Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки
В настоящее время процесс непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок за счет технико-экономических показателей позиционируется как наиболее рациональный способ получения заготовок для дальнейшего передела. Основным узлом машин непрерывного литья заготовок является медный крис...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132802 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки / В.Г. Кожемякин, В.А. Шаповалов, В.Р. Бурнашев, Т.И. Грищенко, Д.А. Калашник // Современная электрометаллургия. — 2016. — № 4 (125). — С. 45-50. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132802 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кожемякин, В.Г. Шаповалов, В.А. Бурнашев, В.Р. Грищенко, Т.И. Калашник, Д.А. 2018-04-27T09:43:03Z 2018-04-27T09:43:03Z 2016 Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки / В.Г. Кожемякин, В.А. Шаповалов, В.Р. Бурнашев, Т.И. Грищенко, Д.А. Калашник // Современная электрометаллургия. — 2016. — № 4 (125). — С. 45-50. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0233-7681 DOI: doi.org/10.15407/sem2016.04.07 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132802 669.187.2:533.9:62-41.002 В настоящее время процесс непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок за счет технико-экономических показателей позиционируется как наиболее рациональный способ получения заготовок для дальнейшего передела. Основным узлом машин непрерывного литья заготовок является медный кристаллизатор, который в процессе непрерывной разливки изнашивается под тепловым и механическим воздействием образовавшейся твердой корочки закристаллизовавшегося металла. Предложена схема легирования поверхностного слоя плит кристаллизаторов, которая позволит в нижней части и у краев рабочей поверхности кристаллизатора вводить различные добавки с заданной концентрацией, что обеспечит различную износостойкость по плоскости кристаллизатора. Рассмотрен способ получения медных лигатур с высокореакционными металлами (Cr, Zr, Hf и др.) в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки. Приведены результаты физико-химических исследований по взаимодействию легирующих элементов (Zr, Hf, Ti, Cr, Ag, Ni, В) с медью в условиях плазменно-дугового переплава. Даны технологические режимы выплавки медных лигатур на плазменно-дуговых установках ОБ-1957 и УПП-3. Определен химический состав и степень усвоения каждого элемента в медной лигатуре. Показано распределение легирующих элементов в меди по глубине ванны лигатуры. At present the process of continuous casting of steel in the machines of continuous casting of billets due to technical economical characteristics is positioned as the most rational method of producing billets for next processing. The main unit of the machines for continuous casting of billets is a copper mould, which during the process of continuous casting is worn out under thermal and mechanical effect of the formed hard crust of the solidified metal. The scheme of alloying of surface layer of plates of mould was offered, which will allow introducing different additives with the preset concentration in the lower part and near the edges of the working surface, which will provide a different wear resistance along the plane of the mould. The method of producing copper master alloys with highly-reactive metals (Cr, Zr, Hf, etc.) under conditions of plasma arc skull melting was considered. The results of physical chemical investigations on interaction of alloying elements (Zr, Hf, Ti, Cr, Ar, Ni, B) with copper under conditions of plasma arc remetling are given. The technological conditions of melting out of copper master alloys in plasma arc units OB-1957 and UPP-3 are given. Chemical composition and degree of assimilation of each element in the copper master alloy was determined. The distribution of alloying elements in copper in the depth of master alloy pool was shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Плазменно-дуговая технология Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки Melting of copper master alloys with highly-reactive metals under conditions of plasma-arc skull melting Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки |
| spellingShingle |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки Кожемякин, В.Г. Шаповалов, В.А. Бурнашев, В.Р. Грищенко, Т.И. Калашник, Д.А. Плазменно-дуговая технология |
| title_short |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки |
| title_full |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки |
| title_fullStr |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки |
| title_full_unstemmed |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки |
| title_sort |
выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки |
| author |
Кожемякин, В.Г. Шаповалов, В.А. Бурнашев, В.Р. Грищенко, Т.И. Калашник, Д.А. |
| author_facet |
Кожемякин, В.Г. Шаповалов, В.А. Бурнашев, В.Р. Грищенко, Т.И. Калашник, Д.А. |
| topic |
Плазменно-дуговая технология |
| topic_facet |
Плазменно-дуговая технология |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Melting of copper master alloys with highly-reactive metals under conditions of plasma-arc skull melting |
| description |
В настоящее время процесс непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок за счет технико-экономических показателей позиционируется как наиболее рациональный способ получения заготовок для дальнейшего передела. Основным узлом машин непрерывного литья заготовок является медный кристаллизатор, который в процессе непрерывной разливки изнашивается под тепловым и механическим воздействием образовавшейся твердой корочки закристаллизовавшегося металла. Предложена схема легирования поверхностного слоя плит кристаллизаторов, которая позволит в нижней части и у краев рабочей поверхности кристаллизатора вводить различные добавки с заданной концентрацией, что обеспечит различную износостойкость по плоскости кристаллизатора. Рассмотрен способ получения медных лигатур с высокореакционными металлами (Cr, Zr, Hf и др.) в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки. Приведены результаты физико-химических исследований по взаимодействию легирующих элементов (Zr, Hf, Ti, Cr, Ag, Ni, В) с медью в условиях плазменно-дугового переплава. Даны технологические режимы выплавки медных лигатур на плазменно-дуговых установках ОБ-1957 и УПП-3. Определен химический состав и степень усвоения каждого элемента в медной лигатуре. Показано распределение легирующих элементов в меди по глубине ванны лигатуры.
At present the process of continuous casting of steel in the machines of continuous casting of billets due to technical economical characteristics is positioned as the most rational method of producing billets for next processing. The main unit of the machines for continuous casting of billets is a copper mould, which during the process of continuous casting is worn out under thermal and mechanical effect of the formed hard crust of the solidified metal. The scheme of alloying of surface layer of plates of mould was offered, which will allow introducing different additives with the preset concentration in the lower part and near the edges of the working surface, which will provide a different wear resistance along the plane of the mould. The method of producing copper master alloys with highly-reactive metals (Cr, Zr, Hf, etc.) under conditions of plasma arc skull melting was considered. The results of physical chemical investigations on interaction of alloying elements (Zr, Hf, Ti, Cr, Ar, Ni, B) with copper under conditions of plasma arc remetling are given. The technological conditions of melting out of copper master alloys in plasma arc units OB-1957 and UPP-3 are given. Chemical composition and degree of assimilation of each element in the copper master alloy was determined. The distribution of alloying elements in copper in the depth of master alloy pool was shown.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132802 |
| citation_txt |
Выплавка медных лигатур с высокореакционными металлами в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки / В.Г. Кожемякин, В.А. Шаповалов, В.Р. Бурнашев, Т.И. Грищенко, Д.А. Калашник // Современная электрометаллургия. — 2016. — № 4 (125). — С. 45-50. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kožemâkinvg vyplavkamednyhligatursvysokoreakcionnymimetallamivusloviâhplazmennodugovoigarnisažnoiplavki AT šapovalovva vyplavkamednyhligatursvysokoreakcionnymimetallamivusloviâhplazmennodugovoigarnisažnoiplavki AT burnaševvr vyplavkamednyhligatursvysokoreakcionnymimetallamivusloviâhplazmennodugovoigarnisažnoiplavki AT griŝenkoti vyplavkamednyhligatursvysokoreakcionnymimetallamivusloviâhplazmennodugovoigarnisažnoiplavki AT kalašnikda vyplavkamednyhligatursvysokoreakcionnymimetallamivusloviâhplazmennodugovoigarnisažnoiplavki AT kožemâkinvg meltingofcoppermasteralloyswithhighlyreactivemetalsunderconditionsofplasmaarcskullmelting AT šapovalovva meltingofcoppermasteralloyswithhighlyreactivemetalsunderconditionsofplasmaarcskullmelting AT burnaševvr meltingofcoppermasteralloyswithhighlyreactivemetalsunderconditionsofplasmaarcskullmelting AT griŝenkoti meltingofcoppermasteralloyswithhighlyreactivemetalsunderconditionsofplasmaarcskullmelting AT kalašnikda meltingofcoppermasteralloyswithhighlyreactivemetalsunderconditionsofplasmaarcskullmelting |
| first_indexed |
2025-11-24T16:07:14Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:07:14Z |
| _version_ |
1850850751447826432 |
| fulltext |
45ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 669.187.2:533.9:62-41.002
ВЫПЛАВКА МЕДНЫХ ЛИГАТУР
С ВЫСОКОРЕАКЦИОННЫМИ МЕТАЛЛАМИ В УСЛОВИЯХ
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОй ГАРНИСАжНОй ПЛАВКИ
В. Г. Кожемякин, В. А. Шаповалов, В. Р. Бурнашев,
Т. И. Грищенко, Д. А. Калашник
Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.
03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
В настоящее время процесс непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок за счет
технико-экономических показателей позиционируется как наиболее рациональный способ получения загото-
вок для дальнейшего передела. Основным узлом машин непрерывного литья заготовок является медный кри-
сталлизатор, который в процессе непрерывной разливки изнашивается под тепловым и механическим воздей-
ствием образовавшейся твердой корочки закристаллизовавшегося металла. Предложена схема легирования
поверхностного слоя плит кристаллизаторов, которая позволит в нижней части и у краев рабочей поверхности
кристаллизатора вводить различные добавки с заданной концентрацией, что обеспечит различную износостой-
кость по плоскости кристаллизатора. Рассмотрен способ получения медных лигатур с высокореакционными
металлами (Cr, Zr, Hf и др.) в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки. Приведены результаты физи-
ко-химических исследований по взаимодействию легирующих элементов (Zr, Hf, Ti, Cr, Ag, Ni, В) с медью в
условиях плазменно-дугового переплава. Даны технологические режимы выплавки медных лигатур на плаз-
менно-дуговых установках ОБ-1957 и УПП-3. Определен химический состав и степень усвоения каждого эле-
мента в медной лигатуре. Показано распределение легирующих элементов в меди по глубине ванны лигатуры.
Библиогр. 7, табл. 2, ил. 6.
К л ю ч е в ы е с л о в а : медная плита; кристаллизатор МНЛЗ; лигатура; легирование; поверхностный слой;
медные сплавы; плазменно-дуговой переплав
При непрерывной разливке стали формирование
слитков происходит в кристаллизаторах машин
непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), изготов-
ленных из медных панелей (плит), которые экс-
плуатируются в напряженных температурных
условиях и подвергаются механическому износу.
Износ рабочей поверхности плит кристаллизато-
ра наблюдается приблизительно от середины его
длины и увеличивается по направлению движе-
ния металла к нижней части в результате трения
закристаллизовавшегося металла о стенки. Это
приводит к изменению исходной геометрии се-
чения кристаллизатора, что негативно сказывает-
ся на качестве литых заготовок. После 50–60-ти
плавок изношенные кристаллизаторы отправляют
на ремонт, который заключается в механической
обработке поверхности (острожке). Пройдя 4...8
ремонтных циклов, медные панели утилизируют-
ся. Таким образом, составляющие медные элемен-
ты кристаллизатора довольно быстро выходят из
строя, что приводит к значительным материаль-
ным потерям [1].
Эффективным методом повышения износостой-
кости является упрочнение металла, достигаемое в
процессе холодной деформации. Однако при раз-
ливке металла температура рабочей поверхности
плиты кристаллизатора достигает 300...400 оС, что
приводит к рекристаллизации и разупрочнению
меди. Поэтому для повышения температуры рекри-
сталлизации и стойкости плит используют медные
сплавы БрХ1Цр, МН2,5КоКрХ и др. Во многих
случаях износ медной стенки кристаллизатора мо-
жет быть снижен с помощью нанесения защитных
покрытий газотермическим напылением или элек-
трохимическим способом на поверхность кристал-
лизатора. Главным недостатком данных покрытий
является их незначительная толщина (до 1 мм). По-
лучение покрытий большей толщины сопряжено
с опасностью снижения прочности сцепления по-
крытия с медной основой [1].
В этой связи наибольший интерес представля-
ют методы, с помощью которых достигается вос-
становление и упрочнение поверхностных слоев
медных плит кристаллизаторов. К ним можно
отнести способы восстановления и упрочнения
поверхности с применением концентрированных
источников энергии (электронный и лазерный
луч, плазменная дуга). Способ плазменно-дугово-
го рафинирования поверхностного слоя (ПДРП),
© В. Г. КОЖЕМЯКИН, В. А. ШАПОВАЛОВ, В. Р. БУРНАШЕВ, Т. И. ГРИЩЕНКО, Д. А. КАЛАШНИК, 2016
46 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
по нашему мнению, может оказаться наиболее
приемлемым для решения данной проблемы [1].
Совмещение ПДРП с легированием поверх-
ностного слоя позволит не только удалять поверх-
ностные дефекты с медных панелей кристалли-
заторов, но и повышать их износостойкость при
незначительном снижении теплопроводности [1,
2]. Однако многолетний опыт, накопленный в Ин-
ституте электросварки им. Е. О. Патона НАНУ не
может быть применен непосредственно для реше-
ния данной проблемы. Необходимы дополнитель-
ные исследования по изучению процесса восста-
новления изношенного поверхностного слоя и его
легирования различными добавками с изменяю-
щейся концентрацией элементов по поверхности
плиты в условиях плазменно-дугового переплава
(ПДП) поверхностного слоя с последующей тер-
мической обработкой для упрочнения полученно-
го легированного слоя.
Для повышения стойкости поверхностного
слоя медной плиты кристаллизатора МНЛЗ раз-
работана схема введения легирующих элементов
с изменяющейся концентрацией по площади при
ПДП поверхностного слоя. Схему легирования
разрабатывали исходя из условий работы кри-
сталлизатора МНЛЗ, где максимальная тепловая
нагрузка находится в зоне мениска (100…150 мм
от верхней части кристаллизатора), а максималь-
ное истирающее воздействие происходит в углах
и в нижней части плиты кристаллизатора [1, 3–5].
Для обеспечения равномерного износа плиты
кристаллизатора предполагается повышать содер-
жание легирующих элементов в тех местах, где
наблюдается повышенный износ. При этом были
выделены три основные зоны. В первой зоне пли-
ты необходим максимальный теплоотвод от жид-
кого металла. Медь в данной зоне должна быть с
высокой теплопроводностью, а значит содержать
минимальное количество примесей. Вторая зона
находится там, где возникают первые признаки
износа, примерно на 70…150 мм ниже линии ме-
ниска. Причиной износа является затвердевание
металла и образование твердой корочки. В тре-
тьей зоне (край и нижняя часть медной плиты кри-
сталлизатора) происходит максимальное истира-
ющее воздействие. При движении металла через
кристаллизатор в зоне взаимодействия поверхно-
стей жидкий металл оказывает ферростатическое
давление на затвердевшую корочку (оболочку).
Затвердевшая корочка, в свою очередь, оказывает
давление на плиту кристаллизатора, что приводит
к ее абразивному износу. Причиной износа краев
плиты является быстрое затвердевание металла и
образование твердой корочки в углах вследствие
двумерного теплового потока. Износ нижней ча-
сти связан с усадкой широкой стороны заготовки
в направлении, перпендикулярном поверхности
узкой стенки плиты. По опытным данным зона
износа плиты достигает 400…650 мм от низа
кристаллизатора [3–5]. Таким образом, в нижней
части и у краев плиты следует вводить лигатуру
с повышенным содержанием легирующих эле-
ментов (рис. 1). На рис. 1, а представлена схема,
которая предполагает постепенное увеличение
концентрации легирующих элементов в нижней
части плиты, а на рис. 1, б — повышенное содер-
жание в нижней части и у краев ее поверхности.
Для надежного воспроизведения заданного со-
става сплава по данным схемам в поверхностном
слое при легировании медной плиты кристалли-
затора МНЛЗ, к которой предъявляются строгие
требования по физическим и механическим свой-
ствам, таким как теплопроводность и износостой-
кость, необходимо применение лигатур [6].
Медные лигатуры определенного химического
состава выплавляли в плазменно-дуговых печах
ОБ-1957, УПП-3 с последующей механической
обработкой различных участков плиты. Лигатуры
получали путем добавления в медь легирующих эле-
ментов (Zr, Hf, Ti, Cr, Ag, Ni, В) при ПДП, повыша-
ющих прочность при повышенной температуре [7].
Изготовление опытных лигатур производили с
целью проведения физико-химических исследова-
ний по взаимодействию легирующих элементов с
медью. Эксперименты проводили на плазменно-ду-
говой установке ОБ-1957. Переплав осуществляли
одним плазмотроном ПД-110 в экспериментальном
Рис. 1. Схемы легирования (а, б) при ПДП поверхностного
слоя медных плит кристаллизаторов в зонах с различным
содержанием легирующих элементов, мас. %: 1 — 0,1…0,5;
2 — 0,5…1,0; 3 — 1,0…2,0
47ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
медном водоохлаждаемом кристаллизаторе. Данный
кристаллизатор имеет 10 полусферических лунок
диаметром 30 и глубиной 12 мм, к которым снизу
подведены термопары для измерения температуры
в расплавленном металле. Перемещение выплавля-
емых медных образцов в горизонтальной плоскости
осуществляли приводом для передвижения тележ-
ки. Первый этап эксперимента — это переплав элек-
тротехнической чистой меди. Загрузку выполняли
по 35 г. Время плавки одной ячейки — 30 с. Масса
каждого образца в среднем уменьшилась на 1 г, что
объясняется угаром меди. С целью повышения твер-
дости (износостойкости) переплавленной электро-
технической чистой меди для легирования исполь-
зовали следующие элементы: Zr, Hf, Ti, Cr, Ag, Ni,
В [6, 7].
В результате проведенных экспериментов по-
лучены лигатуры различных сплавов на основе
меди: Cu + Ni, Cu + Ni + B, Cu + Hf, Cu + Zr, Cu +
Ti, Cu + Ag, Cu + Cr, Cu + Cr + Zr.
Для легирования медной плиты кристаллиза-
тора промышленного образца использовали мед-
ные лигатуры с добавлением гафния и соединения
хром + цирконий. Лигатуру медь–гафний плавили
в плазменно-дуговой печи УПП-3 с графитовым
тиглем в среде защитного газа — аргона (рис. 2).
В тигель закладывали электротехническую
медь в виде шихты. Гафний вводили в виде лига-
туры ГФН-10. Жидкий металл доводили до темпе-
ратуры 1250…1300 оС и выдерживали в течение
15 мин. Переплав осуществляли 2-мя и 4-мя плаз-
мотронами ПДМ-7. Перемешивание расплава про-
исходило с помощью плазмотронов размещенных
радиально. За счет действия газодинамического
давления плазменной дуги расплав постепенно
перемешивался. Диаметр полученной лигатуры
90 мм, толщина — 17 мм, масса — 800…900 г.
Лигатуру медь–хром–цирконий получали та-
ким же способом. Медную шихту закладывали в
тигель совместно с хромом и цирконием. Время
плавки составило 12…15 мин.
Технологические режимы плазменно-дуговой
выплавки лигатур на основе меди в печах ОБ 1957
и УПП3 следующие*:
ток плазменной дуги, А ................................. 300 ............. 300
напряжение на плазмотронах, В ................ 40...45 .......... 45...50
скорость перемещения кристаллизатора,
мм/мин ............................................................... 10 ................. –
длина плазменной дуги, мм ............................ 40 ........ 50...60
мощность дуги, кВт .................................. 15...16 ........ 15...16
расход плазмообразующего газа
(контролировали по ротаметру
РС-3), л/мин ........................................................ 5 ................. 5
давление газа в рабочей
камере, Па .......................................... 1,2...1,4∙105 1,2...1,4∙105
количество плазмотронов, шт. .......................... 1 ............ 2...4
*Величины всех параметров представлены для одного плаз-
мотрона.
После выплавки лигатуру прокатывали в лист
толщиной не более 3…5 мм. Ширина листа лига-
туры равнялась ширине плиты кристаллизатора и
составила 130 мм, а длина — 50…70 мм после ме-
ханической обработки.
Химический анализ полученных лигатур по-
зволил определить их состав (табл. 1). Лигатуры
имели различное содержание элементов для обе-
спечения предложенной схемы легирования.
Усвоение легирующих элементов в меди в за-
висимости от различного расхода (g) показано на
примере хрома, циркония и гафния (рис. 3). Экс-
периментально определена степень усвоения ле-
гирующих элементов в меди при ПДП (табл. 2).
Рис. 2. Внешний вид рабочего пространства в плазменно-дуговой печи УПП-3 (а) и графитового тигля (б)
48 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Степень усвоения легирующих элементов рас-
считывали по формуле:
100 %,ô
ó
ð
C
C C= ⋅
где Cф — фактический состав; Cр — расчетный.
Анализ химического состава показал, что рас-
пределение гафния в меди неоднородное по тол-
щине (b) слитка лигатуры. При добавке гафния
2,55 мас. % в медь на поверхности лигатуры его
содержание наиболее высокое и составляет 1,07, в
середине — 0,75 и в нижней части — 0,93 мас. %
(рис. 4).
На рис. 5, а приведена медная лигатура с
добавлением гафния в количестве 0,5; 5, б —
2,55 мас. %. Ее поверхность покрыта нераство-
рившимися частицами гафния.
Исследование структуры лигатуры на основе
меди Cu–Hf показали присутствие в матрице фаз,
в состав которых гафний входит примерно от 30
до 80 мас. %. Общее содержание гафния в лига-
туре составляет 1,04 мас. % (рис. 6, а). Введение
данной лигатуры в расплавленный при ПДРП по-
верхностный слой медной плиты кристаллизатора
позволяет легировать его гафнием.
При исследовании структуры лигатуры Cu +
+ Cr + Zr обнаружены фазы, в которых содержание
таких элементов как Cr и Zr превышали раство-
римость их в меди (рис. 6, б). Эти фазы содержат
Cr ≈ 88 и Zr ≈ 70 мас %. Введение данных лигатур
в расплавленный слой медной плиты кристаллиза-
тора позволяет легировать его хромом и циркони-
ем для получения заданного состава.
В ходе теоретических и экспериментальных
исследований при ПДП сформулированы требова-
ния к изготовлению лигатур. Необходимо, чтобы
основа лигатуры соответствовала основе сплавов,
выплавляемых с ее применением (применяемая
лигатура должна быть на медной основе). В про-
Т а б л и ц а 1 . Химический состав медных лигатур
Лигатуры
Содержание легирующих элементов, мас. %
1* 2 3
Медь–гафний 0,34 % Hf 0,48 % Hf 1,04 % Hf
Медь–хром–
цирконий
1,4 % Cr;
0,31 % Zr
2,09 % Cr;
0,5 % Zr
3,97 % Cr;
1,32 % Zr
*1, 2, 3 — номер лигатуры.
Т а б л и ц а 2 . Степень усвоения легирующих элемен-
тов в меди при ПДП, %
Лигатуры
Легирующие
элементы
Номер лигатуры
1 2 3
Медь–гафний Hf 80 57 41
Медь–хром–цирконий Cr 99 96 92
Zr 94 93 92
Рис. 3. Степень усвоения гафния (а), хрома (1) и циркония (2) (б) в меди
Рис. 4. Распределение гафния (а), хрома (1) и циркония (2) (б) в медной лигатуре по толщине образца
49ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
тивном случае вероятно осложнение процесса
растворения легирующих элементов в расплаве
вследствие образования труднорастворимых или
даже практически нерастворимых в меди химиче-
ских соединений. Состав и распределение легиру-
ющих компонентов в лигатуре должны обеспечить
надежное получение сплава заданного состава.
Состав и размеры слитков лигатуры должны по-
зволять без затруднений проводить операцию ее
измельчения на куски, удобные для дальнейшей
зашихтовки (прокатки, резки). При добавлении
в медь легирующих элементов размер кусочков
шихты должен составлять 2…5 мм в поперечнике.
Температура перегрева расплава меди перед вво-
дом выбранных легирующих элементов (хрома)
оказывает существенное влияние на их растворе-
ние, поэтому температуру расплава необходимо
доводить до 1400 оС [6].
Выводы
1. Предложена схема легирования, позволяющая
в нижней части и у краев рабочей поверхности
кристаллизатора вводить различные добавки с
заданной концентрацией для повышения износо-
стойкости.
2. Определена степень усвоения элементов
(Cr, Zr, Hf) в меди в условиях плазменно-дуговой
гарнисажной плавки. Показано, что при расхо-
де гафния в количестве 4 г/кг степень усвоения
равна 80 %, хрома (12 г/кг) — 99 % и циркония
(3 г/кг) — 94 %. Установлено, что с повышением
расхода легирующего элемента степень усвоения
уменьшается. Эти данные позволят в дальнейшем
получить поверхностный слой с заданным содер-
жанием легирующих элементов при легировании
медной плиты кристаллизатора МНЛЗ.
3. Выявлено неоднородное распределение ле-
гирующих элементов в медной лигатуре. При
добавке гафния 2,55 мас. % в медь на поверхно-
сти лигатуры его содержание наиболее высокое
и составляет 1,07, в середине — 0,75, в нижней
части — 0,93 мас. %. Полученные данные следует
учитывать при легировании поверхностного слоя
медной плиты.
4. Исследуя структуру лигатур Cu–Hf и Cu–
Cr–Zr, обнаружены фазы, в которых содержание
данных элементов превышало растворимость их в
меди. При введении данных лигатур в расплавлен-
ный слой меди поверхностного слоя плиты кристал-
лизатора можно получить пересыщенный элемен-
Рис. 5. Внешний вид выплавленных лигатур медь–гафний: а — гафния 0,5; б — 2,55 мас. %
Рис. 6. Микроструктура медной лигатуры (а) Cu + Hf и (б) Cu + Cr + Zr
50 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 4 (125), 2016
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
тами Cr, Zr, Hf медный раствор. При дальнейшей
кристаллизации полученного расплава происходит
выделение дисперсных частиц, способствующих
упрочнению переплавленного поверхностного слоя
медной плиты кристаллизатора МНЛЗ.
1. Причины разрушения и способы упрочнения медных плит
кристаллизаторов МНЛЗ / В. Г. Кожемякин, В. А. Шапо-
валов, В. Р. Бурнашев [и др.] // Современная электроме-
таллургия. — 2014. — № 4. — С. 37–45.
2. Упрочнение поверхностного слоя медных плит кристал-
лизаторов МНЛЗ гафнием с применением плазменно-ду-
говой технологии / В. Г. Кожемякин, В. А. Шаповалов,
В. Р. Бурнашев [и др.] // Современная электрометаллур-
гия. — 2015. — № 2 — С. 25–31.
3. Смирнов А. Н. Исследование особенностей износа гильз
кристаллизаторов высокоскоростных сортовых МНЛЗ /
А. Н. Смирнов, В. Е. Ухин, А. Л. Подкорытов // Наук.
пр. Дон. нац. техн. ун-ту. Сер. Металургія. — 2010. —
Вип. 12. — С. 157–164.
4. Радиальный слябовый кристаллизатор с щелевыми ка-
налами и никелевым покрытием стенок / А. А. Макру-
шин, А. В. Куклев, Ю. М. Айзин [и др.] // Металлург. —
2005. — № 2. — С. 39–41.
5. Расчет формы поверхности узкой стороны сляба в
зоне кристаллизатора / А. А. Макрушин, А. В. Куклев,
Ю. М. Айзин [и др.] // Сталь. — 2004. — № 4. — С. 27–30.
6. Николаев А. К. Медь и жаропрочные медные сплавы: [эн-
цикл. терминолог. словарь: фундаментальный справ.] /
А. К. Николаев, С. А. Костин. — М.: ДПК Пресс, 2012. —
715 с.
7. Осинцев О. Е. Медь и медные сплавы. Отечественные и
зарубежные марки: справочник / О. Е. Осинцев, В. Н. Фе-
доров. — М.: Машиностроение, 2004. — 336 с.
At present the process of continuous casting of steel in the machines of continuous casting of billets due to technical
economical characteristics is positioned as the most rational method of producing billets for next processing. The
main unit of the machines for continuous casting of billets is a copper mould, which during the process of continuous
casting is worn out under thermal and mechanical effect of the formed hard crust of the solidified metal. The scheme of
alloying of surface layer of plates of mould was offered, which will allow introducing different additives with the preset
concentration in the lower part and near the edges of the working surface, which will provide a different wear resistance
along the plane of the mould. The method of producing copper master alloys with highly-reactive metals (Cr, Zr, Hf,
etc.) under conditions of plasma arc skull melting was considered. The results of physical chemical investigations on
interaction of alloying elements (Zr, Hf, Ti, Cr, Ar, Ni, B) with copper under conditions of plasma arc remetling are
given. The technological conditions of melting out of copper master alloys in plasma arc units OB-1957 and UPP-3 are
given. Chemical composition and degree of assimilation of each element in the copper master alloy was determined.
The distribution of alloying elements in copper in the depth of master alloy pool was shown. Ref. 7, Tables 2, Figures 6.
K e y w o r d s : copper plate, mould of MSSB, master alloy, alloying, surface layer, copper alloys, plasma arc remetling
Поступила 01.11.2016
|