RU2001136C1 - Способ электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никел - Google Patents

Abstract

Использование в области металлургии, конкретно при электрошлаковом переплаве преимущественно никел  Сущность изобретени , способ электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никел , включает наведение в кристаллизаторе флюса и переплав расходуемых электродов с введением оксида магни  в образующийс  шлак. При наведении используют флюс, содержащий мас.%: 18-24 оксида кальци , 11-17 оксида алюмини , 20 - 34 оксида кремни , 2-6 оксида натри  и/или оксида кали  и фторид кальци  - остальное, при массовом отношении SiO /CaO+Na 0(K 0) 1,0 - 1,7. Оксид магни  ввод т в количестве 2 - 20% от массы шлака, причем содержание оксида магни  поддерживают в процессе лерпеплава по отношению (MgO) 0.8 - 6,0, где MMgO - количество вводимого оксида магни , % от массы шлака; Mg - содержание эл магни  в расходуемом электроде в пределах 0,04 0 ,40% Способ позвол ет получать слитки никел  с заданным содержанием магни  и повысить выход годного. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к области металлургии , в частности к электрошлаковому переплаву (ЭШП) преимущественно никел .

Известен способ ЭШП слитков 20%-но- го никелевого сплава, содержащего магний, включающий наведение в кристаллизаторе флюса на основе фторида кальци  с добавкой 2-20% оксида магни  и/или 2-25% фторида магни .

Этот способ не может быть применен дл  ЭШП никел , во-первых, потому, что используемый флюс имеет недостаточно широкий интервал затвердевани  и вследствие этого непригоден дл  переплава в подвижном кристаллизаторе и, во-вторых, отсутствует возможность регулировани  величины угара магни  в процессе переплава, что не позвол ет получать слитки ЭШП с заданным и однородным содержанием магни  по высоте. Кроме того, вследствие высокой газопроницаемости флюса возрастают величина и нестабильность угара магни .

Известно техническое решение, в котором дл  сварки используют флюс АН-20, содержащий , (мас.%):

Фторид кальци 25-33

Оксид кальци 3-9

Оксид алюмини 27-32

Оксид кремни 19-24

Оксид магни 9-13

Сумма оксидов

натри  и кали 2.0-3,0.

Основным недостатком этого флюса при использовании дл  ЭШП никел   вл етс  высокое электросопротивление шлакового расплава. обусловливающее повышенную температуру процесса ЭШП, что способствует окислению магни . Кроме того, вследствие низкого содержани  оксидов кальци  во флюсе не происходит полное св зывание оксида кремни  в прочные силикаты , это обусловливает высокую его активность в шлаковом расплаве и стимулирует восстановление кремни  магнием из металлического расплава. При высокой температуре процесса ЭШП это  вление усиливаетс  и в конечном итоге приводит к повышенному угару магни  и загр знению расплава кремнием. В результате увеличиваетс  брак слитков, что резко снижает выход-годного.

Известен способ ЭШП меди и медных сплавов, включающий наведение в кристаллизаторе базового флюса типа CaFg - - NasAIFe или CaF2 - А120з - LiF, переплав расходуемых электродов с введением одного или нескольких оксидов из следующего р да, мас.%: 5-20 SI02. 10ТЮ2. 5 Na20. 5 МпО, 5 ВаО и 10 МдО, дл  получени  шлака с заданными электросопротивлением и температурой плавлени  в пределах 0.15-1.5 Ом см и 800-1200°С соответственно . Этот способ  вл етс  наиболее близким по технической сущности к предлагаемому

и прин т в качестве прототипа

Основными недостатками этого способа применительно к ЭШП никел   вл ютс : флюс имеет узкий интервал затвердевани  и не может быть эффективно использован

при переплаве в подвижном кристаллизаторе: наличие во флюсе термодинамически малопрочных фторидов (криолита, фторида лити ) способствует протеканию реакций фторировани  магни ,что приводит не только к повышенному и нестабильному угару магни , но и к нежелательному загр знению никел  алюминием и литием и браку металла по обеим этим причинам: при более высокой температуре переплава никел  (в

сравнении с медью и ее сплавами) существенно возрастает испарение содержащихс  во флюсе легколетучих фторидов алюмини  и лити  и происходит быстрое вырождение флюса. Это приведет к неустойчивости процесса ЭШП и, как следствие, к нестабильности угара магни , ухудшению качества слитков и снижению выхода годного, отсутствие возможности регулировани  величины угара магни  в процессе переплава не

позвол ет получать годный слиток ЭШП из электродов с неоднородным содержанием магни  по высоте.

Изобретение позвол ет получать слитки никел  с заданным содержанием магни 

и повысить выход годного.

Это достигаетс  способом электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никел , включающим наведение в кристаллизаторе флюса и переплав расходуемых электродов с введением оксида магни  в образующийс  шлак, в котором пи наведении используют флюс, содержащий , мас.%: 18-24 оксида кальци , 11-17 оксида алюмини : 20-34 оксида кремни . 2-6 оксида натри  и/или оксида кали  и фторид кальци  - остальное, при массовом

Si°21.0-1.7: ок

отношении -.--сид магни  ввод т в количестве 2-20% от

массы шлака, причем содержание оксида магни  поддерживают в процессе переплава по отношению (МдО),л - 0.8-6,0, где (МдО) - количество вводимого оксида магни , % от массы шлака: Мд)Л содержание магни  в электроде в пределах 0.04-0,40 мас.%.

Техническа  сущность изобретени  заключаетс  в следующем

Дл  получении слитков никел , содержащих заданное количество магни  (в пределах 0.02-0.15 мас.%). переплав электродов провод т с использованием ба- зопого флюга определенного состава В образующийс  Е процессе переплава шлак ввод т оксид магни  в количестве 2-20%. В зависимости от Фактического содержани  магни  . электродах конкретное количество вводимого оксида магни  определ ют и поддерживают по экспериментально полученной зависимости, выраженной отношением

(МдО) -0.8-6.0.

При вводе оксида магни  в шлаковый расплав измен ютс  услови  протекани  реакции окислени  магни  Mg МеО (МдО). Увеличение в шлаке доли оксида магни  приводит к уменьшению скорости и полноты окислени  магни  электрода. Поэтому , поддержива  в процессе переплава определенную концентрацию оксида магни  в шлаке, можно целенаправленно измен ть величину угара магни , содержащегос  в электроде, получа  заданное содержание магни  в слитке ЭШП. При этом дл  достижени  в слитке однородной по высоте концентрации магни  при использовании составного (например, сварного) электрода отдельные его части располагаютс  в пор дке убывани  в них содержани  магни . Определение количества оксида магни  провод т дл  каждой части электрода, а в процессе переплава последовательно ввод т в шлаковую ванну требуемое количество оксида магни .

Дл  достижени  максимального угара магни  при ЭШП и получени  минимального содержани  магни  в слитке (0,02%)-ис- пользуют соотношение 6,0, но при этом в электродах содержание .магни  должно быть в пределах 0 30 0.40% а количество оксида магни  - в пределах 15-20%

Разработанное соотношение позвол ет получать в слитках заданное содержание магни  в интервале 0.02-0,15% при переплаве электродов с широкими пределами содержани  магни  0,04-0 40%.

Уменьшение этого соотношени  ниже 0,8 не обеспечивает получение содержани  магни  в слитке на нижнем пределе 0.02%, что может привести к образованию газовых пор и снижению ры ода i одного Превышение соотношонипм м 0 пригн дш к браку по химсоставу fco/vp-1 анис магни  выше О 15%) и соотг тп nvMjinr-My уменьшению выхода i одною

Дл  получении г киюп никел  марок НП-2 НП-3 и ;;п в -.ivpiu содержание м 1гни  г граничат) п 107 разработанное

соотношение рекомендуетс  использовать в пределах 0,8-3,5.

Дл  слитков никел , в которых содержание магни  составл ет 0.1-0.15% (нлпри 5 мер, НМг-0,11), разработанное соотношение целесообразно использовать в пределах 3,5-6.0.

При выборе основы флюса использовали термодинамически прочные оксиды капь10 ци , алюмини  и кремни  и фторид кальци  (дл  снижени  опасности вырождени  флюса и повышени  тем самым стабильности процесса ЭШП), а сочетание оксидов и пределы их содержани  выбраны с расче5 том, чтобы оксидна  составл юща  была близка к кислой или нейтральной системам, Такие системы обладают меньшей газопроницаемостью и гигроскопичностью, а следо- вательно, и лучше защищают

0 металлический расплав от окислени . Все это способствует определенному снижению и, главное, стабилизации угара магни  при переплаве.

Далее соотношение компонентов в бз5 зовом флюсе выбрано с учетом того, чтобы образующийс  после ввода оксида магни  шлак обладал необходимыми физико-химическими свойствами (достаточно широким интервалом затвердевани , определенной

0 температурой плавлени ) дл  осуществлени  переплава никел  не только в стационарном , но и, главным образом, в подвижном кристаллизаторах.

Пределы содержаний и отношени  ком5 понентов в исходном флюсе выбраны из следующих соображений.

Компоненты флюса вз ты с массовым

отношением Са0 + 1 ° 1 70 которое  вл етс  показателем кислотности оксидной части флюса. Флюсы с такими отношени ми оксидов  вл ютс  нейтральными или кислыми и имеют низкую газопроницаемость и гигроскопичность.

5Нижний предел этого отношени  1.0 выбран с учетом того, что добавление во флюс основного оксида магни  в процессе переплава уменьшает отношение кислых и основных компонентов до 0,5-0,9. т е флюс

0 сохран ет приемлемую газопроницаемость и гигроскопичность при достаточно низкой в зкости.

Приуменьшении этого соотношени  ниже 1,0 флюс приобретает основные спойст5 ва. при этом заметно увеличиваетс  его газопроницаемость, способствующе интенсивному угару магни  из никг ч л при вводе оксида магни , особенно на с -:пе 20 мас.%, повышаетс  его в зкость за повышеми  температуры плавлени  шлака. Все это может привести к образованию дефектов слитка и, следовательно, снижению выхода годного.

Верхний предел отношени  1,7 выбран исход  из того, что при добавлении в ходе переплава оксида магни  отношение содержани  кислого оксида кремни  к содержанию основных компонентов снижаютс  до 0,9-1,5, что обеспечивает достаточно широкий интервал затвердевани  и хорошую пластичность гарнисажа при низкой газопроницаемости и гигроскопичности. Превышение отношением величины 1,7 приводит к сдвигу систем 5Ю2-СаО-МагО в сторону резкого увеличени  температуры плавлени , что ухудшает качество поверхности слитка и снижает устойчивость процесса ЭШП. Кроме того, повышаетс  относительное количество свободного оксида кремни , что приводит к увеличению в зкости расплава шлака при температурах переплава и образованию дефектов структуры слитка (большое количество неметаллических включений, шлаковые включени  и др.,), а также ухудшению поверхности слитка (по влению гофр, шлаковых включений и др.). Наличие значительного количества свободного оксида кремни  увеличивает его активность в шлаковом расплаве и вызывает рост примеси кремни  в никеле выше требований ГОСТа за счет восстановлени  его магнием , что приводит к браку слитков по химсоставу, уменьша  выход годного.

Пределы содержани  оксида алюмини  составл ют 11-17 мас.%. При содержании его менее 11% увеличиваетс  электропроводность шлака и подводима  электроэнерги  не обеспечивает необходимый разогрев шлаковой ванны. Это приводит к нестабильности процесса, ухудшению поверхности слитка и уменьшению выхода годного.

Содержание оксида алюмини  выше 17% приводит к значительному перегреву шлаковой ванны, образованию глубокой жидкометаллической ванны и, следовательно , возникновению дефектов в слитке, а также к большему угару магни  из никел  Все это уменьшает выход годного.

Оксид кальци  во флюсе содержитс  в пределах 18-24 мас.%. Уменьшение его содержани  ниже 18% приводит к увеличению отношени  кислых и основных окислов выше 1,7, т.е. флюс становитс  более кислым, что увеличивает его в зкость и повышает относительное содержание свободного оксида кремни . Это увеличивает содержание кремни  в металле, ухудшает услови  формировани  слитка и, следовательно, снижает качество получаемых слитков

Содержание оксида кальци  во флюсе выше 24% повышает температуру плавлени  флюса, а в процессе переплава и температуру плавлени  шлака, особенно при

высоком содержании оксида магни , увеличивает гигроскопичность флюса, что приводит к образованию дефектов в слитке и уменьшению выхода годного.

Оксид кремни  содержитс  во флюсе в

0 количестве 20-34 мэс.%. Уменьшение его содержани  ниже 20% приводит к снижению выбранного предела отношени  кислого и основных оксидов флюса ниже 1,0, т.е. флюс становитс  более основным. Это уво5 ли- ивает газопроницаемость шлаковой ванны при переплаве и, следовательно, угар магни  из металлического расплава, что вызывает образование газовой пористости в слитках и увеличивает их брак.

0Превышение содержани  оксида кремни  во флюсе более 34% приводит к чрезмерному повышению кислых свойств флюса,в частности в зкости, и загр знению металла примесью кремни . Все это ухуд5 шает качество слитков, повышает брак и уменьшает выход годного.

Оксид натри  (оксид кали ) во флюсе содержитс  в пределах 2-6%. Добавка оксида натри  (оксида кали ) приводит к образо0 ванию сложных комплексных соединений силикатов натри  (кали ), св зывающих свободные окгиды кремни  и имеющих низкую температуру плавлени .

Уменьшение содержани  оксида натри 

5 (оксида кали ) ниже 2% не дает необходимого снижени  температуры плавлени  флюса и не уменьшает его в зкость, обусловленную наличием значительной доли оксидов кальци  и кремни  в виде

0 ортосиликатов кальци . Флюс с такими

свойствами не обеспечит получение с итков

с качественной поверхностью (особенно

при ЭШП в подвижном кристаллизаторе).

При содержании оксида натрии (оксида

5 кали ) выше 67о снижаетс  кислотность шлакового расплава (отношение оксида кремни  к основным оксидам меньше 1). что увеличивает его газопроницаемость и, следовательно , угар магни  из никел , повыша0 етс  нестабильность состава шлака из-за значительного испарени  оксида натри  в процессе высокотемпературною переплава . Это ухудшает качество поверхности слитков и увеличивает брак по химанали у.

5Фторид кальци  содержитс  во флюсе в

количестве 19-49 мас.%. При содержании менее 19% возрастает дол  оксидной составл ющей флюса, sro приводит к увеличению температуры плавлени  флюса, угара магни , электросопротИВЛРИИЧ шллковой

ванны и, следовательно, к образованию дефектов поверхности слитка.

Увеличение содержани  фторида кальци  во флюсе выше 49% приводит к уменьшению доли оксидной составл ющей флюса, увеличению газопроницаемости шлакового расплава, уменьшению интервала его затвердевани . За счет этого увеличиваетс  угар магни  из расплава никел  и затрудн етс  использование подвижного кристаллизатора дл  ЭШП. что приводит к увеличению дефектов слитков и снижению выхода годного.

Оксид магни  ввод т в количестве 2- 20% от массы шлака. При содержани х оксида магни  ниже 2% наблюдаетс  значительный и нестабильный угар магни  из никел  (80-95%). При переплаве электродов с содержанием магни  0.05-0,20% могут быть получены слитки, в которых содержитс  менее 0,01 % магни  и наблюдаетс  газова  пористость, что снижает выход годного.

При содержании оксида магни  более 20% повышаетс  в зкость шлакового расплава . Это затрудн ет процесс переплава и ухудшает качество получаемого слитка (загр знение неметаллическими включени ми , дефекты поверхности слитка и др.). В результате уменьшаетс  выход годного.

Результаты испытаний и параметры известного и предлагаемого способов приведены в таблице

Пример 1. Переплав никел  НП-2 производили на установке ЭШР-2.5ВГ в подвижном кристаллизаторе диаметром 110 мм при напр жении 45-55 В и силе тока 0,5-2 кА. В кристаллизаторе наводили флюс, содержащий 20% СаО. 15% , 29% 5Ю2, 4%Мз20 и 32% СаР2 с массовым отношениSiO2 . 0 ,,

ем р п I к)-рт 1.2. Исходные электроды

содержали 0.12, 0.14 и 0,17% магни . Дл  получени  содержани  магни  на уровне 0,055% дл  никел  марки НП-2 величина отношени  составила 2.2 По этому отношению дл  указанных электродов количество добавки оксида магни  составило 18, 16 и 13% соответственно Электроды были сварены и переплавлены в следующей последовательности: 0 17, 0.14 и 0.12% магни . В процессе переплава после наведени  базового флюса в кристаллизаторе и начала плавлени  электрода ввели оксид магни  в количестве 13% от массы образующегос  шлака, затем при переходе к плавлению второго электрода добавили 3% оксида магни  и при переходе к плавлению третьего электрода ввели дополнительно еще 2% оксида магни  Анализ состава полученного

слитка показал стабильность содержани  магни  по высоте всего слигка (0,0,54- 0,057% магни ). Выход годного повышен до 95%.

5Пример 2. Аналогично примеру 1

проведена плавка ЭШП никел  НП-2 в подвижном кристаллизаторе под флюсом, содержащим 18% СаО. 17% , 34% SI02, 2% Na20 и 29% CaF2 с массовым отношени0 ем оксидов 1,7. Расходуемый электрод содержал 0,40% магни . Дл  получени  минимального содержани  магни  в слитке величина отношени  составила 0,8, а содер- жани добавки оксида магни  - 2%. В ре5 зультате плавки получен слиток с содержанием магни  0.02%, а выход годного повышен до 91%.

ПримерЗ. Аналогично примеру 1 проведена плавка ЭШП никел  марки НМг0 0,11 с использованием флюса состава 24% СаО, 17% А120з, 34% SI02, 6% К20 и 19% СаР2 с отношением оксидов 1,1. В электроде содержалось 0.35% магни . Количество добавки оксида магни  дл  получени  макси5 мально допустимого содержани  магни  в слитке составило 17% (отношение 6,0). В результате получен качественный слиток с содержанием магни  0,15%. Выход годного повышен до 90%,

0П р и м е р 4, Аналогично примеру 1

проведен ЭШП электрода никел  НП-2 с разведением в кристаллизаторе флюса состава 18% СаО, 11% . 20% 5Ю2, 2% №20 и 49% CaF20, в котором оксидное от5 ношение равно 1,0. Электрод содержал 0,04% магни . Дл  сохранени  магни  в слитке добавка оксида магни  равна 20% (отношение 0,8). Полученный слиток содержал минимальное количество магни  0 0,02%. Выход годного-91%.

Разработанный способ ЭШП никел  имеет следующие преимущества: позвол ет вести процесс переплава в полунепрерывном режиме с использованием подвижного

5 кристаллизатора(или с выт гиванием слитка ), многократно увеличива  длину и соответственно массу наплавл емых слитков ЭШП. В результате резко снижаетс  дол  отходов в обрезь и трудоемкость переплава

0 (за счет уменьшени  доли вспомогательных операций); позвол ет переплавл ть расходуемые электроды с неоднородным содержанием магни  по высоте, в том числе составные электроды с различной концент5 рацией магни  (0,04-0,4 мас.%), дает возможность существенно сократить брак слитков никел  по химсоставу.

Сокращение доли отходов в обрезь и брака слитков по химсоставу позволит существенно повысить выход годного по плавильному переделу (до 95%) Благодар  высокой плотности и повышенной пластичности электрошлакового металла при изготовлении из слитков никел  НП-2 проволочных полуфабрикатов выход годного по 5 С 1/02, 1980

прокатно-волочильному переделу увели-За вка Японии № 61-183419 кл С 22

чилс  до 85-90% вместо 63-74% по действу- В 9/18, 1986

ющеи технологии передела слитков напол нитрльного пить 

(56) За вка Японии N-55 35452 кл С 22

Claims (1)

1. Формула изобретени 30

   СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НИКЕЛЯ,

   включающий наведение в кристаллизаторе флюса и переплав расходуемых электродов с введением оксида магни  в образую- 35 щийс  шлак, отличающийс  тем, что навод т флюс, содержащий мас.%: оксид кальци  - 18 - 24, оксид алюмини  - 11 - 17, кремни  - 20 - 34, оксид натри  и/или ок40

   сид кали  - 2 - 6 и фторид кальци  - осталь

   ное, при массовом отношении Si02/CaO - Na20(KaO) 1,0 - 1,7, при этом оксид магни  ввод т в количестве 2-20% от массы шлака и содержание оксида магни  поддерживают в процессе переплава по соотношению (МдО) 0,8 - 6,0, где (МдО) - количество вводимого оксида магни , % от массы шлака, Мд,л - содержание магни  в расходуемом электроде в пределах 0,04 - 0,40%.