Способ электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никеля

ZIP архив

Текст

Комитет Российской федерации по патентам и товарным знакам ЗОБРЕТЕНИЯ 3 е фрцлДИГ)(71) Государственный научно - исследовательский,проектный и конструкторский институт сплавов иобработки цветных металлов(73) Государственный научно-исследовательский,проектный и конструкторский институт сплавов иобработки цветных металлов(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ, ПРЕИМУ -ЩЕСТВ ЕН НО Н И КЕЛЯ(57) Использование. в области металлургии, конкретно при электрошлаковом переплаве преимущественно никеля Сущность изобретения: способэгектрошпакового переплава цветных металлов,преимущественно никеля, включает наведение в ОПИСАНИЕ ПАТЕНТУ(51) 5 С 22 В 9 18 кристаллизаторе флюса и переплав расходуемых электродов с введением оксида магния в образующийся шлак При наведении используют флюс, содержащий мас%: 18 - 24 оксида кальция, 11 - 17 оксида алюминия, 20 - 34 оксида кремния, 2 - 6 оксида натрия и/или оксида калия и фторид кальция - остальное, при массовом отношении ЯО /СаО+Ма О(К О) 1,0 - 1,7. Оксид магния вво -г гдят в количестве 2 - 20% от массы шпака, причем содержание оксида магния поддерживают в процессе перпеплава по отношению (МдО)/Щэл.0,8 - 6,0, где ММдО - количество вводимого оксида магния, % от массы шлака; (Мд 1 - содержаниеэл.магния в расходуемом электроде в пределах 0,04 - 0,40%. Способ позволяет получать слитки никеля с заданным содержанием магния и повысить выход годного. 1 табл.30 Изобретение относится к области металлургии, в частности к электрошлаковому переплаву (Э ШП) преимущественно никеля.Известен способ ЭШП слитков 20 о -ного никелевого сплава. содержащего магний, 5 включающий наведение в кристаллизаторе флюса на основе фторида кальция с добавкой 2-20 оксида магния и/или 2-257 ь фторида магния.Этот способ не может быть применен 10 для ЭШП никеля, во-первых. потому, что используемый флюс имеет недостаточно широкий интервал затвердевания и вследствие этого непригоден для переплава в подвижном кристаллизаторе и, во-вторых, 15 отсутствует возможность регулирования величины угара магния в процессе переплава, что не позволяет получать слитки ЭШП с заданным и однородным содержанием магния по высоте. Кроме того, вследствие высо кой газопроницаемости флюса возрастают величина и нестабильность угара магния,Известно техническое решение, в котором для сварки используют флюс АН, содержащий, (мас,): 25Фторид кальция 25-33Оксид кальция 3-9Оксид алюминия 27-32Оксид кремния 19-24Оксид магния 9-13Сумма оксидовнатрия и калия 2,0-3,0.Основным недостатком этого флюса при использовании для ЭШП никеля является высокое электросопротивление шлако вого расплава, обусловливающее повышенную температуру процесса ЭШП, что способствует окислению магния. Кроме того, вследствие низкого содержания оксидов кальция во флюсе не происходит полное 40 , связывание оксида кремния в прочные силикаты, это обусловливает высокую его активность в шлаковом расплаве и стимулирует восстановление кремния магнием из металлического расплава. При вы сокой температуре процесса ЭШП это явление усиливается и в конечном итоге приводит к повышенному угару магния и загрязнению расплава кремнием. В результате увеличивается брак слитков, что резко 50 снижает выход годного.Известен способ ЭШП меди и медных сплавов, включающий наведение в кристаллизаторе базового флюса типа СаГг - АгОз- - йазАР 6 или СаРг - АгОз - ОР, переплав 55 расходуемых электродов с введением одного или нескольких оксидов из следующего ряда, мас. 7 ь: 5-20 РОг. 10 Т 1 Ог.5 МагО,5 МпО,5 ВаО и10 М 90, для получения шлака с заданными электросопротивлением и температурой плавления в пределах 0,15-1,5 Ом см и 800-1200 С соответственно, Этот способ является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и принят в качестве прототипа.Основными недостатками этого способа применительно к ЭШП никеля являются: флюс имеет узкий интервал затвердевания и не может быть эффективно использован при переплаве в подвижном кристаллизаторе; наличие во флюсе термодинамически малопрочных фторидов (криолита, фторида лития) способствует протеканию реакций фторирования магния, что приводит не только к повышенному и нестабильному угару магния, но и к нежелательному загрязнению никеля алюминием и литием и браку металла по обеим этим причинам; при более высокой температуре переплава никеля (в сравнении с медью и ее сплавами) существенно возрастает испарение содержащихся во флюсе легколетучих Фторидов алюминия и лития и происходит быстрое вырождение флюса. Это приведет к неустойчивости процесса ЭШП и, как следствие, к нестабильности угара магния, ухудшению качества слитков и снижению выхода годного, отсутствие возможности регулирования величины угара магния в процессе переплава не позволяет получать годный слиток ЭШП из электродов с неоднородным содержанием магния по высоте.Изобретение позволяет получать слитки никеля с заданным содержанием магния и повысить выход годного.Это достигается способом электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никеля, включающим наведение в кристаллизаторе Флюса и переплав расходуемых электродов с введением оксида магния в образующийся шлак, в котором пи наведении используют флюс, содержащий, мас, : 18-24 оксида кальция, 11-17 оксида алюминия; 20-34 оксида кремния, 2-6 оксида натрия и/или оксида калия и фторид кальция - остальное, при массовом5 Оготношении - О),0-1,7; оксид магния вводят в количестве 2-20 от массы шлака, причем содержание оксида магния поддерживают в процессе переплава по отношению (М 90)/М 9) л = 0,8-6,0, где (М 90) - количество вводимого оксида магния, 7 ь от массы шлака; М 9), - содержание магния в электроде в пределах 0,04-0,40 мас.,Техническая сущность изобретения заключается в следующемсоотношение рекомендуется использоватьв прс делах 0,8-3,5.Для слитков никеля, в которых содержание магния составляет 0,1 0,15% (ндгример, НМг,11), рдзрдбоэнноесоотношение целесообразно использоватьв пределах 3,5-6,0.При выборе основы флюса использовали термодинамически прочные оксиды кэль 0 ция, алюминия и кремния и фторид кальция(для снижения опасности "вырождения"флюса и повышения тем самым стабильности процесса ЭШП), а сочетание оксидов ипределы их содержания выбраны с расчетом, чтобы оксидная составляющдя былаблизкд к кислой или нейтральной системам,Такие системы обладают меньшей гдзопроницаемостью и гигроскопичностью, д следовател ь но, и лучше за начищаютметаллический расплав от окисления, Всеэто способствует определенному снижениюи, главное, стабилизации угара магния припереплаве.Далее соотношение компонентов в базовом флюсе выбрано с учетом того, чтобыобразующийся после ввода оксида магнияшлак обладал необходимыми физико-химическими свойствами (достаточно широкиминтервалол затвердевания, определеннойтемпературой плавления) для осуществления переплава никеля не только и стационарном, но и, главным образом, вподвижном кристаллизаторах.Пределы содержаний и отношения компонентов в исходном флюсе выбраны изследующих соображений.Компоненты флюса взяты с массовымБ 1 Оотношением +) 1,0-1,7,которое является показателем кислотностиоксидной части флюса. Флюсы с такими отношениями оксидов являются нейтральными или кислыми и имеют низкуюгазопроницаемость и гигроскопичность,Нижний предел этого отношения 1,0 выбран с учетом того, что добавление во флюсосновного оксида магния в процессе переплава уменьшает отношение кислых и основных компонентов до 0,5-0,9, т е флюссохраняет приемлемую газопроницде Ростьи гигроскопичность при достаточно низкойвязкостиПри уменьшении этого соотноси". иР ниже 1,0 флюс приобретает основны. свсйства, при этом заметно увеличивдегсР егогаэоп роницаемость, способствую;с Р Г слееинтенсивномуугару магния из никелР д привводе оксида магния, особенно нд,т: не 20мас, , повышается его вязкость зд " поДля получениР слитксв никеля, содержащих заданное количество магния (в пределах 0,02 0.15 мдс.), переплав электродов проводят с использованием базового флюса определенного состава. В об разующийся е процессе переплава снлак вводят оксид мдсния в количестве 2-20 о , В зависимости от Фактического содержания магния ., электродах конкретное количество вводимого оксида магния определяют и 1 поддерживают по экспериментально полученной зависимости, выраженной отношением(М 90)/М 9 эл = 0,8-6,0.При вводе оксида магния в шлаковый 15 расплав изменяются условия протекания реакции окисления магния М 9) - МеО = =(М 90). Увеличение в шлдке доли оксида мдгния приводит к уменьшению скорости и полноты окисления магния электрода. Поэ тому, поддерживая в процессе переплава определенную концентрацию оксида магния в шлаке, мо:кно целенаправленно изменять величину угара мдгния, содержащегося в электроде. получая задэнное содержание 25 магния в слитке Эс)Г 1. Г 1 ри этом для достижения в слитке однородной по высоте концентрации магния гри использовании составного (например, сварного) электрода отдельные его части располагаются в по рядке убывания в них содержания магния.Определение количества оксида магния проводят для каждой части электрода, а в процессе переплава последовательно вводят в шлаковую ванну требуемое количество 35 оксида магния.Для достижениР максимального угара магния при ЭШП и получения минимального содержания магния в слитке (0,02 ) используют соотнонение 6,0, но при этом в 40 электродах содерканне .магния должно быть в пределах 0 30 0.40, д количество оксида магния . в прс делах 15-20 Разработанное соотношение позволяет получать в слитках заданное содержание 45 магния в интервале 0,02-0,15 при переплаве электродов с нгирокими пределами содержания магния 0,04-0.10 .Уменьшение эгого соотнощения ниже 0,8 не обеспечиггдсгг гголучение содержания 50 магния в слитке нд ни кнем пределе 0,02, что может пГисести к обрдзовдник газовых пор и сникени о лы,одд годного. Греьышение соотношением 6 0 п 1 илсдн к браку по химсоставу (сод.:1 л дни магния выше 55 0,15%) и соптг".тс л,ннгемч уменьшению выхода гсднс оДЛР ПОЛУ и ниР Г н;СР НИКЕЛЯ МаРок 11 П, НПи .",с нэ 1 х содержание мдгния ггГгдни л сч 1 "1 1 заработанное10 15 20 30 35 40 45 50 вышения температуры плавления алака. Все зто может привести к образованию дефектов слитка и, следовательно. снижению выхода годного,Верхний предел отношения 1,7 выбран исходя из того, что при добавлении в ходе переплава оксида магния отношение содержания кислого оксида кремния к содержанию основных компонентов снижаются до 0,9-1,5, что обеспечивает достаточно широкий интервал аатвердевания и хорошую пластичность гарнисажа при низкой газо- проницаемости и гигроскопичности, Превышение отношением величины 1,7 приводит к сдвигу систем 902-СаО-Ма 20 в сторону резкого увеличения температуры плавления, что ухудшает качество поверхности слитка и снижает устойчивость процесса ЭШП. Кроме того, повышается относительное количество свободного оксида кремния, что приводит к увеличению вязкости расплава шлака при температурах переплава и образованию дефектов структуры слитка большое количество неметаллических включений, шлаковые включения и др.,), а также ухудшению поверхности слитка (появлению гофр, шлаковых включений и др.), Наличие значительного количества свободного оксида кремния увеличивает его активность в шлаковом расплаве и вызывает рост примеси кремния в никеле выше требований ГОСТа за счет восстановления его магнием, что приводит к браку слитков по химсоставу, уменьшая выход годного.Пределы содержания оксида алюминия составляют 11-17 мас При содержании его менее 110 увеличивается злектропроводность шлака и подводимая злектрознергия не обеспечивает необходимый разогрев шлаковой ванны. Это приводит к нестабильности процесса, ухудшению поверхности слитка и уменьшению выхода годного.Содержание оксида алюминия выше 17";ь приводит к значительному перегреву шлаковой ванны, образованию глубокой жидкометаллической ванны и, следовательно, возникновению дефектов в слитке, а также к большему угару магния из никеля. Все зто уменьшает выход годного,Оксид кальция во флюсе содержится в пределах 18-24 мас,0, Уменьшение его содержания ниже 18приводит к увеличению отношения кислых и основных окислов выше 1,7, т,е, флюс становится более кислым, что увеличивает его вязкость и повышает .относительное содержание свободного оксида кремния, Это увеличивает содержание кремния в металле, ухудшает условия формирования слитка и, следовательно, снижает качество получаемых слитков Содержание оксида кальция во флюсе выше 24,ь повышает температуру плавления флюса, а в процессе переплава и температуру плавления шлака, особенно при высоком соцержании оксида магния, увеличивает гигроскопичность флюса. что приводит к образованию дефектов в слитке и уменьшению выхода годного.Оксид кремния содержится во флкэсе в количестве 20-34 мас.;. Уменьшение его содержания ниже 20% приводит к снижению выбранного предела отношения кислого и основных оксидов флюса ниже 1,0, т,е. флюс становится более основным. Это увеличивает газопроницаемость шлаковой ванны при переплаве и, следовательно, угар магния из металлического расплава, что вызывает образование газовой пористости в слитках и увеличивает их брак. Превышение содержания оксида кремния во флюсе боле 34 приводит к чрезмерному повышению кислых свойств флюса, в частности вязкости, и загрязнению металла примесью кремния, Все зто ухудаает к;,чество слитков, повышает брак и уменьшает выход годного,Оксид натрия (оксид калия) во флюсе содержится в пределах 2-6;4, Добавка оксида натрия(оксида калия) приводит к образованию сложных комплексных соединений силикатов натрия (калия), связывающих свободные оксиды кремния и имеющих низкую температуру плавления,Уменьшение содержания оксида натрия (оксида калия) ниже 270 не дает необходимого снижения температуры плавления флюса и не уменьшает его вязкость, обусловленную наличием значительной доли оксидов кальция и кремния в виде ортосиликатов кальция, Флюс с такими свойствами не обеспечит получение с-итков с качественнои поверхностью (особенно при ЭШП в подвижном кристаллизаторе).При содержании оксида натрия (оксида калия) выше б, снижается кислотность шлакового расплава (отношение оксида кремния к основным оксидам меньше 1), что увеличивает его газопроницаемость и, следовательно, угар магния из никеля, повышается нестабильность состава алака из-за значительного испарения оксида натрия в процессе высокотемпературного переплава. Это ухудшает качество поверхности слитков и увеличивает брак по химанализу,Фторид кальция содержится во флюсе в количестве 19-49 мас.%, При содержании менее 19% возрастает доля оксидной составляющей флюсаго приводи 1 к увеличению температуры плавления Флюса, угара магния, злектросппрптивлеч 1 я шлаковойванны и, следовательно. к образованию дефектов поверхности слитка.Увеличение содержания фторида кальция во флюсе выше 49% приводит к уменьшению доли оксидной составляющей 5 флюса, увеличению газопроницаемости шлакового расплава, уменьшению интервала его затвердевания. За счет этого увеличивается угар магния из расплава никеля и затрудняется использование подвижного 10 кристаллиэатора для ЭШП. что приводит к увеличению дефектов слитков и снижению выхоДа ГОДНОГО.Оксид магния вводят в количестве 2- 20% от массы шлака, При содержаниях ок сида магния ниже 2% наблюдается значительный и нестабильный угар магния из никеля (80-95%). При переплаве электродов с содержанием магния 0,05-0,20% могут быть получены слитки, в которых содержит ся менее 0,01% магния и наблюдается газовая пористость, что снижает выход годного.При содержании оксида магния более 20% повышается вязкость шлакового расплава. Это затрудняет процесс переплава и 25 ухудшает качество получаемого слитка (загрязнение неметаллическими включениями, дефекты поверхности слитка и др,). В результате уменьшается выход годного,Результаты испытаний и параметры из вестного и предлагаемого способов приведены в таблице.П р и м е р 1. Переплав никеля НПпроизводили на установке ЭШР,5 ВГ в подвижном кристаллизаторе диаметром 110 35 мм при напряжении 45-55 В и силе тока 0,5-2 кА, В кристаллизаторе наводили флюс, содержащий 20% СаО, 15% А 20 з, 29% БО 2, 4%йа 20 и 32% Саг 2 с массовым отношени 502 40 ем + - 1,2. Исходные электродыСаО + Ма 20содержали 0,12, 0,14 и 0,17% магния. Для получения содержания магния на уровне 0,055% для никеля марки НПвеличина отношения составила 2,2. По этому отноше нию для указанных электродов количествО добавки оксида магния составило 18, 16 и 13% соответственно Электроды были сварены и переплавлены в следующей последовательности: 0,17; 0,14 и 0,12% магния, В 50 процессе переплава после наведения базового флюса в кристаллизаторе и начала плавления электрода ввели оксид магния в количестве 13% от массы образующегося шлака, затем при переходе к плавлению 55 второго электрода добавили 3% оксида магния и при переходе к плавлению третьего электрода ввели д Гполнительно еще 2% оксида магния Анализ сосгава полученного слитка показал стабильность содержаниямагния по высоте всего слигка (0,0,540,057% магния). Выход годного повышен до95%,П р.и м е р 2. Аналогично примеру 1проведена плавка ЭШП никеля НПв подвижном. кристаллизаторе под флюсом, содержащим 18% СаО. 17% А 20 з, 34% Я 02,2% Ма 20 и 29% СаР 2 с массовым отношением оксидов 1.7. Расходуемый электрод содержал 0,40% магния. Для полученияминимального содержания магния в слиткевеличина отношения составила 0,8. а содержание добавки оксида магния - 2%. В результате плавки получен слиток ссодержанием магния 0,02%, а выход годного повышен до 91%,П р и м е р 3. Аналогично примеру 1проведена плавка ЭШП никеля марки НМгО,11 с использованием флюса состава 24%СаО, 17% А 20 з, 34% Я 02, 6% К 20 и 19%СаРг с отношением оксидов 1,1, В электродесодержалось 0,35% магния. Количество добавки оксида магния для получения максимально допустимого содержания магния вслитке составило 17% (отношение 6,0). Врезультате получен качественный слиток ссодержанием магния 0,15%. Выход годногоповышен до 90%,П р и м е р 4, Аналогично примеру 1проведен ЭШП электрода никеля НПсразведением в кристаллизаторе флюса состава 18% СаО, 11% А 20 з. 20% 502, 2%Ва 20 и 49% СаР 20. в котором оксидное отношение равно 1,0. Электрод содержал0,04% магния. Для сохранения магния вслитке добавка оксида магния равна 20%(отношение 0,8). Полученный слиток содержал минимальное количество магния0,02%. Выход годного - 91%.Разработанный способ ЭШП никеляимеет следующие преимущества: позволяетвести процесс переплава в полунепрерывном режиме с использованием подвижногокристаллизатора (или с вытягиванием слитка), многократно увеличивая длину и соответственно массу наплавляемых слитковЭШП. В результате резко снижается доляотходов в обреэь и трудоемкость переплава(за счет уменьшения доли вспомогательныхопераций); позволяет переплавлять расходуемые электроды с неоднородным содержанием магния по высоте. в том числесоставные электроды с различной концентрацией магния (0,04-0,4 мас,%), дает возможность существенно сократить бракслитков никеля по химсоставу,Сокращение доли отходов в обрезь ибрака слитков по химсоставу позволит существенно повысить выход годного но пла(56) Заявка Японии Г 1 55-35452, кп, С 225 С 1/02, 1980. Заявка Яг 1 онии гл 61-183419. кл. С 22 В 9/18, 1986,Формула изобретения 30 СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НИКЕЛЯ, включающий наведение в кристаллизаторе флюса и переплав расходуемых электродов с введением оксида магния в образую щийся шлак, отличающийся тем, что наводят флюс, содержащий мас.: оксид кальция - 18 - 24, оксид алюминия - 11 - 17, кремния - 20 - 34, оксид натрия и/или оксид калия - 2 - 6 и фторид кальция - осталь 40 Составитель В.ИзмайловРедактор А.Купрякова Техред М,Моргентал Корректор В.Петрэш Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 3113 Производственно.издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул Ел э; 1 101 вил ь ному переделу (до 95%), Ьлэодэ ря высокой плотности и повышенной плэстичности электрошлакового ме 1 алла при изготовлении из слитков никеля НПпроволочных полуфабрикатов выход годного по прокатно-волочильному переделу увеличился до 85-90 вместо 63-74 по действующей технологии передела сли 1 ов наполнительного литья. ное, при массовом отношении 802/СаОМа 20(К 20) 1,0- 1,7, при этом оксидмагния вводят в количестве 2 - 20% от массы шлака и содержание оксида магния поддерживают в процессе перег 1 лэва по соотношению (М 90)/МЧЬл = 0,8 - 6,0, где (М 90) - количество вводимого оксида магния,от массы шлака, М 9)эл - содержание магния в расходуемом электроде в пределах 0,04 - 0,40%,

Смотреть

Заявка

5036816, 10.04.1992

Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов

Измайлов Виктор Александрович, Фридлянский Рэм Михайлович, Орлова Людмила Михайловна, Клевцов Александр Андреевич, Мельникова Мария Сергеевна, Токарь Виктор Степанович

МПК / Метки

МПК: C22B 9/18

Метки: металлов, никеля, переплава, преимущественно, цветных, электрошлакового

Опубликовано: 15.10.1993

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-2001136-sposob-ehlektroshlakovogo-pereplava-cvetnykh-metallov-preimushhestvenno-nikelya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никеля</a>

Похожие патенты