Состав для защиты расплавленных медных сплавов от окисления Советский патент 1985 года по МПК C22C1/06 

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 повьпиению качества получаемых слитков, обеспечению поверхности бе литейных дефектов. Следовательно, необходимо создать состав галакообразующей смеси, ко-торый обладал бы более высоко вязкостью при 1100-1200С, имел бы несколько меньшее поверхностное натяжение, чем известные составы и обеспечивал получение слитков с поверхностью без литейных дефектов. В качестве компонентов состав.а пшакообразующей смеси используют карбонат натрия (Na,CO) и борную кисаоту (HjBO 3). Борную кислоту и карбонат натрия тщательно перемешивают в смесителе в течение 1,5-2,0 ч Далее смесь просушивают в сушильном шкафу при 250-300с, при этом теряется конституционная влага. При засыпке порошкообразной шлакообразу ющей смеси на поверхность расплава в кристаллизаторе происходит полное обезвоживание смеси, получаются аморфные вещества, которые при претерпевают экзотермическзпо боратную перегруппировку Naj,COj + 4B20з - AB-jOg + + С02 t -, или «( . Ма2.СОз + 8НзВО Na,0 - + + 12Н20 + . При пересчете на оксиды смесь состо ит из оксида натрия и оксида бора, причем ингредиенты находятся в следующем соотношении, мас.%: Оксид натрия 15-20 Оксид бора80-84 Температура разливки сплавов и температура плавления смеси опред ляет степень перегрева последней на температурой ликвидуса, а значит ее свойства (вязкость и поверхностное натяжение). Известно, что с ростом содержани в расплаве до 43,75 мас.% вязкость понижается особенно в области низких температур, при этом энергия активации вязкого течения изменяется от 132 до 108 кДж/моль, дальнейш повьшгение содержания слабо вли ет на снижение вязкости. Такое влияние можно объяснить по-видимому, тем, что добавки борного ангидрида не приводят к изменению координационного числа бора. В то же самое время с введением BjOj растет доля ковалентных связей В-0, 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 содержания оксида бора в шлакообразующей смеси свьше 84 мас.% и снижение его содержания ниже 80 мас.% приводит к резкому снижению температуры ее плавления. Так, при содержании в шлакообразующей смеси 76 мас.% оксида бора и 24 мас.% оксида натрия температура ее плавления , при такой же температуре плавится смесь, содержащая 87 мас.% 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 ц-с которое определяет радиус мениска расплава в кристаллизаторе и формирование наружных слоев слитка, свободных от литейных дефектов типа засоров, заворотов, несли- тин и др. Уменьшение содержания оксида бора в смеси от 78 мас.% и далее вызывает увеличение бд до 0,150 Н/м более. Известно, что оптимальный радиус г (м) мениска получается при равенстве силы, действующей на едини1цу длины периметра мениска, и металлостатического давления. Повьш1ение межфазного натяжения приводит к увеличению радиуса мениска, при этом увеличивается металло- статическое 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 засоров и неслитин. Введение борной кислоты в карбо нат 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 об разования поверхностных дефектов в слитках. П р и м е р. В промышленных условиях отлиты слитки диаметром 220 мм из латуней Л68, Л63, ЛС 59и Л070-1 полунепрерывным способом. В качестве защитного покрытия прим вяли составы, состоящие из смеси следующих ингредиентов в соотношении , мае.%: Карбонат натрия 17 Карбонат натрия 18 Карбонат натрия 19 Борная кислота 83 Борная кислота 82 Борная кислота 81 Все слитки имели хорошую поверх ность без засоров и трещин. Для ме таллографических исследований бьиш отрезаны темплеты от всех слитков. Изучены свойства предлагаемого состава и составов с более высокими содержаниями ингредиентов, выпо нен анализ слитков с их применение и отработаны технологические параметры литья. 1 1 За базовый объект принят способ с применением сажи в качестве покрова расплава в кристаллизаторе. Следует отметить Высокую канцерогенкость сажи и плохие экологические условия труда при применении ее в ка честве покрова при производстве слит ков из медных сплавов. Для сравнения эффективности использования предлагаемого состава для защиты поверхнос ти расплава в кристаллизаторе слитки отливали под сажей и предлагаемой шлакообразующей смесью на двухручьевой установке при одинаковых прочих технологических параметрах (температура сплава, скорость литья, темпе ратура и расход воды в кристаллизаторе) .

Край слитка

Середина слитка

0,0000445

0,6000410

0,0000485

0,0000585

0,0000716

0,0000430

0,0000815

0,0000870 В таблице приведены составы шлакообразующих смесей и их свойства (6 - 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. Испытания шлакообразующих смесей с запредельным соотношением ингредиентов показали, что высокая жидкоподвижность смесей при данных температурах разливки медных сплавов (1100-1200°С) не позволяет предохранить расплав от взаимодействия с атмосферой воздуха, содержание кис лорода в сплаве составляло 0,01%, на поверхности слитка имелись трещины, 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 из слитков отбирались из центра и в 5 мм от края слитка по поперечному сечению. Данные по содержанию водорода (мас.%) представлены ниже. Визуальный осмотр поверхности слитков показал, что при отливке слитков под предлагаемой шлакообразующей смесью отсутствовали завороты, неслитины, трещины и другие поверхностные литейные дефекты. Для приготовления шлакообразующей т 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 натяже511672266

ние) позволяющие отливать слитки с Карбонат натрия 17-19 минимальной газонасыщенностью и по- Борная кислота 81-83 верхиостью без литейных дефектов, по- или при пересчете на оксиды; лучаются при следующем соотношении Оксид натрия 15-20 ингредиентов, мас.%,5 Оксид бора80-84

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