Шлакообразующая смесь для защиты сплава от взаимодействия с атмосферой

Шлакообразующая смесь для защиты сплава от взаимодействия с атмосферой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки металлов. Использование: в процессах непрерывного и полунепрерывного литья меди и медных сплавов. Сущность изобретения: шлакообразующая смесь, содержащая, мас.%: диоксид кремния 56,..64; оксид натрия 25...30; оксид бора 11...16. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 D 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 4

Д.

СО

С (л) qi=t пЬс

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4779339/02 (22) 09.01.90 (46) 30.09.92. Бюл. ¹ 36 (71) Уральский политехнический институт им, С.M. Кирова (72) Р.К, Мысик, С.Н. Чухланцев, Ю.П. Поручиков, Г.И. Саруль, И.А. Вайс, И.А. Писаревская, А,Г. Титова, В,Н, Руднев, В.M.

Игнатьев. В.М, Тюков, Е,Ф, Тулинов, В.И.

Трофимов, В.А. Куроедов, А.И, Скрыльников и А.B. Лукашев (56) Авторское свидетельство СССР № 582905, кл. В 22 D 27/00, 1977.

Патент США ¹ 3516821, кл. 75 — 96, 1970.

Буров А.В. Литье слитков из меди и медных сплавов. М.: Металлургия, 1978.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при непрерывной разливке металлов и сплавов для защиты от взаимодействия с атмосферой воздуха.

Цель настоящего изобретения — устранение складчатости в углах слитков и увеличение производительности машин непрерывного литья.

Эта цель достигается разработкой состава шлакообразующей смеси, которая позволяет ограничить потери тепла с зеркала металла в кристаллизаторе, при этом обладает более узким температурным интервалом плавления, оптимальными вязкостью и теплопроводностью.

Выполнение этих требований осуществляется при увеличении содержания дйоксида кремния и уменьшении содержания оксида бора. Содержание компонентов, .. ЙЛ 1764803 А1 (54) ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ

ЗАЩИТЫ СПЛАВА ОТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С АТМОСФЕРОЙ (57) Шлакообразующая смесьдля непрерывной разливки металлов. Использование: в процессах непрерывного и полунепрерывного литья меди и медных сплавов, Сущность изобретения: шлакообразующая смесь, содержащая, мас,%: диоксид кремния 56...64; оксид натрия 25...30; оксид бора

11...16. 4 табл. мас. : 56-64 Si02, 25-30 МагО, 11-16 ВгОЗ, при этом отношение содержайия"оксида натрия к содержанию оксида"бора должно составлять 1,7...2,3.

Теплопроводность предлагаемой шлакообразующей смеси при температуре разливки меди (1180 — 1160 С) составляет 2,01

Вт/м К, в то время как смеси-прототипа, состава, мас. Д: 48 — 52 Si02, 8 — 10 МагО, 38—

40 ВгОЗ, соответственно, 2,1 7 Вт/м К. Используя рассчитанные коэффициенты теплоп ров одности йожно Ь преде"л"ь&а в еличину теплопотерь с зеркала метаЛла в кристаллизаторе (ai) При отливке под плавящейся смесью эта величийа ойределяется по формуле (Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных отливок.-- М„

Металлургия, 1985. — с. 227):

1764803 ь.=ч Г с у, 10

55 где t< — температура поверхности слитка, в первом приближении она может быть принята равной температуре кристаллизации сплава;

Ье — коэффициент аккумуляции тепла шлакообразующей смесью: где il,, С, у — теплопроводность, теплоемкость и плотность покровного материала.

Все расчетные и экспериментальные данные приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что количество отводимого тепла с поверхности qi минимальное при использовании предлагаемого состава, что позволяет исключить образование твердой корочки на зеркале металла в кристаллизаторе и тем самым предотвратить образование заворотов и наличие шлаковых включений на поверхности слитка.

Важнейшей характеристикой шлака является температурный интервал его плавления. Обычно время установления стационарного теплового режима колеблется в интервале 2...3 мин в зависимости от скорости литья, Необходимым условием получения качественной поверхности слитка следует считать расплавление и стабилизацию свойств шлака. В этой связи, чем ниже температура плавления и меньше температурный интервал плавления, тем больше вероятность получения качественной поверхности слитка. Ниже приведены экспериментальные данные по температурным интервалам плавления смеси-прототипа и предлагаемой смеси:

Смесь Температурный интервал плавления, С") прототип 830-900 предлагаемая 690-720

" Первая цифра — начало размягчения шлакообразующей смеси, вторая — конец.

Из приведенных данных видно, что наименьшим температурным интервалом плавления обладает предлагаемая смесь.

Это позволяет в 2...3 раза уменьшить время стабилизации свойств смеси, а значит, уменьшить длину слитка, где имеется вероятность получения заворотов и складчатости поверхности при прочих равных технологических режимах.

Свойства шлакообразующей смеси позволяют организовать процесс отвода тепла "от слйтка к кристаллизатору так; чтобы уменьшить его в верхней части и увеличить в зоне образования газового зазора. На практике при отливке медных слитков (благодаря очень высокой теплопроводности меди i < 376,8 Вт/м К) газовый зазор образуется у самого мениска металла. В случае разливки под сажей зазор заполняется ею, а под шлакообразующей смесью — жидким шлаком, В зависимости от вязкости шлака и температурного интервала плавления он заполняет зазор на различную глубину.

Чтобы оценить влияние свойств шлака на тепловой поток, рассчитали средний коэффициенттеплоотдачи от слитка к кристаллизатору в верхней части в зависимости от величины зазора (Рутес В,С., Аскольдов

В.И. Теория непрерывной разливки. Технологические основы. M.: Металлургия, 1971, с. 70): а=(— + — + ) дзаз дСи — 1

С 1 ааааа Асц

R=0ver — шл S, H, где S — площадь выталкиваемой частицы, м, Следовательно; чем меньше багмет — шл, тем легче переход включения из металла в шлак, что и достигается при использовании предлагаемой смеси.

Вязкость шлака и температурный интервал плавления посредством заполнения образующегося при затвердевании между слитком и стенкой кристаллизатора газового зазора влияют на среднюю величину теплового потока: q предлагаемой смеси

101240 кДж/м, смеси-прототипа 138546 кДж/м . В результате при разливке меди

2 под предлагаемой смесью термические напряжения в образующейся твердой корочке ниже, а следовательно, меньше вероятность образования трещин.

1764803

55

В целом качество слитка, отлитого под предлагаемой смесью, выше (см. табл. 4).

Для приготовления шлакообразующей смеси, предлагаемой в заявке, используют следующие исходные компоненты:

1) кварцит природных месторождений марки К-98-300 по ГОСТ 9854-81, молотый, просеянный через сито с ячейкой 0;3 мм, Влажность не выше 0,5%;

2) бура техническая NazB40z по ГОСТ

8429-77, проплавленная, размолотая и просеянная через сито с ячейкой 0,5 мм, влажность не выше 0,5%. Во время разливки вследствие термической диссоциации протекает реакция т > 1000 С

Иа В4От И а20+2 В20з.

3) недостающее количество оксида натрия вводится в виде кальцинированной соды Иа2СОз по ГОСТ 5100-73 влажностью не выше 1,0 — 1,5%. Сода, вследствие термической диссоциации в присутствии оксида кремния как катализатора, активно разлагается по реакции

SiOz+ Т > 1000 С

Наг СОз Na20+C02f„

Указанные компоненты, подготовленные соответствующим образом, тщательно перемешиваются в соотношении, мас.%:

Кварцит 49-50

Сода кальцинированная 30-31

Бура плавленая 18 — 20

Пример, В промышленных условиях на установке полунепрерывного литья получены слитки из меди марок М1 и М2 прямоугольного сечения 600х200 мм, длиной 5 м в количестве 20 шт. и круглого сечения диаметром 200 мм, длиной 1,4 м в количестве

100 шт, В качестве покровного материала использовалась предлагаемая шлакообразующая смесь состава 1 — 4 (см. табл. 1).

3а базовую технологию принята разливка меди под слоем прокаленной сажи.

Благодаря более высокой теплопроводности предлагаемой смеси скорость разливки удалось повысить: при отливке слитков прямоугольного се5 чения с 6,0 — 6 5 до 9 — 10 м/ч; при отливке слитков круглого сечения с

- 9 до 12 M/÷.

Это привело к повышению производительности литейной установкй.

10 Подобный эффект ожидается при использовании установки непрерывного литья.

Большим преимуществом обладает смесь следующего состава; мас.-%: 56 SiOz, 15 28 йа20 16 В20з

Предлагаемая смесь может быть использована при разливке сплавов меди типа

БрХО8, БрКд1, БрБ2 и др., имеющих температуру разливки, близкую к температуре

20 разливки меди 1180 —.1220 С.

За счет увеличения скорости литья, снижения себестоимости покровного материала (в сравнении с сажей), повышения качества слитков получен экономический

25 эффект 5,27 руб. на 1 т медных слитков.

B табл. 2, 3 представлены свойства предлагаемой шлакообразующей смеси и смеси-прототипа.

Формула изобретения

30 Шлакообразующая смесь для защиты сплава от взаимодействия с атмосферой воздуха в машинах непрерывной разливки, содержащая диоксид кремния, оксиды натрия и бора, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, 35 с целью повышения качества поверхности заготовки и увеличения производительности машин непрерывного литья, она содержит указанные компоненты йри следующем соотношении, мас.%:

40 Диоксид кремния 56 — 64

Оксид натрия 25 — 30

Оксид бора 11-16 причем отношение оксида натрия и оксида бора составляет 1,7 — 2,3.

1764803 х

Щ с

»

Б

cl m о и л

))) и о о

iГЦ о ц щ щ с и и z о z

Y Я

Э

z а с )и

1л Э

1- Х

o m о «о хна

XmO аа и э ой .й Q. m о о

CXS

Ф

Q 1 ой

Z > Э л) » и э с

)-У и х и

» охи и

l-ZO

Э Х о и 01оэи касас

» )- 1й о

IS с

2i а .))

О I-

v v о

m z х

Э O.

Э и й о о

2)

S

ы

X Э а

Э а

)- Э .О

S Х

2i Э а а о э и с е о

m с=

1m Э о х

CL о z и и

") о

Iл й

Х у

К ) m с

)- и

Ю

° (Ч

Ю

)Ч

Ю

)Ч о

Ю

=т (Ч о) CD

СО

)Ч

).Г\ м

Ю

СЧ л м О

)Ч л

)Ч

-4

Ю

°

CV о

СО

Ю

)Ч о

1z

Э

Е

S а

Э с и

CD л

00 л о

)Ч

CD л о

Ф

0 1 О О

Ю

Ф

01 О О

CD л

CD

01 О

CD

CD

СО л

m о

)Э у и

Q. О

),Г\ л

)Ч

CD л

-з.

)m

Iс

» и

Э

)) I I

1 1

1 1

1 1

1 I

) 1 l Э

X e ) д

I CL S I m

Э Х О

1 и й 1 о о m с 1и ) а о о

mo I cL и

ozm э)-о! а

1 > L) C 1 Э

m o

ЫХ»)Z

I N 1

1 Е 1

1 1

% 1

С(1

1 Y ) 1 1 LA

I C)Q.1 ° ) ) м

I !

) 1

I I

I t

I !

1 1

I 1

) е Х с л

) l л

СП )Ч! 1

I Ь 1

I 1

1 <Ч I

1 X I

1 С)! 1л

l )Q о

I о л л

I !

m еi I

z !

1 Э ))C) I

I 3 W I

OO I СЧ

I Z д I л

1- ))) CD о.");

1 — — Ч

1 i l

1 1 I

1 n I

О 1 д Р I cc I CD

° I iYl I

1 И 1 I

1 Ф

m I o

1 cu!

1 ))) I й

l CO

3 I и 1

1 m 1 1

1 1 cc) И I О

О) Л )СЧ и))Л)а

>S S о х и о о

a. z

X э а

))) и о с о

S й

И Ie s o а х э

I- и Y а m

S ) (Ч

I о о л

)Ч о о л

01 01

Ч:) О О О л о )Ч л

)Ч )Ч м м

I I

1х» с и .)) la о

v rl о

Х о

v л ) C)) а

Х i- 1)- g )))» .)) э с и аУ)- и

i- V O LLJ л

К 1

m 1

z Э I .0 я I с z

Э .а 1

)- с

SO) а с оо!

ma.I

Э

С о I

В Х 1 о z

)Х И

» Q I

Э а I

Z )- l

1

I

I

1

1

I

I

I !

1

1

I

I

1

1.

1

)

I

I

I

1

I

1

I !

I

1

1

I

I

I ,1 1

1

I

1

I

1

1764803

Таблица 2

Межфазное Омет — шл,Н/м, и поверхностное Giga, Н/м, натяжение смесей

Таблица 3

Вязкость шлакообразующих смесей, Па с

Таблица 4

Наличие дефектов на поверхности слитка 600х200 мм из меди М1

П р и м е ч а н и е. 1. Дефекты определялись на 1 погонный метр слитка, взятый из его середины.

2, Стандартом предприятия допускается наличие дефектов глубиной до

3,0 мм и диаметром до 0,5 мм.

Составитель В. Канарский

Техред М,Моргентал Корректор Э. Лончакова

Редактор

Заказ 3334 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101