Флюс для непрерывного литья кадмиевой бронзы Советский патент 1983 года по МПК B22D27/06 

со о ш сд Изобретение относится к металлу гии, в частности к разработке покровного флюса для непрерывного ли тья слитков и плавки меди и ее спл вов, например кадмиевой бронзы. Известно покрытие для непрерывного литья медных сплавов расплаво обезвоженной буры 1. Использование обезвоженной буры не может быть рекомендовано при плавке и литье меди и медных малолегированных сплавов, так как плен ка обезвоженной буры не удерживает на поверхности мениска металла кри сталлизатора в связи с существенно отличным характером затвердевания этих сплавов по сравнению с высоко 1ХИНКОВЫМИ латунями. Известен флюс для непрерывной р ливки стали, включающий криолит, кр незем, окись бора, цемент, углег род 2. Однако данный флюс является непр годным для непрерывного литья медных сплавов из-за возможного насыщения расплава серой, кроме того, он не обеспечивает удовлетворитель ного качества поверхности слитка. Известен также ряд флюсовых покрытий, содержащий буру, криолит, силикат натрия 3 , соду, криолит., хлористый натрий 4 , предназначенных для выплавки медных .сплавов Однако эти покрытия не отвечают требованиям, предъявляемым.к флюсам, в связи с неудовлетворительной кроющей способностью этих составов медных малолегированных сплавов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является флюс для литья сплавов на медной основе, включающий окись натрия, кремнезем и борный ангидрид 15 , Однако использование известного способа при непрерывном литье надмиевой бронзы не обеспечивает получения качествейной поверхности слит ков., так как не обеспечивается смаз ка трущихся поверхностей затвердевшего слитка и кристаллизатора в зоне сформировавшейся твердой короч ки, а также образуются разрывы флюсового покрова на поверхности менис ка металла. Это ведет к увеличению токсичных вьаделений окиси кадашя и к увеличению безвозвратных потерь металла,Целью изобретения является повышение качесфва поверхности слитков, снижение безвозвратных потерь металла и токсичных выделений ониси кадмия,Поставленная цель достигается тем, что флюс для непрерывного литья кадмиевой бронзы, включающий окись натрия, кремнезем и окись бора, дополнительно содержит крио.-. лит и углеродсодержащий материал при следующем содержании ингредиентов, вес,%; Окись натрия 30-35 Кремнезем10-15 Криолит10-20 Углеродсодержащий материал 1-5 Окись бораОстальное В качестве углеродсодержащего материала флюс может содержать древесный уголь или порошок прокаленного древесного угля. Предлагаемый флюс обеспечивает хорошее смачивание между углеродом и расплавом остальных компонентов в области температур работы покрова ( . Благодаря такому свойству покрытия углерод легко проникает в зону формирования поверхности слитка по зоне жидкого контакта расплавленного металла со стенкой кристаллизатора,и, уменьшая коэффиг -. , циент трения между трущимися поверхностями, обеспечивает получение качественной поверхности слитков (без трещин и надрывов). Присутствие во флюсе углерода (смачиваемой основы) делает флюс двухфазным, что определяет удовлетворительную кроющую способность сфлюса, Экзотермический характер взаимодействия углерода флюса с кислородом воздуха приводит к разогреву флюсного покрова сверху, при этом значение удельного расхода флюса (кг/см) возрастает без потери технологичности. Это также приводит к улучше.нию кроющей способности флюса и снижению величины выделений окиси кадмия. Присутствующая в составе флюса окись натрия при температурах плавки и литья сплава, вступая в обменную реакцию с углеродом флюса, разлагается до чистого натрия. Пластичный натрий, обладающий большой теплопроводностью, откладываясь на стенках кристаллизатора, служит дополнительной к углероду смазкой трущих- . ся при литье поверхностей, что без ухудшения процесса передачи тепла от слитка к стенкам кристаллизатора также приводит к улучшению состояния поверхности слитка, Одновременное присутствие во флюсе неустойчивого комплексного соединения - криолита и окиси натрия при температурах более позволяет им реагировать между собой с образованием твердофазных продуктов реакции типа окиси алйминия. Это также приводит к улучшению кроющей способности флюса, так как образующаяся двухфазная смесь, где жидкая составляющая сцементирована смачиваемой

твердой основой, хорошо удерживается на поверхности интенсивно пёремешиваэмого металла в лунке кристаллизатора. .

Введение в состав флюса криолита делает данный состав универсальным, так как инрртность криолита по отношению к шамотной футеровке шахты печи препятствует растворению окиси кремния футеровки в расплаве окис натрия - окись бора, и данный состав может быть использован в качестве покровного флюса в печи и разливочной коробке при плавке кадмиевой бронзы. Наличие углерода улучшает кроющую способность флюса,при выплавке сплава в индукционных канальных печах, приводит к увеличению вязкости композиции и стойкости шамотной футеровки, аналогично проявляется и экзотермический характер взаимодействия углерода флюса с кис.лородом воздуха. Все это также приводит к снижению величины выделенной окиси кадмия, уменьшению безвозвратных потерь металла на угар и шлак, улучшению санитарно-гигиенических условий работы цеха гФлюс приготавливается следующим образом.

Борный ангидрид (B jJrOC T 1006875 смешивают в определенной пропорции с окисью натрия (, полученной высокотемпературным разложением едкого натра МаОН ГОСТ 4328-77 окисью

0 -кремния (SiOi)rOCT 9428-73 Сразмоло:тый кварц) и переплавленным и раз- молотым техническим криолитом ГОСТ 10561-73 в шаровой мелзЕ нице в течение 0,5 ч до получения однород5ного состава, Углеродсодержащую добавку в виде древесного угля ГОСТ 7657-74 либо порошка прокаленного древесного угля ГОСТ 7657-74 добавляют к полученной смеси непо;средственно перед подачей флюса на

0 мениск расплава, .

В табл, 1-3 приведены технологические и физико-механические характеристики предлагаемого флюса,

Таблица

1. ФЛЮС ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ КАДМИЕВОЙ БРОНЗЫ, Включающий окись натрия, кремнезем и окись брра, отличающийся тем, что с целью повышения качества поверхности слитков, снижения безвозвратных потерь металла и токсичных выделений окиси кадмия, флюс дополнительно содержит криолит и углеродсодержащий материал при следующем соотнесении ингредиентов, вес.%: Окись натрия30-35 Кремнезем10-15 Криолит10-20 Углеродсодержащий .материал1-5 Окись бора Остальное 2.Флюс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углесл род содержаще го материала он содержит древесный уголь, 3.Флюс по п. 1, отличающ И и с я тем, что в качестве углеродсодержащего материала он содержит порошок прокаленного древесного угля.

Кремнезем

Окись натрия Криолит

евесный уголь

100

Отношение начальной и конечной концентра- 1,05 1,05 1,60 ций Ср/С, вес,% 0,65 0,55 1,40

10

50

15

13

30

32

10

15

1 49

25

35

37

6

Та б ли Ц а 2

1,20

1,60 1,50 1,10 Константа массо1,9.10- 3,3-10-4переноса об,см/с

Количество окиси кадмия, выделяющейся в атмосферу цеха с поверхности металла в единицу времени, г/с

Суммарная длина дефектов , приходдщаяся на единицу поверхности слитка, vsM мм

Средняя глубина дефектов поверх-: ности, определенная с помощью игольчатого щупа, мм

Для поиска оптимального состава флюса сравнительные исследования угара кадмия из расплава под различными покровами были проведены по изменению концентрации кадмия в пробах отобранных от расплава до и после часовой выдержки в алундовом тигле Л Со/с).

Интенсивность угара характеризовалась константой массопереносао6(см/с

Вес навески 220 г, поверхность мениска металла- в тигле 13,8 см, время выдержки 1 ч, толщина угольного покрова 3 см, толщина флюсового покрова и покрова сажи 0,5 см, Приве денные значения Со/с - средние по серии экспериментов.

На основании полученных данных рассчитывалась интенсивность вьаделений кадмия от поверхности металла, В расчетах принималась во внимание общая поверхность выделений 5пов 0,95 кристаллизатора 0 200 мм и печь с разливочной коробкой), а также то, что 1./5 часть общего потока окиси Ксщмия попадает в атмосфеПродолжение табл. 2

0,0670,0330,0330,033

Таблица 3

0,250

0,0530,090

0,069

1,50

1,50 2,00

4,00

ру .цеха. Выделения окиси кадмия находились в соответствии р мольными долями по реакции 2 Cd f 02. 2CdO,

Смачиваемость графитовой подкладки расплавом флюса проводилась по визуальному определению краевых углов смачивания, В результате исследований установлено, что смачиваемость графита флюсами составов 4-6 значительно превосходит аналогичный параметр для флюса состава 3, Краевой угол смачивания увеличивается примерно в 4 раза.

Таким образом, как следует из табл, 2 и 3, наилучшими технологическими свойствами при непрерывном литье кадмиевой бронзы обладает флюс состава 5,

Введение компонентов флюса ниже нижних пределов увеличивает испарение кадмия, а выше верхних пределов ухудшает качество поверхности слитка

Использование изобретения позволяет получать слитки кадмиевой бронзы без внутренних дефектов с измельченной макроструктурой и качественным 0,71ЛО 0,35.,35- ,35-Ю состоянием поверхности, обеспечить безопасную работу обслуживающего персонала на установке при плавке и лктг. тье означенного сплава, а также уменьшить безвозвратные потери металла на . угар, и в шлак в 1,5-2 раза при одновременном .использований флюса как покрова метешла в кристаллизаторе, печи и В разливочной коробке. технико-экономический эффект от внедрения флюса складывается из сни жения безвозвратных потерь металла на угар и в шлак и экономии на строительстве специальных воздухоочистмь ных сооружений., Ожидаемый экономический эффект от внедрения данного изобретения составит 11 руб. на тонну годной продукции