Флюс для обработки металла Советский патент 1979 года по МПК C21C5/54 

(54) ФЛЮС ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА

1

Изобретение относится к области металлургии стали и может быть ис .пользовано при отливке слитков с применением кондукционного электромагнитного перемешивания жидкого и .кристаллизующегося металла под слое флюса.

Возрастающие требования к качеству стальных слитков ответственного назначения обусловливают необходимость применения таких активных средств внешнего силового воздействия на жидкий и кристаллизирующийся металл, как электромагнитная обработка. Поскольку наибольшее количество дефектов металла возникает в процессе его затвердевания, большинство существующих и вновь создаваемых способов обработки направлено именно на эту стадию формирования слитков. В настоящее врем разработано значительное количество электромагнитных способов воздействия, позволяющих организовать в форме разнообразные виды движения металла - электромагнитную конвекцию, способную играть определяющую роль в процессах массо- и теплопереноса.

S

Наибольшее распространение получило электромагнитное воздействие на формируемую отливку или слиток скрещенными электрическим и магнитнУм полями.

Из известных вращателей эффективными являются вращатели кондукционного типа, в которых вращение металла осуществляется за счет электромагнитных сил, возник юожх в результате взаимодействия постоянного магнитного поля соленоида и электрического тока, пропускаемого по жидкой лунке слитка от центрального

6 электрода к кристаллизатору или изложнице. Так как постоянное магнитное поле не экранируется твердой корочкой слитка, КПД и, следовательно, эффективность воздействия кондук- ционных вращателей как правило выше, чем у вращателей индукционного и др. типов.

Преимуществом подвода электрического тока к металлу через жидкость, а именно через слой рафинирующего флюса, является возможность ассимиляции и удержания от обратного попадания в кристаллизующийся слиток всплывающих удаляемых из слит0ка под действием МГД-вращения металла неметаллических, включения и примесей. Однако при применении рафини ющих флюсов нельзя не учитывать то обстоятельство, что на характер движения металлического расплава и флюса огромное влияние оказывает образование под токоподводящим графитовым электродом зоны пониженного давления, .с/1 °6ств,2 гощего; затя гиванию флюса в осевые объемы слитк и загрязнению его шлаковыми включениями, В результате качество осевой зоны слитка получается невысоки и эффективность электромагнитной обработки снижается. Опыт применения электрошлаковых процессов в металлургии показывает, что удовлетворительными явля ются флюсы на основе систем фтористый кальций-известь, фтористый каль ций-глинозем, фтористый кальцийизвесть-глинозем. Компоненты, входящие в состав сварочных флк)сов типа АНФ-6, АНФ-7, АНФ-8 и др., широко распространены как в природных так и синтетических материалах и имеют сравнительно низкую емкость. Рафинирующая способность указанных фторидных флюсов во многом опре деляется наличием в них окиси кальция. Одновременно ввод в состав флю до 40% окиси алюминия позволяет зна чительно сократить расход электроэнергии при электромагнитной обработке металла под слоем флюса. Однако существенным недостатком их яв ляется относительнб высокая вязкост и, главное, повышенный расход токоподводящих графитовых электродов, приводящий к науглероживанию металла. Если повышение вязкости флюса связано с присутствием окиси алюмин то основным источником науглерожива ния металла является карбид кальция Следует отметить, что в указанных системах самой незначительной актив ностью обладают карбиды алюминия и особенно кремния. Установлено, что добавки до 40% двуокиси .кремния во фторидные флюсы на основе окислов кальция и алюминия в .значительной мере расходуются на связывание свободной окис кальция. В результате резкого понижения активности окиси кальция подавляется реакция образования карби да кальция и тем самым предотвращае ся науглероживание металла.Одновременно снижения межфазного натяжения и улучшения смачивания и абсорбции {еметаллических включений флюсом можно .достигнуть вводом в его соста до 12% окислов щелочных металлов (натрия и калия). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению явля ется флюс для электрошлакового пере плава металлов, содержащий,вес.%: окись кальция 11-40 Окись алюминия 10-30 Двуокись кремния 10-14Окись натрия4-8 Фтористый кальций Остальное Недостатками известного флюса являются относительно невысокая в нем скорость растворения включений и повышениая адгезия к металлу, что снижает рафинирующую способность флюса и приводит к его затягиванию в осевые объемы слитка при перемешивании охлажденного жидкогй и кристаллизующегося металла в форме. Наличие окиси алюминия и оки7:и кальция обусловливает образование тyгoплaвкJиx частиц из указанных окислов, приводящих к повышению вяз кости и гетерогенности флюса, что снижает его рафинирующую способность по отношению к таким неметаллическим включениям в металле, как корунд, кварцевое стекло, нитриды и др. Известно, что фторидные рафинируй/цие флюсы, содержащие окислы щелоч-, ных металлов, более .жидкоподвижны р гомогенны. Однако с добавками фтористого кальция и особенно окиси натрия существенно повышается адге-i зия флюса к металлу, вследствие чего повышается степень затягивания, и запутывания шлаковых частиц в перемешиваемом кристаллизирукяцемся металле. Цель изобретения - улучшение рафинирующих свойств флюса и устранение его затягивания в слиток при кондукционном электромагнитном перемешивании металла в форме. Это достигается дополнительным вводом в состав известного флюса, содержащего окись кальция, окись алюминия, двуокись кремния, окислы щелочных металлов и фтористый кальций, закиси марганца при следующем соо1нсшении компонентов, вес.% Окись кальция 20-60 Окись алюминия 10-40 Двуокись кремния 4-40 Закись марганца 5-15 Окислы щелочных металлов2-12 Фтористый кальций 4-40 В качестве примесей флюс предлагаемого состава может содержать . двуокись титана до 2f, окислы железа до 3% и окись магния до 5%. Оптимальные добавки закиси марГанца в состав фторидного ф/поса, содержащего окислы кальция и алюминия, приводят к ,повыиению его основности, они оказывают благоприятное влияние на рафинирующие свойств флюса и уменьшение его адгезии к металлу. Происходит также снижение вязкости флюса и температуры его плавления. Одновременно повышается жидкоподвижность флюса и его реакци онная способность к поглощению и

растворению таких неметаллических включений, как корунд, кварцевое стекло, нитри11ы, и другие соединения поступающие из металла в слой флюса. Указанные обстоятельства в целом а также снижение вязкости и повышение гомогенности флюса под влиянием закиси .марганца в сочетании с высокой способностью фторидных флюсов, содержащих поверхностно активные окислы щелочных металлов, смачивать и абсорбировать неметаллические включения, приводит к возрастанию рафинирующей способности флюса. Немаловажное влияние оказывают добавки поверхностно активной закиси марганца на снижения межфазного натяжения на границе раздела флюс-неметалические включения.

Если включения корунда и кварцевого стекла лишь частично растворяются в флюсе известного состава, ,то дополнительный ввод в него закиси марганца способствует полному их растворению и удержанию в слое флюса. Однако при концентрации закиси марганца менее 5% положительный эффект незначительный. Повышение содержания закиси марганца выше 15% также нецелесообразно, так как это приводит к чрезмерному возрастанию окислительной способности флюса, и, следовательно, к развитию процессов вторичного окисления таких легирующих компонентов стали, как алюминий, цирконий и др.

Устанволено, что флюс предлагаемого состава полностью отвечает всем основным требованиям, предъявляемым к флюсам для электромагнитной обработки жидкой и затвердевающей стал в изложнице. При применении флюса предлагаемого состава обеспечивается высокая стабильность процесса МГДвращения металла в форме, небольшой расход электроэнергии (до 150 кВч на обработку слитка весом 8 т), хорошие защитные сво.йства, предохраняющие металл от насыщения газами и вторичного окисления, одновременно предотвращается науглероживание металла и затягивание шлаковых включе НИИ в слиток. При этом в 6-20 раз в зависимости от высоты слитка и, следовательно, интенсивности вращения металла снижается содержание нитридов алюминия, общее содержание неметаллических включений в слитке, повышается чистота межзеренных границ и др.

Флюс предлагаемого состава получают сгоранием, на зеркале металла экзотермической шлакообразующей смеси следующего состава, вес.%: Сварочный флюс АЙФ-620-50

Силикокальций 8-20 Алюминий2-10

Марганцевая руда 10-25 Силикатная Тпыба 1-30 ИзвестьОстальное

. Указанную экзотермическую шпакообразующую смесь . приготавливают из порошкообразных компонентов фракцией 0,5-1,5 мм. Смесь подают на зеркало металла в порошкообразном виде и в виде гранул в количест0ве 1-3 кг/т стали. При использований смеси в виде гранул в ее состав в качестве связующего может быть введено жидкое стекло (,2-1,3 г/см ) в количестве 3-12% (сверх 100%)

5 взамен силикатной глыбы.

Формула изобретения

Флюс для обработки металла, содержащий окись кальция, окись алюминия, двуокись кремния, окислы щелочных металлов и фтористый кальций, отличающийся тем, что, с целью улучшения рафинирующих свойств и устранения затягивания флюса в слиток при кондукционном электромагнитном перемешивании металла, в него дополнительно введена закись марганца при следующем соотношении компонентов, вес.%

Окись кальция . 20-60 Окись алюминия 10-40 Двуокись кремния 4-40 Закись марганца 5-15 Окислы щелочных металлов2-12

Фтористый кальций Остальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР V 515797, кл. С 21 С 5/54, 25.10.74.