двуокись титана, - в смеси с мелкодробленной свежеобожженной известью фракции не крупнее 10-50 мм. Флюс может применяться для ЭШП после предварительного сплавления всех ингредиентов, например, в тигельном ковше, или непосредственно в кристаллизаторе с грануляцией в жидком состоянии струей газа или с дроблением до фракции 5-50 мм после охлаждения. Процесс электрошлакового переплава, например, быстрорежущей стали с применением предлагаемого флюса проводят следующим образом. В охлаждаемом кристаллизаторе одним из известных способов наводят жидкую шлаковую ванну, состоящую из 5-19% Al₂O₃, 1-15% CaO, 0,5-5% TiO₂, 50-90% CaF₂, например, путем расплавления в кристаллизаторе исходной шлакообразующей смеси нерасходуемым графитированным электродом. В качестве шлакообразующих компонентов используют технический глинозем, свежеобожженную известь, техническую двуокись титана, флюоритовый концентрат. После необходимого нагрева шлаковой ванны начинается процесс ЭШП расходуемого электрода быстрорежущей стали. Применение предлагаемого флюса обеспечивает устойчивость электрического режима переплава при оптимальной (200-250 кг/ч) скорости наплавления слитков быстрорежущей стали. П р и м е р. В кристаллизаторе диаметром 420 мм переплавляют литые расходуемые электроды диаметром 300 мм быстрорежущей стали Р6М5 под флюсом следующего химического состава: Al₂O₃ - 10,5% ; CaO - 5,7% ; TiO₂ - 2,5% ; CaF₂ - 78,5% ; SiO₂ - 2,0% ; FeO - 0,7% . Литые расходуемые электроды переплавляют без обдирки боковой поверхности, с частично удаленной прибылью. В течение переплава флюс раскисляют алюминиевым порошком в количестве 0,5 кг/т металла. Процесс ЭШП с применением флюса предложенного состава протекает устойчиво без нарушений стабильности электрического режима. Химический состав флюса после наплавления слитка стали Р6М5-Ш: Al₂O₃ - 12,7% ; CaO - 7,0% ; TiO₂ - 2,0% ; CaF₂ - 76,0% ; SiO₂ - 1,3% ; FeO - 0,5% . В процессе переплава проведено микролегирование стали Р6М5-Ш титаном до 0,007-0,01% . Продолжительность наплавления слитков массой 1 т стали Р6М5-Ш при использовании флюса предложенного состава в среднем - 200-250 кг/ч. Исследование качества кованой заготовки диаметром 175-195 мм стали Р6М5-Ш, переплавленной под флюсом предложенного состава, подтверждает эффективность выбранных пределов содержания компонентов. Карбидная неоднородность в опытных плавках не превышает 6 баллов, в то время как при ЭШП под флюсом АНФ-6 карбидная неоднородность в кованой заготовке достигает 7-9 баллов. Применение флюса предложенного состава обеспечивает полное отсутствие дефектов в готовом сорте, обнаруживаемых при ультразвуковом контроле. (56) Медовар Б. И. и др. Электрошлаковый переплав. М. , 1963, с. 57-58.

Формула изобретения

ФЛЮС ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА, содержащий окись алюминия, окись кальция, двуокись титана, фтористый кальций, отличающийся тем, что, с целью достижения оптимальной скорости направления слитков быстрорежущих сталей, получения тонкой структуры карбидной фазы в переплавленных быстрорежущих сталях, устранения дефектов в деформированном металле, обнаруживаемых при ультразвуковом контроле, компоненты взяты в следующем соотношении, мас. % :
Окись алюминия 5 - 19
окись кальция 1 - 15
Двуокись титана 0,5 - 5
Фтористый кальций Остальное