Физико-химические и технологические свойства бесфторидных и малофторидных флюсов для электрошлакового переплава тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

19 VI 9 0'

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЛ ИНСТИТУТ имени ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

На правах рукописи

АНИО'ЛЧСВ В АЛ ЕРШ ИВАНОВИЧ

1,ШП"0-Ж№'П\СКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСФТОР ШШИХ И ИАЛОФТОРИДНЫХ ПЛЮСОВ ДЛЯ 2ЛЕКТРОШ1АКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Специальность 02.00.01 - физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 19£0

Работа вш-шюна на кафедре обцей химии Бладгшц сьиго политехнического института.

Научный руководитель - доктор химических наук, пр <[«о(.ч>|>

А.И.Манаков

Официальные оппоненты: доктор химических ньук, и.и'}

Берущая оргшиэ&ция - Институт металлургии УрО ЛИ СССР

при Челябинском политехническом институте имени Ленинского комсомола по адресу: 454060 г.Челябинск, пр. им. Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЧГЫ.

И.А.Ноьохатский,

К'Л1дид;1Т технических наук Ю.Г.Измайлов

(г.Свердловск).

Защита диссертации состоится в /V ч на заседании специализированного сонета д юл.13.03

Ученый секретарь специализированного сове! доктор технических наук

•':?!• 3

I

• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБСШ

'■>."■ - !

]

~ """Актуальность работа. Применение методов специальной электрометаллургии позволяет получать металлы а ¿плави высокого качества. Б настоящее время одним из наиболее распространенных способов получения качественного металла является электрошлаковый переплав. При этом технологические параметры процесса, изменение химического состава и физико-механические свойства переплавляемого металла зависят от состава и свойств флюса. Исследования физико-химических свойств флюсов для ЭШП проводились многими учеными нашей страны и за рубежом. Большой вклад в изучение структуры и свойств шлаков внесла уральская школа физикохимиков-металлургов (О.А.Есин, Н.А.Ватолин, Б.М.Лепинскдх, Г.П.Вяткин и другие).'

Однако до сих пор существует ряд проблем при выборе оптима- -льных составов флюсов для ЭШ. Одна из важнейших задач - создание малофторидных и бесфторидных флюсов, что будет способствовать оздоровлению экологической обстановки в мире, улучшению условий груда, сокращению потребления дефицитного плавикого шпата, закупаемого за рубежом.

Эффективность флюсов определяется не только его рафинирующими свойствами, но и возмокностью осуществлять модифицирование и легирование металла во время переплава, способствовать достижению однородности отливки по активным легирующим компонентам (титан, •хром, бор, алюминий). Решение этой задачи связано с синтезом многокомпонентных флюсов, включающих оксиды перечисленных элементов.

Изучение физико-химических сеойсгв многокомпонентных оксид- -них и оксидно-фторядных систем позволяет расширить область практического применения флюсов при ЗШП высоколегированных сталей н сплавов. Отсутствие законченной общей теории яидкого состояния вместе с отмеченными выше проблемами обуславливает актуальность л вщцюсгь экспериментальных исследований.

Цель я задачи работа. Целью данной работы является разработке, мг'лофгор>'дппх я бесфторидных флюсов для слоктроашаковых процессов, изучение их физико-химчееких свойств и применения их п лро-гкшок-кх Тля доспг.енпя поставленной цели р<эшчкн оле-

задо-гн:

- исследованы физико-химические свойства и структура оксидных и оксидно-фторидных флюсов на основе Сл0-А6103 с добавками

М^О , Т1>0г , Са,Рг и буры;

- применены математические методы обработки экспериментальных данных включая расчеты на ЭВМ оптимальных составов с заранее заданными свойствами;

;- проведено промышленное испытание флюсов и их внедрение.

| Цаучная цовизнд состоит в следующем:

1 - впервые получены экспериментальные данные йо ¿¡¡.т^-хими-ческим свойствам свыше 50 составов многокомпонентных оксд~ных я оксядно-фгорадных флюсов;

- впервые получены участки диаграмм состояния систем СаО~К1^ -вя03 яСаО-А1гОл-//л4ВцОг ;

- на основе матриц планирования составлены уравнения регрес-оия для температур правления, электропроводности, вязкости и плотности в зависимости ог состава флюса;

- при заданных значениях температур начала кристаллизации, электропроводности и вязкости для данной рабочей температуры с помощью ЭШ СМ-1420 впервые решены системы нелинейных уравнений л определены оптимальные составы флюсов.

Положения.выносимые на защиту.

1. Влияние оксидов магния, титана, натрия, бора и фторида кальция на физико-химические свойства и структуру систем на основе ЪьО-АСцОз .

2. Возможность получения составов флюсов с заранее заданными физико-химическими свойствами.

3. Применение ЭШ для поиска оптимальных составов" при заданных технологических параметрах флюсов.

.4, Получение качественных сталей и сплавов при ЭШ под изученными шлаками.

Практическая значимость работы.

На заводе "Энергомаш" (г.Чехов) разработана технология получения слитков из жаропрочных сплавов и сталей методом ЭШ под исследованными составами флюсов. Химический состав полученного металла и его физико-механические свойства после переплава соответствуют техническим условиям и ГОСТам. При этом газозццшшяйо фторидов значительно меньше, чем при ЭШ под стандартными флагами, что способствует улучшению условий труда. Внедрение рекомеи-доийшшх составов дало экономический эффект 30 тыс.руб.

_ з -

Апробация работы. Результаты докладывались автором на Всесоюзном научно-техническом семинаро (Пенза, 1965 г.); на 1У Уральской конференции по высокотемпературной физической химии и электрохимии (Пермь, 19Б5 г.); на'У1 Всесоюзной научной конференции по современним проблемам электрометаллургии, стали (Челябинск, 19с37 г.); на IX Всесоюзной конференции по физической химии н электрохимии ионньэс расплавов и тверда электролитов (Свердловск, 19о7 г.); на У Уральской конференции по высокотемпературной физической химии «'электрохимии (Сверд/овск, 19о9); на XX Всесоюзном семинаре (Ижевск, 19о9 г.).

Публикации. Основное сод,ср«ание диссертации изложено в 9 печатных работах.

Объем диссертации, диссертационная работа состоит из введения, пяти глав., заключения и приложс;"'»- обцим объемом ШО страниц, содержит в тон числе 39 иллюстраций, 3 4 .таблиц и список литературу из 133 наименований.

Сеногное содержание работь1

Во введении обоснована актуальность теин исследования, ей сгязь с проблемами, предстаг-ляющими нзучнмП и практически!*, интерес, сформулированы основные лолочения, выносимые но защиту. Поставлены цель исследования и ы;текшзшие из нее задачи.

ОБЗОР Л1{ГЕРЛ1УГ:.'

В анализе литератур» по теме диссертации приводится краткая история проблещи, рассматривается влияние отдельных, компонентов на физико-химические свойства и структуру оксшшо-ф1-ор1!длых и оксид;п¡X Алисов, ставятся ллг.ачи исследований. Сбиб цени литера-туркг» /•тнп.'о по фл-зсам, нспольа^:с СССР и за рулетом для электто"ллг;коппго переплава различных сталей и сплавов. Дан анализ компонентов, Убранных а качество основа флюса и нлполнито-лей, а также их влияния на рафинирую:;;/» и мод>цф1щнрувцу!г> способ-кость при переплаве. Приведен обзор литературных- данн:-л: по окс-перинентЕЛЬним исследованиям влияния оксидов магния, натрия, бора, титана на температуру плавления, летучесть, электропроводность, вязкость, плотность и молярный объем, а так^з 'структуру . ф.опсов иг основе окендоп кальция и алеминпл, фторада кальц«л;;Нг

• ьгиошаглп «сол_едсг«;нл[1,_ нлюлнзшглх многими экснфиментатссами,/^ опгадьчоий нпйболее ¿Йкктйвныс котшейтряпШше пр&делн .уковай*.' пик окъкап пт сосг-гяляиш: милгохомаоиептнюс систем. Сделав;.е.ч*-1

вод о том, что в настоящее время незначительное число работ посвящено исследованию сложных 5-6-компонентных оксидных и оксид-но-фторидных систем. Поставленные задачи долянц решаться с применением метода математического планирования эксперимента и расчетов на ЭВМ.

МЕТОДИКИ ИССЛВДОВАНИЙ

Для приготовления шихты использовали сырьевые материалы марок "ч" и "чда". Оксид кальция и буру прокаливали при температуре 1273 К для удаления влаги. Синтез флюсов проводили в корундовых тиглях в печи сопротивления с карбидкремниевнми нагревателями при температуре 1753-1773 К. Химический анализ полученных флюсов проводился спектральным методом. Некоторые составы изученных систем в виде матрицы планирования приведены в табл.1.

Таблица I

Патрица планирования оксиднэ-фторидных и оксидных систем

Факторы

Содержание компонентов, масс.Й

Основной уровень

Интервалы варьирования

Максимальная концентрация компонентов■

Минимальная

концентрация

компонентов

Основной уровень

Интервалы варьирования

Максимальная концентрация компонентов

Минимальная

концентрация

компонентов

Оксидно-фторидная система (<йлюсы 0-16)

20 20 5 5 10 40

отношение 0,8*1,2 О К. 2 4 10

29,45 32,22 7 7 14 50

9,78 11,62 3 3 6 30

Оксидная система (флюсы 00,17-32)

38 38 8 6 10

отношение 0,84-1,2 2 2 4

45,82 45,67 10 8 14

30,22 30,91 6 4 Б

Температуру начала кристаллизации определяв л методом дифференциально-термического анализа. Регистрацию термических эффектов осуществлял;! на установке, в состав которой входили: фото- . компенсационный усилитель 5-116/1, магазин сопротивлений Р-33, автоматический потенциометр КСП-4, высокотемпературная печь. Остановка была отградуирована по реперным точкам с использованием /Va.it, К^ЗОц , серебра и никеля.

Летучесть оксидно-фторидной системы в процессе нагрева я возникающие при этом термические эффекты изучались на деривато-графе системы ЕРМйК , У,РАШ1К , Ц^О&У. Нагрев производался о постоянной скоростью 7,5° С/мин.

Изменения высокотемпературной электропроводности и вязкости выполняли по стандартным методикам. При изменении вязкости использовался автогенератор, разработанный в институте металлургии УрО АН СССР,

Плотность синтезированных шлаков определяла пикнометрпчесшзм методом. В качестве рабочей жидкости использовали толуол марки "чда" ГОСТ 5789-63.

Рентганс<£азовый анализ проведен на длфрактометро ДРОЫ-З.О

0 использованием К-Л излучения педного анода, излучение поглощалось никелевым фильтром.

Инфракрасные спектры пропускания сняты на спектрометрах ПКС-22 в области 5000 - 650 см""* и на IIЯ-20 в области 4000-•100 см-1.

Для обработки экспериментальных данных применялись элект-

1 он н о - п н и сл и г ел ьк ы е кшешщ "Искрз 1256", "ДЕК", "СМ-14'?.0". В' ' «пес г во рабочего языка 2 программах использовался бе^енк. Обработка результатов дм построения зэвясешс: ш в полулогарифмических коорлннатах_велась методом нашеншях квадратов по ■ стандартно:: прпгрм'ме. Расчет коэ.'^^ппйптов уравнений регреосии по матрицей ^¡лаизрогшьш к.яолиялся по специально разработанной программе. П; : «я сисгеш уравязлкй прямеяяяась программа для находде-л».я спг"-;..а"5нкх знзчс-чгЗ методом случайного поиска, одш:м из методе- линейного лроз'рагс'нроээгт, ..

РлэтроапдкотГ.. пориквв стсрЦ 3 сялэзЪч проводился на

/слдлсукзх Г-'ЗЗТ я У»55?К. Црсмекялся кодшвй л. гьердый сгарг.

./¡двл* производил;' ка рясо плавильном•'агреглто У-560.

Р'-боч^ режимы поропларп рэмэшпйсь в здояошостя от состава.

аор-дпо-импч отл'^кя "зспольЗОБйла кедньз зодоохлаада-

г • ,;г ккт-млмгог'.' Л?Г:''Сир^-1 100 к 250 ш.

ФЛЗИКО-ХИМДОЕСКЖ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА ФЖСОВ Методом ДТА определены температуры начала крнсто.члизации п тепловых э<Тгтект(.гз кэльциеко-,;.,;>шнатпых флюсов с добавками кок отдельных• оксидов, тек I! при с.мглсстном их введении н ц>дг,к (от 'трех- до шестикомпонентних сист.'). Поскольку диаграммы состояния систем СоО СпО-АСгОь-Ма^Р, и СлО- А^О) - К!аг и0} по изучены, нредстарлялооь цвлесообразшм построить $частки этих диаграмм в интерроле исследованных составов (рисЛ).

Са0-А!20, -игОг

! ! I

1X11

1221-'

! 5*

Й 3 ь'

" Ъ-Г |ио Г*а

„ _ /1-1С

О"'

' 7т»"/¡и

'»-/«,/[ Ц/

, I ,/

сг+

43

'£12

, ('а0 ,

_2»1

см

и.

-(11

<и

46

I!

(жя.дмя)

0&0

(иая-А-ж)

Рис.1. Участки диаграмм плавкости

На рис.2 представлены донные температур начала кристаллизации систем на основе (Ъб -Л^г^з и йС-^г^з - С^Рг > г' так.-; температуры, соответствующие излому прямых на графиках зависимости логарифмов электропроводности и вязкости от обратной температуры (составы соответствуют табл.1: 0 - 16 - оксидно-фторидные, 00, 17-32 - оксидные системы). Температуры ликвидуса для оксидных систем вше, чем для оксидно-фторидных. Увеличение концентрации оксида титана, как правило, приводит к повышению температуры плавления флюсов, а добавки буры к фторида кальция снижают эти температуры. Отмечено, что температуры ликвидуса, определенные разными методами (в том числе по летучести л/и ), совпцдеют (разброс 5%) для оксидно-фторидной системы, а для оксчячой сие-

TJí {67 J

tb'/i

m

im т,к

1573 m

1575

0-OÏA ,

L.

-c,j-« -

\ i

о------¿----- -

* Í II

СО

/7 /í I) .'О ;> il lb ¿i 26 27 î! 2$ JO J! Jî

,

i Í Г

r;

S 10 11 12 li l'¡ (j «

Pi:c.2. Текпорагузи плавления огссидннх (a) и оксдд.те-

* фторадпи." (б) флпсоп

темы температуры по 3? и ^ значительно Eime, че.м по иетоду ДТА. üothu предположить, что окауую-фторпдниз расплавы ведут себя как совершенно и >шше р.-:стюры, а и окскдтк системах проводимость и вязкое теч°ние ослотнлится наличие« яссо.оииройшгкых ионов и гамегкоЯ долей элек-гроинсА ссст-.2;:л;а;с!1 прозоди??ост». В интервал? кристаллизации исследоп.-ашьх систем обнаружены тепловые эффекты, котор:-:е соответствуй^ ышоденкз тверда фсз.

Изучено изменение r-ося гЧсриднгГх коыпсэг'ццП на дернватогра-<¡e щи ж«греве. По гюлучс-ниьпi дыввм построит icpнпь'З чзг'опе':ип i"icn n зависимости от томлс-ратури. Характер крг.Бых для псслс-до-панниг составов иг.еет три. ярко лпраленньег участка! первый - n ¡:;iTC[j",v..r.e теипврэтур до 1273 К (удаление воды, разложение гнд-рзуск, илввясшгс бури). второй - » интсроало 1273-1473 1! (т«зор-. до-«15дкпя oüctp.-í, интервал плавления) и третий - 1473-1773 К (пг.г.'ггкглне ortfü'Hvtóx тгеокцкЯ с сбразсзшиен соединений

Ti Г,. 6ГЛ ).

•< .-ч крни:л" на данннз учзстках характеризуем

"кци ? ргялк'яггг согарт:.

-

■ - 8 -

Результат измерений' зле;ст{ '¡ческой проводимости-распл:. ь.чон-ных флюсов дает широкий интервал значений электропроводнозти, например, при 1673 К 22. = 20*700 Оы"1. м-1 (рис.3,4). Такся. вше отличие проводимости представляет практический интерес дли электрошлаковых процессов разного назначения: сварки, переплава, литья. Четко просматривается более высокая электропроводность оксидно-фторидных шлаков в сравнении с оксидными. Трехкомпонент-ние флюсы характеризуются более низкими значениями электропроводности по отношению к многокомпонентным системам.

Экспериментальные значения вязкости в зависимости от состава изменяются при температуре 1823 К от 0,003 до 0,3 Па'сСрис.З, 4). Переход к многокомпонентным флюсам сопровождается понижением вязкости гак жа , как и переход от оксидных к оксидно-фториднцм системам.

Измеренные значения плотности оксидных и оксидно-<*горидных Систем пожат в пределах 2,35-2,95-Ю3 кг/я3. В среднем значения плотности оксидно-фторидных систем несколько меньше оксидных. Выявлено, «то плотность повышается при увеличении общего количества добавляемых компонентов к основе CaO - Ali 0$ . Б оксидных системах плотность выше при соотношении СаО/А1г Оъ , равном 0,8. В оксидно-фторидных системах добавки CaFl , как правило, понижают плотность. Рассчитанные мольные объемы не всегда строго асшбатны значениям плотности. Сравнивая ыольные объемы исследуемых шлаков и мольные объемы, рассчитанные по правилу аддитивности по литературным данным, можно отметить, что оксидные составы имеют отрицательные отклонения от аддитивности, а оксидно-фФоридные - положительные.

Проведенные структурные исследования флюсов, включая и индивидуальные компоненты, входящие в составы, позволяют предположить цепочечное строение боратных, алюминатных, йторалюминатних группировок в шлаке. По данным рентгенофазового анализа установлено наличие в оксидно-фторидных и оксидных системах оксида магния и фторида кальция, а такие кристаллических фаз сложного состава СаГгОз, Med, 12СаО-7Аег03 t 3CaO > Ца0-¿AliOs, }СаО ■ №0F, НСаО-JAtzOi • CüFi. 1

Щ-спектры поглощения подтверждают существование различных алюминатных структур в шлаках и возможные взаимодействия оксидов и фторида кальция. Кроме того, с помощью КК~епектроскопии удалось установить наличие двух боратных структур, которые являете.;: рентгено аморфными.

Р/с.П. Подтермы элоктоопроводности и вязкости гаостикомпонентгапс ок-с;\цно-.тоталкмх расплавов .

Рис.4. Полигерш олсктропроводности и йп:-:У.ости гттниокг-о;мты:: о

Clininj/l ГА^КННЧЬ

ЩТШАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ При выполнении расчетов на ЭВМ применялись стандартные ирограпмв и программа, рззрпботанная на кафедре «Физики Владимирского политехнического института для репения системы нелинейных урзЕнений npi поиске оптимальных свойств флюсов на оксидной и ок-спдно-фторядной основе. С помоа$ью метода планирования эксперимента, позволяющего одновременное изменение всех параметров, влияю:.;,их на процесс, удалось установить степень взаимодействия параметров и значительно сократить общее число опь;тоз. Длл получения математической модели использовали полный факторный эксперимент для оксидной и дробный факторный эксперимент для оксидно-фторидноП системы. Матрицы планирования приведены в табл.1.'Расчет коэффициентов регрессии выполнялся по методу наименьших квадратов. Экспериментальные данные по физико-химическим свойствам используются для получения математической модели объекта исследования, которое представляет собой уравнение, связывающее параметр оптимизации и факторы. По экспериментальным данным получены уравнения регрессии для электропроводности, вязкости, • плотности и мольного объема оксидных и оксидно-фторидных систем, ■ Адекватность линейных систем, представляющих собой полиномы первой степени, проверена по критерию Филера. Коэффициенты полинома являются частными производными функции отклика по соответствующим переменным. Больший по абсолютной величине коэффициент соответствует большому углу наклона и, следовательно, более существенному изменению параметра оптимизации при изменении данного "яктора.

•Анализируя уравнения регрессии, установили, что на функцию отклика влияют как отдельные факторы, так и их парные и тройные взаимодействия. По дачным уравнениям $нли проведены расчеты Фи-ппко-унмичрских ceohct?' систем и сопоставлены с эксперименталь-;i:t;;h д/эн.чы-": (табл.2). Отклонение от эксперимента не npei-клвло трех процентов.

'Г я б л и да 2 Температуры плавления оксицно-фторидной система, К

Тлл, с-сСП. 1373 1498 15:55 1473

Т.,., jZbd 1501 1555 1444

1493 1500

1453 1446

- 12 -

Для получения уръьнеиий итроссин олсктропрорсу;1ьсти к вязкости при тсмператург-х электр,-с;,.-<1когю1ч> ш'роил ни г> "073-2?г3 К экспериментплыте данные били обрьСлтмш по стьнддргноР пгг;гг.пм— не па ЭВМ методом наименьших квадратов. Поучение уравнений регрессии для электропроводности ¡1 вязкое си в интерв але температур 1673-2273 К позволяет вияенить влияние факторов на параметр оптимизации. Отмочено, что наибольшее увеличение электропровод-лосги связано о присутствие.'.! фторида кальция. Вязкость в наибольшей степени уменьшают фторид кальция и бура.

Разработана программа для решения системы уравнении с целью нахождения оптимального состава по заранее заданным (Тлзпко-хими-■ ческим свойствам. Например, при температуре расплава 1773 К система уравнений для оксидно-фторидных флюсов имеет вид: Т^а 1498+9х,-16х2 +11х5 -47х<, -22х; -8х,хг -Ых2х5-21хгх3,

^1773=ЗЮ,8 + 25,5х< - 10,44х+ + 79,5х.г + 9,49х2х3 + 12х,хг -

- 28,76x^3 - 14, Зх^ + 24,29хгх^ - 20,70х^х^, ^1773 = 0,0108 - 0,00192, - 0,0055х5 + 0,0019х5 + 0,00Пх,х^ -' * - О.ООКх^ - 0,0015х3х5 - 0,0019х4х^,

. где Х,(, хг, х_з, х^,, т}- - кодированные концентрации СлО^^О^, , УььЬьО-,, СаР^ соответственно.

Решение такой сложной нелинейной системы уравнений осуществлялось с помощью ЭВМ СМ-1420. При заданном шаге и числе итераций происходит поиск оптимальных чначеиий физико-химических свойств при одновременном изменении всех параметров. Для ранения приведенной системы уравнений задавали значения температуры плавления в пределах 1400-1500 К, электропроводности в пределах '250-350 0м • и вязкости в пределах 0,005-0,015 Па«с. Для конкретных температур злектрошяакового переплава при заданных значениях указанных параметре и были определены пог~рхности сложной формы, которые соответствует оптимальным значения?-' 1?иэико-хими~ чэских свойств системы (примеры на рис.5). Нет этой поверхности ыояаю выбрать точку с необходимым свойством и получить значения двух других свойств, а затем рассчитать несколько ¿остовов, соответствующих этим значениям свойств по программе. В объемах сделаны срезы при постоянной температуре ликвидуса и выявлена зависимость электропроводности от вязкости. Также построены зависимости электропроводности и вязкости при изменении температуры ликвидуса.

Г rK T>'ÏÏ75K

Г, » 1ST5 К

...... л i

, А SJ ________

п -f

Г>, Ом-и

Т-ИСО.К T-J4S0.X

,s:: i ; L* ...

ел a¡< v> so

j '^Л/Г'.-i <

Í4 *Чо ' "Í3

tjo--- „за

too r">Í£t/V"l------

- - -.*■ —--

I

<£J

vn j <JC4t2

ra I Ы

со

i

Рис.5. Поверхности, соответствующие опгпдалькк:.! значения-- фязико-хжлчесхих свойств оксидно-фторидной (а) в оксидной (б) систем

аЛЕКТРОШЛАКОШП ПЕРЕПЛАВ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ Полупромышленные испытания оксидно-фторидных и оксидных флюсов были проведены на заводе "Энергомаш", г.Чехов, и на экспериментальном участке отделения ЦНИИТШШ. Для переплава применяли углеродистые (Ст.20) и легированные (06Х18Н10Т, 10ГН2ММ) стали, а также жаропрочные никелевые сплавы ЭП-741 и ВКНА-3.

При электрошлаковом переплаве контролировались температура шлаковой ванны, ее глубина, форма торца электрода, скорость плавления металла электрода. Процесс ЭШП можно характеризовать отношением & / Р , где & - весовая скорость нг?плавления металла; Р - вводимая мощность. Был проведен переплав под оксидно-фто-ридным фшюсои основного уровня (табл.1) и сравнен со стандартными флюсами (рис.6, I - начальная длина переплавляемого электрода, д( - величина сплавленной части за промежуток времени).

&/Р 0,6

ом 02

О

Ш-б

АНФ-11]

0> о,1 ом о,б ю

Рис.6. Производительность ЭШП под окс^доо^фториднш

---"V»

лТ/£

сравнении с флвсами А1Й-Ш и Ш-6

Характер кривых свидетельствует о более технологичных свойствах предлагаемого нами флюса. Поверхность полученных отливок не тлеет явных дефектов при визуальном- осыотрс по сравнению с отливками, полученными под стандартными флюсами. Для исследования Структуры полученног'о металла из отливок бшш вырезаны теыплети и изучена макроструктура, проведен химический анализ шлака и иь~ тачпа, определено содержанка газов в слитках.

- 15 -

Металл, полученный при Э1Ш под многокомпонентными флюсами, характеризуется высокой степенью однородности по макроструктуре и химическому составу. Например, при. переплаве стали 10ГН2МФА концентрации всех легирующих элементов практически не изменяются по сравнению с исходным металлом. Однако ЗШП с исследованными флюсами показывает, что концентрация титана в 2 раза выше, чем после переплава под стандартными флюсами. Химический анализ флюсов до и после переплава однозначно свидетельствует о том, что при увеличений концентрации фторида кальция в исходном флюсе происходит увеличение испарения фторидов.

Аяалйз содержания газов в полученных отливках показывает, что концентрации азота и кислорода практически не изменяются после ЭШ (около 0,006$), а концентрация водорода снижается почти в четыре раза, в особенности при использовании оксидного флюса.

В результате проведенных промышленных испытаний многокомпонентных флюсов выявлено, что флюсы по своим технологическим я эксплуатационным качествам при переплаве легированных сталей и сплавов превосходят стандартные флюсы АНФ-1П, АНФ-6.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Изучены физико-химические свойства ( температура плавления, электропроводность, вязкость, плотность, летучесть ) многокомпонентных флюсов на основе извесгково-глиноземистой системы с добавлением фторида кальция и оксидов магния, гитана, бора и натрия. Выявлены основные закономерности изменения свойств в за- • висимости от состава. Показано, что свойства оксидных систем могут быть идентичными свойствам фторядно-оксидных флюсов.

2 Методом дкфференциально-термическс э анализа построены участки диаграмм плавкости систем СйО-№гОъ -Дг^з 11 СаО-МзОуЬ'а^О^ пеязвестныз ранее.

3. Рентгенофазовый анализ и ИК-спектроскопия показала наличие в ШЕяах полимеризованных алюмокислородннх анионов, з также крясталлячоскдх фаз в заде коаоалтаината кальция, мотагятаната кальция, фтордда яельция а белое сложных оксидных и оксидно-фто-

соединений,

4. О погощъч магрлц п^аниротмя паяние по фшико-хямлчео-ким с1К!Дсгг.з'; сведены к уряряэвяя регрессия для температур* начало кргогаттз&едч«, элок-р-ыро-одности, вязкоегп к плотиосги в за-

- 16 -

5.'Решение систем уравнений регрессии с помощью электронно-вычислительной машины при заданных значениях температуры плавления, электропроводности и вязкости позволяет получить ряд составов, соответствующих этим значениям. Определены поверхности сложной формы, которые соответствуют оптимальным значениям физико-химических свойств исследованных систем при рабочей температуре электрошлакового переплава.

6. Проведены промышленные испытания разработанных флюсов при электрошлаковом переплаве легированных сталей и жаропрочных сплавов. Показано, что технологические свойства предлагаемых флюсов не уступают таковым для стандартных флюсов, но имеют важное преимущество с точки зрения экологической безопасности и охраны труда. Химический состав переплавленного металла соответствует техническим условиям. Внедрение малофгоридных флюсов на завода "Энергомаш" дало экономический эффект в сумме 30 тыс. руб.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. В.И.Анисимов, А.И.Манаков, В.А.Рыбшщев и др. Ейекгро-

' проводность и вязкость шлаков для электрошлакового переплава никелевых сплавов// Тезисы семинара "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов". Челябинск, 1985. С. 12.

2. В.И.Анисимов, А.И.Манаков, В.А.Рыбинцев. Изучение взаимодействия в системе керамическая форма - шлак// Тезисы докладов

У1 Всесоюзной научной конференции по современным проблемам электрометаллургии стали. Челябинск, 1987, О. 116.

3. В.И.Анисимов, Б.к.Лязгин. Температура начала кристаллизации многокомпонентных оксидных и оксидно-фторидных шлаков// Тезисы докладов на IX Всесоюзной конференции по физической химии

и электрохимии ионных расплавов и твердых электролитов. Свердловск, 1987, С. 87.

4. В.И.Анисимов, А.И.Манаков. Вязкость ювесисово-глинозе-ыистых расплавов. Там же. С. 89.

5. В.И.Анисимов, I'.'[.Курнавина, А.И.Манаков, Плотность и мольные объемы системы на основе оксидов кальция и алюминия. Там же. С. 85.

6. В.И.Анисимов, А.И.Манаков, Б.И.Лязгин, Г.И.Курнавина. Физико-химические свойства расплавов но основе оксидов кальция и алюминия // Расплавы. 1988. Т.~27~Выд. 6. С'. 5.

7. В.И.Анисимов, А.И.Манаков, Н.А.Орлин. Структура и физико-химические свойства стекол на основе сложных алюминатов к боратов

//Тезисы докладов семинара "Строение и природа металлических и неметаллически* стекол".¡¡яевск, 19Й9. С. 36 - 3?;

8. В.Н.лнпсимов, Л.П.¡.'знаков, Н.Л.Орлин. ИК-спектроскоиичо-екое изучение структуры сложных оксидов по мере наращивания их сложности. Гам же. О. 47;

9. И.П.Аниснмов, ¡1,А.01шм, А.П.Манаков. ИК-спектроскоплче-скио яссл.!Д01!н»'1ш ч ■/изико-хкмическио свойства оксидных и оксвд-но-^оридных систем// Тезисы докладов У Уральской конференции

по в»согоГ'-^нг-рягуриой ¿-изнчоскон химии и электрохимии, Свердловск, 1909. Т. I. С. 27.

и

Подписано в почать 10.10.90 . Формат 60x84/16. Бумага для множат, техники. Почать офсетная. Уол.печ.л. 0,93. Уол.кр.-отт. 0,93, Уч.-изд.л. 1,02. Тярля 100 вкз. Зак. Г48 Бесплатно.

Челябинский политехнический институт имени Ленинского комсомола 454080 Челябинск, пр. им.Ленина, 76 Ротапринт Владимирского политехнического института (500026 Владимир, ул.Горького, 87