Флюс для плавки бериллиевой бронзы

Флюс для плавки бериллиевой бронзы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ФЛЮС ДЛЯ ПЛАВКИ БЕРИЛЛИЕВОЙ БРОИЗЫ, включаюиий графит, отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичных выделений окиси бериллия и снижения безвозвратных потерь металла, он дополнительно содержит криолит, Атористый кальций и фтористый магний при следующем соотношении компонентов ., мае.%: Криолит 5-10 Фтористый кальций 1-5 Фтористый магний 5-10 ГрафитОстальное при этом графит в состав флюса введен в виде порошка с размером часi тиц 0,5-5.iuw. 2. Флюс по п 1, отличаюСО щийся тем, что, с целью увеличения продолжительности его дейстс: вия и улучшения восстановительных свойств, он дополнительно содержит металлический магний в количестве 2-5 мас.%.

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И

РЕСПУБЛИН

3(5D C 22 C 1j06, 9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

t (J

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 36 41811/22-02 (22) 14.09.83 (46) 15.12.84. Бюл. Р 46 (72) Д.П.Ловцов, A.Ä.Ëèõàðåâ, В.IO.Карасев, A.Н.Соловов, Б.A.Ôî÷åíков и Э.К.Белебашев (71) осударственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов и Кольчугинский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени завод обработки цветных металлов им. Серго Орджоникидзе (53), 669.046.52 (088.8) (56) 1. Курдюмов A.Â. и др. Литейное производство цветных и редких металлов. М., "Металлургия", 1972, с. 175, 177.

2, Смирягин Л.П. и др. Промыаленные цветные металлы и сплавы. М., "Металлургия", 1974, с. 173. (54 ) (57 ) 1. ФЛЮС ДЛЯ ПАВКИ. БЕРИЛЛИЕВОЙ БРОНЗЫ, включающий графит, отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичных выделений окиси бериллия и снижения безвозвратных потерь металла, он дополнительно содержит криолит, Атористый кальций и фтористый магний при следующем соотношении компонентов., мас.%:

Криолит

У)

5-10

Фтористый кальцчй 1 — 5

Фтористый магний 5-10

Графит Остальное при этом графит в состав Флюса введен в виде порошка с размером частиц 0 5-5.мм.

2. Флюс по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения продолжительности его действия и улучшения восстановительных свойств, он дополнительно содержит металлический магний в количестве

2-5 мас.%.

1129261 2

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке покровного флюса, используемого при плавке меди и ее сплавов, например бериллиевой бронзы.

Для защиты от окисления плавку сплавов на основе меди ведут под покровом древесного угля или флюсов на основе фторидов, стекла, соды и других солей (1).

Однако такие Флюсы характеризуются недостаточной кроющей способностью, а также неудовлетворительными защитными свойствами от взаимодействия с кислородом воздуха.

Медные сплавы можно разделить на три группы по их склонности к образованию шлама: в первую группу входят нысокоцинковые латуни (> 20% 2п) образующие максимальное количество шлама, но-вторую -- алюминиевые, хромовые, оловянно-фосфористые бронзы, бериллненая бронза, в третью— кадмиевая бронза, медь с серебром, гледь с кислородом -(М1, N2), образующие наименьшее количество шлама.

Количество шлама, образующегося при плавке бериллиевой бронзы, например BpR2, достаточно велико и составляет н среднем 3% от веса шихтч.

Покровным флюсом для сплавов первой и второй группы, в которые входит бериллиеная бронза, может служить сажа, просушенный уголь, чешуйчатый графит, флюсы на окиснойгсоленой или смешанной основе, например на основе буры, криолита, силиката натрия, хлористого натрия и т.п. и их сочетаний.

Эти флюсы (синтетическиег имеют различную температуру плавления и вязкость. Общим для них является свойство образонания твердо-жидкого покрова, препятствующего процессам окисления и испарения компонентов, что снижает неличину безвозвратных .потерь металла,на угар. Некоторые компоненты флюсов обладают, кроме того, и восстановительными свойствами (CaF» МдГ, графйт и др.).

Эти флюсы хорошо удерживаются на поверхности, даже при интенсивном движении зеркала металла, не образуют разрывов и открытых "окон", что объясняется в первую очередь наличием 2-фазной области, где жидкая составляющая сцементирована смачиваемой твердой основой шлака.

Все синтетические флюсы активны к футеровке шахты печи. Однако наличие 2-фазной области замедляет физико-химическое взаимодействие системы флюс — футеронка, позволяет испольэовать синтетические флюсы при плавке медных сплавов 1 и Ч группы.

Флюсом для плавки сплавов Щ группы могут служить сажа, уголь,чешуй30 опасности, мощных вентиляционных

S

t5

25 чатый графит,т.е. вещества, обладающие хорошей кроющей способноСтью, удовлетворительно защищающие расплав от взаимодействия с кислородом ноздуха, Сплавы данной группы практически не имеют шлака.

Однако на практике для медных сплавов I, tI и ф групп, выплавляемых в индукционных канальных печах, применяют в основном древесный .уголь.

Для сплавов 1 и 1I групп используется криолит в количестве 0,1% от веса шихты.

Имеющийся в составе бериллиевой бронзы бериллий интенсивно испаряется с поверхности, а также окисляется из-за высокого сродства к кислороду, применяемые на заводах кусковой графит и древесный уголь практически не устраняют процесс испарения бериллия с поверхности расплава, а присутствующий в воздухе кислород и водяные пары интенсифицируют процесс испарения с образованием окиси бериллия.

Окись бериллия черезвычайно токсична и зачастую приводит к тяжелому профессиональному заболеванию — . бериллезу. Все это требует соблюдения особых требований техники беэсистем, специальных помещений, технологии приготовления расплава, направленной на предотвращение испарения окиси бериллия, т.е. сокращения безвозвратных потерь металла.

Традиционные покровные флюсы (уголь, сажа, криолит ), используемые при плавке бериллиевой бронзы, не отвечают требованиям производства и техники безопасности.

Наиболее близок к предлагаемому флюс для плавки бериллиевой бронзы, содержащий графит кусковой молотый крупностью не менее 30 мм (23.

Однако известный Флюс характеризуется неудовлетворительной кроющей способностью, т.е. недостаточно защищает жидкий металл от взаимодействия с кислородом воздуха. Это ведЕт к увеличению токсичных выделений окиси бериллия и к увеличении безвозвратных потерь металла.

Образование "окон" — разрывов защитного покрова — не может быть устранено увеличением удельного количества флюса, наведенного на поверхность расплава. Вследствие зтого предупредить окисление бериллия не удается. Окислы бериллия при съеме шлака перед разливкой прилипают к графитовым кускам, увлекая больtaoe количество металлических корольков. Шлак снимается комками и содержит по данным анализов до 80%. корольков металла.

1129261

Целью изобретения является умень шение токсичных выделений окиси бериллия и снижение безвозвратных потерь металла.

Поставленная цель достигается тем, что флюс для плавки бериллиевой бронзы, включающий графит, дополнительно содержит криолит, фтористый магний и Фтористый кальций при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Криолит 5-10

Фтористый кальций 1-5

Фтористый магний 5-10

Графит Остальное при этом графит в состав флюса введен в виде порошка с размером частиц 0,5-5 мм.

С целью увеличения продолжительности действия флюса и улучшения восстановительных свойств в его состав может быть введен дополнитель- 20 но металлических магний в количестве 2-5 мас.Ъ.

Введение криолита и Фторидов каль,ция и магния ниже нижних и выше верхних пределов ухудшает кроющую спо- 25 собность флюса и увеличивает испарение бериллия.

Введение магния менее 2% не ока.зывает существенного влияния на срок действия флюса. При введении его 30 более 5% возрастает опасность насыщения им расплава и сокращается срок действия флюса.

Флюсы, состоящие иэ смеси молото. го графита и фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов, полностью покрывают поверхность расплава, защищая его от окисления и в то же время могут восстанавливать !

Уже образовавшиеся окислы бериллия по реакции

Be0+ С -" Be + СО (которая может идти в присутствии расплавленного металла, образующего сплав с бериллием, например меди)..

Применение более мелкого порош- 45 ка графита (по сравнению с прототипом ) увеличивает его реакционную поверхность, а добавление к графиту смеси фтористых солей, которые смачивают расплав, ведет к изменению 50 строения шлаков.

Введение графита в виде порошка с размерами частиц 0,5-5 мм обусловлен тем, что при размере частиц менее 0,5 мм ухудшаются условия съема шлака, что ведет к потерям, металла. При частицах размером более

5,0 мм уменьшается кровщая спосо8ность флюса, что увеличивает потери на угар.

Криолит (ЗИаГ ° А1Г ) широко используется в качестве флюса при плавке латуней и бронэ.

Однако при взаимо действии криолита с расплавом бериллиевой бронзы возможно образование NaрВеРч, что 65 приводит к потерям бериллия и быстрому вырождению флюса: флюс теряет смачивающую способность, собирается на поверхности отдельными островками (комками ) .

Образование Na>BeF резко замедляется или полностьв предотвращается в присутствии Фтористого магния (MgF } или фтористого кальция (CaF> ), Иа ВеГ+ при температурах плавки может разлагаться магнием с выделением в расплав бериллия по реакции

Иа ВеР + Mg = Be + ИКР + 2NaF.

Поэтому в случах частичного вырождения флюса его защитно-восстановительные свойства могут восстанавливаться на поверхности расплава при добавлении новой порции флюса, в состав которого введен металлический магний.

Высокое смачиванне флюса обусловлено наличием в нем углерода, который обеспечиваат двухфазность флюса и определяет удовлетворительную кровщую способность флюса. Взаимодействием графита с кислородом воздуха приводит к выделению тепла и разогреву флвсного покрова сверху, что улучшает его кроющие свойства, увеличивает вязкость композиций, а также приводит к снижению выделения окиси бериллия .в атмосферу, уменьшению безвозвратных потерь металла на. угар и в шлак, улучшении санитарно-гигиенических условий работы.

Для поиска оптимального состава флюса проводят лабораторные исследования по .тару бериллия иэ расплава, находящегося под слоем предлагаемого флюса при различных содержаниях компонентов. Угар определяют по изменению концентрации бериллия в пробах, отобранных иэ расплава до и после его выдержки в алундовом тигле (Co/C).

Интенсивность угара характеризуется константой массопереноса.

Исходные данные: предлагаемый флюс с. различным содержанием компонентов; вес навески 250 г, поверхность металла в тигле-14 см ; время выдержки 1 ч, общая поверхность выделений 5„ = 0,5 м, площадь поперечного сечения воэдуховода Ващем.

3,14 м, 20% общего потока окиси бериллия попадает в атмосферу цеха, изменение концентрации окиси бериллия берут усредненно по серии экспериментов.

На основании полученных данных рассчитывают интенсивность выделения бериллия с поверхности металла — 6 и необходимув скорость движения воздуха Ч в вентиляционной системе цеха. Выделение окиси бериллия происходит в соответствии с мольными долямн по реакции2Ве + 0> = 2Be0

1129261 го флюса при изменении содержания компонентов в различных пределах.

8 табл, 2 представлены составы предлагаемого флюса, в табл. 2 ,зффективность действия предлагаемо-.

Таблица

Содержание в составе, мас.%

Компоненты

I 1

10 Прототип

Графит 75 83 89 80

78 80 б, б

63,93, 5

12 2

72 91,5 100

11 4

Криолит

10 7 5 6,5

Фтористый кальций б 0,5 б 0,5

1 3,5

Фтористый магний

11 3

11 4

10 7

Магний металлический

8 г

Таблица 2

Константа массопереноса, см/с (10

Скорость движения воздуха в системе, м/с

Отношение начальной и конечной концентрации, Со /О, мас. Ъ

Состав флюса

0,15

0,014

0,15

О, 014

0,15

4.

1,122

0 15

0,15

1,08

0,15

1,42

2,01

105

0,24

1,40

1 15

1,30

2,0

0,19

1,22

1,87

0,19

1,91

180

1.,94

Прототип

0,2

Проводят опытную плавку бериллиевой бронзы марки БрБ2 в двухфазной канальной печи типа ИЛК-1,2 используя флюс следующего соста4 о ва, Ъ!

Из табл, 2 видно, что предлагаемый флюс во всем диапаэоне содержания компонентов уменьшает выделения бериллия при плавке в 14 раз по сравнению с прототипом.

1,068

1,066

1,09

Количество выделившегося Оериллия, g, г/с

0,014

0,013

О, 014

0,013 0,2

1129261 1

It

2,01

3,09

Прототип

2,08

0 91

О» 72

1 81„

Составитель В.Бадовский

Техред С. Иигунова Корректор М.Розман!

Редактор Л.Веселовская

Заказ 9308/21, Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР йо. делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул, Проектная, 4

Графит молотый

Графит-порошок

Криолит":

Фтористый кальций 3 3

Фтористый магний 7 7

Магний металлический, 4

Результаты опытно-промышленного испытания известного и предлагаемого флюсов представлены в табл. 3.

Та.блица 3

Как видно из данных табл. 3, предлагаемый флюс обеспечивает снижение потерь металла на угар и шлак, т.е. обладает высокой кроюШей способнос:тью. Состав П имеет пониженную кроющую способность иэ-эа большой величины фракции графита

Приведенные опытные плавки показали, что использование предлагаемо10 го флюса позволяет сократить в 2 раза угар металла и образование шлака, обеспечить удовлетворительные условия труда с.точки зрения промсанитарии ° .

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого флюса взамен графита обусловлен снижением безвозвратных потерь металла на угар

20 и шлак, экономией электроэнергии за счет более низкой температуры металла и составляет 99,6 тыс. руб.