Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК

Благодаря своим уникальным свойствам (механическим, электрическим, магнитным и др.) быстрозакаленные материалы находят применение во многих областях промышленности. Одним из перспективных методов получения таких материалов — это диспергирование из расплава при индукционной плавке в секционном криста...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Калашник, Д.А., Шаповалов, В.А., Никитенко, Ю.А., Кожемякин, В.Г.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Назва видання:	Современная электрометаллургия
Теми:	Вакуумно-индукционная плавка
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160311
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:	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК / Д.А. Калашник, В.А. Шаповалов, Ю.А. Никитенко, В.Г. Кожемякин // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 29-34. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160311
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1603112025-02-23T18:37:56Z Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК Поверхневе окислення розплавленого металу в процесі диспергування при ІПСК Surface oxidation of molten metal in the process of dispersing in IMSM Калашник, Д.А. Шаповалов, В.А. Никитенко, Ю.А. Кожемякин, В.Г. Вакуумно-индукционная плавка Благодаря своим уникальным свойствам (механическим, электрическим, магнитным и др.) быстрозакаленные материалы находят применение во многих областях промышленности. Одним из перспективных методов получения таких материалов — это диспергирование из расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Одной из особенностей данного метода является образование на поверхности расплавленного металла оксидной пленки, которая может препятствовать нормальному ведению процесса. Исследована проблема возникновения оксидных пленок на поверхности металлической ванны при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Особенно часто тугоплавкие пленки образуются при диспергировании сплавов, содержащих высокоактивные металлы. В работе проанализированы методы устранения оксидных пленок: водородное восстановление, восстановление при помощи более активных металлов, растворение пленки в легкоплавком шлаке и др. Выбор метода осуществлен на примере магнитотвердого сплава ЮНД 8, в состав которого входят активные компоненты. Для нивелирования негативного влияния оксидных пленок на поверхности сплава ЮНД 8 предложено использовать шлак. В качестве дальнейшего применения рекомендованы солевые шлаки, которые не имеют в своем составе кислорода. Проанализирован процесс растворения оксидных пленок при использовании литий–калий–фтористого шлака. Завдяки своїм унікальним властивостям (механічним, електричним, магнітним та ін.) швидкозагартовані матеріали знаходять застосування в багатьох областях промисловості. Одним з перспективних методів отримання таких матеріалів — це диспергування з розплаву при індукційній плавці в секційному кристалізаторі. Однією з особливостей цього методу є виникнення на поверхні розплавленого металу оксидної плівки, яка може перешкоджати нормальному веденню процесу. Досліджена проблема виникнення оксидних плівок на поверхні металевої ванни при індукційній плавці в секційному кристалізаторі. Достатньо часто тугоплавкі плівки виникають при диспергуванні сплавів, які містять високоактивні метали. В роботі проаналізовано методи усунення оксидних плівок: водневе відновлення, відновлення за допомогою більш активних металів, розчинення плівки в легкоплавкому шлаку та ін. Вибір методу був впроваджений на прикладі магнітотвердого сплаву ЮНД 8, в склад якого входять активні компоненти. Для нівелювання негативного впливу оксидних плівок на поверхні сплаву ЮНД 8 запропоновано використовувати шлак. В якості подальшого застосування рекомендовані сольові шлаки, які не мають в своєму складі кисню. Проаналізовані процеси розчинення оксидної плівки при використанні літій–калій–фтористого шлаку. Owing to their unique properties (mechanical, electric, magnetic, etc.) the rapidly-hardened materials find application in many branches of industry. One of the promising methods of producing these materials is the dispersion from melt during induction melting in a sectional mould. One of the peculiarities of this method is the formation of an oxide film on the surface of molten metal, which can prevent the normal running of the process. The problem of occurrence of oxide films on the metal pool surface during induction melting in a sectional mould was investigated. The refractory films are especially often used in dispersion of alloys, containing highly-active metals. In the work the methods of elimination of oxide films are analyzed: hydrogen recovery, recovery using more active metals, dissolution of film in the fusible slag, etc. The method was selected on the example of magnetic hard alloy UND 8, which includes the active components. It was suggested to apply the slag for leveling the negative effect of oxide films on the surface of alloy UND 8. For the further application the salt slags were recommended, having no oxygen in their composition. The process of dissolution of oxide films in applying lithium–potassium–fluoric slag was analyzed. 2017 Article Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК / Д.А. Калашник, В.А. Шаповалов, Ю.А. Никитенко, В.Г. Кожемякин // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 29-34. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0233-7681 DOI: doi.org/10.15407/sem2017.01.05 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160311 669.187.58.001.5 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Вакуумно-индукционная плавка Вакуумно-индукционная плавка
spellingShingle	Вакуумно-индукционная плавка Вакуумно-индукционная плавка Калашник, Д.А. Шаповалов, В.А. Никитенко, Ю.А. Кожемякин, В.Г. Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК Современная электрометаллургия
description	Благодаря своим уникальным свойствам (механическим, электрическим, магнитным и др.) быстрозакаленные материалы находят применение во многих областях промышленности. Одним из перспективных методов получения таких материалов — это диспергирование из расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Одной из особенностей данного метода является образование на поверхности расплавленного металла оксидной пленки, которая может препятствовать нормальному ведению процесса. Исследована проблема возникновения оксидных пленок на поверхности металлической ванны при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Особенно часто тугоплавкие пленки образуются при диспергировании сплавов, содержащих высокоактивные металлы. В работе проанализированы методы устранения оксидных пленок: водородное восстановление, восстановление при помощи более активных металлов, растворение пленки в легкоплавком шлаке и др. Выбор метода осуществлен на примере магнитотвердого сплава ЮНД 8, в состав которого входят активные компоненты. Для нивелирования негативного влияния оксидных пленок на поверхности сплава ЮНД 8 предложено использовать шлак. В качестве дальнейшего применения рекомендованы солевые шлаки, которые не имеют в своем составе кислорода. Проанализирован процесс растворения оксидных пленок при использовании литий–калий–фтористого шлака.
format	Article
author	Калашник, Д.А. Шаповалов, В.А. Никитенко, Ю.А. Кожемякин, В.Г.
author_facet	Калашник, Д.А. Шаповалов, В.А. Никитенко, Ю.А. Кожемякин, В.Г.
author_sort	Калашник, Д.А.
title	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК
title_short	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК
title_full	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК
title_fullStr	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК
title_full_unstemmed	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК
title_sort	поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ипск
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Вакуумно-индукционная плавка
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160311
citation_txt	Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК / Д.А. Калашник, В.А. Шаповалов, Ю.А. Никитенко, В.Г. Кожемякин // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 29-34. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Современная электрометаллургия
work_keys_str_mv	AT kalašnikda poverhnostnoeokislenierasplavlennogometallavprocessedispergirovaniâpriipsk AT šapovalovva poverhnostnoeokislenierasplavlennogometallavprocessedispergirovaniâpriipsk AT nikitenkoûa poverhnostnoeokislenierasplavlennogometallavprocessedispergirovaniâpriipsk AT kožemâkinvg poverhnostnoeokislenierasplavlennogometallavprocessedispergirovaniâpriipsk AT kalašnikda poverhneveokislennârozplavlenogometaluvprocesídisperguvannâpriípsk AT šapovalovva poverhneveokislennârozplavlenogometaluvprocesídisperguvannâpriípsk AT nikitenkoûa poverhneveokislennârozplavlenogometaluvprocesídisperguvannâpriípsk AT kožemâkinvg poverhneveokislennârozplavlenogometaluvprocesídisperguvannâpriípsk AT kalašnikda surfaceoxidationofmoltenmetalintheprocessofdispersinginimsm AT šapovalovva surfaceoxidationofmoltenmetalintheprocessofdispersinginimsm AT nikitenkoûa surfaceoxidationofmoltenmetalintheprocessofdispersinginimsm AT kožemâkinvg surfaceoxidationofmoltenmetalintheprocessofdispersinginimsm
first_indexed	2025-11-24T11:12:27Z
last_indexed	2025-11-24T11:12:27Z
_version_	1849669973049344000
fulltext	29ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017 ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА УДК 669.187.58.001.5 https://doi.org/10.15407/sem2017.01.05 ПоВЕрХНоСтНоЕ оКИСЛЕНИЕ рАСПЛАВЛЕННоГо МЕтАЛЛА В ПроцЕССЕ ДИСПЕрГИроВАНИя ПрИ ИПСК Д. А. Калашник, В. А. Шаповалов, Ю. А Никитенко, В. Г. Кожемякин Институт электросварки им. Е. о. Патона НаН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua благодаря своим уникальным свойствам (механическим, электрическим, магнитным и др.) быстрозакален- ные материалы находят применение во многих областях промышленности. одним из перспективных методов получения таких материалов — это диспергирование из расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. одной из особенностей данного метода является образование на поверхности расплавлен- ного металла оксидной пленки, которая может препятствовать нормальному ведению процесса. Исследована проблема возникновения оксидных пленок на поверхности металлической ванны при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. особенно часто тугоплавкие пленки образуются при диспергировании сплавов, содержащих высокоактивные металлы. В работе проанализированы методы устранения оксидных пленок: во- дородное восстановление, восстановление при помощи более активных металлов, растворение пленки в лег- коплавком шлаке и др. Выбор метода осуществлен на примере магнитотвердого сплава ЮНД 8, в состав кото- рого входят активные компоненты. Для нивелирования негативного влияния оксидных пленок на поверхности сплава ЮНД 8 предложено использовать шлак. В качестве дальнейшего применения рекомендованы солевые шлаки, которые не имеют в своем составе кислорода. Проанализирован процесс растворения оксидных пленок при использовании литий–калий–фтористого шлака. библиогр. 11, табл. 4, ил. 2. К л ю ч е в ы е с л о в а : диспергирование из расплава; магнитные сплавы; шлак; чешуйки; индукционная плав- ка в секционном кристаллизаторе; быстрозакаленные металлы Введение. Интерес к быстрозакаленным материа- лам обуславливается специфическим строением их кристаллической решетки, которая придает этим сплавам уникальные свойства (механические, элек- трические, магнитные и др.). В таких отраслях, как авиация, космонавтика, моторостроение, особое внимание уделяется быстрозакаленным магнитот- вердым материалам. Магнитные сплавы, получен- ные традиционными технологиями, не способны обеспечить необходимые характеристики с точки зрения предъявляемых технических параметров, в то время как быстрозакаленные сплавы после тер- мообработки увеличивают коэрцитивную силу при- мерно в 2,5 раза [1–3]. Для получения быстрозакаленных металличе- ских сплавов широкое применение получили мето- ды спинингования и диспергирования (экстракция из расплава) благодаря высокой скорости закалки (105...106 К/с) и относительно высокой производи- тельности. одним из перспективных способов по- лучения быстрозакаленных материалов является диспергирование с применением индукционной плавки в секционном кристаллизаторе (ИПСК). Преимуществом этого способа является возмож- ность получения сверхчистых сплавов. Это реа- лизуется, во-первых, за счет отсутствия контакта расплавленного металла со стенками тигля, что не приводит к загрязнению расплава. Во-вторых, за счет использования индукционного источника нагрева расплавленный металл интенсивно пере- мешивается. более того, ИПСК дает возможность вести переплав как в условиях вакуума, так и в инертной атмосфере, что позволяет защищать пе- реплавляемые металлы от окисления. В Институте электросварки им. Е. о. Патона НаН Украины создана лабораторная установка для получения быстрозакаленных материалов спосо- бом диспергирования с использованием технологии плавки в секционном кристаллизаторе (рис. 1). технические характеристики установки Диаметр секционного кристаллизатора, мм . . . . . . . . . . . . . 60 Максимальная длина переплавляемой заготовки, мм . . . . 300 Высота формирующей гильзы секционного кристаллизатора, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115; 130 Количество секций в кристаллизаторе, шт. . . . . . . . . . . 10; 16 Скорость подачи заготовки, мм/мин . . . . . . . . . . . . . . . . 0…50 Мощность преобразователя частоты, кВт . . . . . . . . . . . . . 100 Ламповый преобразователь частоты . . . . . . . . . . . . . . . ЛЗ-107 Напряжение на выходе преобразователя, В . . . . . . . . . . . . 800 Частота тока на индукторе, кГц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Скорость вращения закалочного диска, об/мин . . . . . . 0...5000 Под действием электромагнитного поля рас- плавленный металл отжимается от стенок тигля, а ванна приобретает форму купола. Подбором электрической мощности, подводимой к индук- тору, выпуклый мениск расплава приподнимают © Д. а. КаЛаШНИК, В. а. ШаПоВаЛоВ, Ю. а НИКИТЕНКо, В. Г. КоЖЕМЯКИН, 2017 30 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017 ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА над верхним срезом кристаллизатора и стабиль- но удерживают в этом положении. Вращающий- ся диск-кристаллизатор опускают до касания поверхности мениска расплава и осуществляют диспергирование жидкого расплава. Плавку и диспергирование металла производят в атмосфере инертного газа, что обеспечивает более высокую скорость кристаллизации металла, чем в вакууме. Кроме того, в вакууме затрудняется отделение на- мороженного металла от рабочей дорожки диска и создаются условия, способствующие неконтро- лируемому намерзанию расплава на закалочном диске [4]. однако, несмотря на предварительное вакуу- мирование рабочей камеры печи с последующим заполнением инертным газом, полное удаление кислорода из камеры затруднительно. Это обу- словлено как частичной адсорбцией кислорода на стенках камеры, так и наличием кислородных примесей в составе аргона, который применяется в качестве инертной атмосферы. активные ме- таллы такие, как титан, алюминий, неодим, могут вступать в химическое взаимодействие с остаточ- ным кислородом, в результате чего образуется тугоплавкая оксидная пленка на поверхности ван- ны. Как правило, оксидные пленки имеют более высокую температуру плавления и вязкость, чем основной металл. Магнитотвердый сплав ЮНД 8 содержит, мас. %: никель (28...30), алюминий (10...12), медь (8...10) и железо (остальное). В процессе плавки сплава в секционном кристаллизаторе на поверх- ности ванны металла образовывается оксидная пленка. она имеет высокое поверхностное натя- жение, что не позволяет диску-кристаллизатору вести процесс диспергирования. Для решения проблемы можно применить раз- личные технологические приемы: использование глубокого вакуума (10–4...10–6 мм. рт. ст.), хлориро- вание, фторирование, восстановление при помо- щи водорода, раскисление углеродом, использова- ние флюса. Применение глубокого вакуума способству- ет очистке камеры от кислорода, однако низкое давление негативно сказывается на процессе дис- пергирования. Во время экстракции из расплава в условиях вакуума затрудняется отделение наморо- женного металла от рабочей дорожки диска, что приводит к неконтролируемому налипанию ме- талла на диск. Хлорирование широко используют в техно- логии получения редких металлов для перевода рудных концентратов и некоторых промежуточ- ных продуктов в хлориды, удобные для последу- ющего разделения и очистки. Несмотря на вы- сокую реакционную способность хлора, оксиды металлов реагируют с ним и обеспечивают прак- тически приемлемый выход только в присутствии восстановителя, как правило, углерода. С термо- динамической точки зрения роль углерода ясна, так как реакция углерода с кислородом характе- ризуется большим отрицательным изменением энергии Гиббса. Раскисление металла углеро- дом при атмосферном давлении мало эффектив- но и составляет 1...2 % от количества продуктов раскислительной реакции. С понижением давле- ния раскислительная способность углерода воз- растает [5], однако как указывалось выше, вакуум негативно влияет на процесс диспергирования. более того, введение углерода в сплав ЮНД 8 мо- жет существенно отразиться на кристаллической структуре получаемых чешуек ввиду большого сродства углерода к железу. Традиционно фторирование элементарным фтором и безводным фтористым водородом при- меняется для переработки некоторых видов руд- ных концентратов и представляется достаточно перспективным. благодаря высокой реакционной способности фтора, процесс фторирования осу- ществляется практически полностью в сторону образования продуктов реакции и степень пере- вода исходных материалов во фториды колеблется между 98...100 % [6]. При нормальных условиях фтор находится в газообразном состоянии, поэто- му в металлургии широко используются фториды кальция и натрия. Рис. 1. Установка для диспергирования расплава при ИПСК 31ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017 ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА Использование водорода как раскислителя применяется при плазменно-водородном раскис- лении металлов [7]. Энергии молекулы водорода, попавшей на поверхность металла и встретившей адсорбированный кислород, достаточно для того, чтобы преодолеть активационный барьер и обра- зовать молекулу воды, которая в тот же момент переходит в газовую фазу. Проблему оксидных пленок активно иссле- довали в процессе пайки металлов [8]. одним из простых и доступных способов защиты металла от коррозии является пайка под флюсом. Флюс наносят на паяемую деталь, расплавленный флюс растекается по поверхности, смачивает ее и всту- пает во взаимодействие, в результате которого удаляется оксидная пленка. основная задача данной работы — определе- ние эффективного способа очистки поверхности расплавленного металла от тугоплавких оксидных соединений. Методика проведения эксперимента. Предва- рительным критерием выбора шлака для плавки и диспергирования сплава ЮНД 8 является тем- пература плавления (ниже 1400 оС), при которой шлак находится в расплавленном состоянии. Дан- ный критерий не позволяет использовать шлаки с температурой плавления выше, чем у сплава ЮНД 8. Состав и температуры плавления выбран- ных для эксперимента шлаков приведены в табл. 1 [9–11]. Дозирование шлака осуществляли через трубку как в процессе расплавления исходной заготовки, так и во время диспергирования. Шлак поступал в расплав порциями средним весом 4...5 г. Процесс наведения ванны на торце заготовки проходил при выделяемой мощности индуктора 30 кВт, а время расплавления заготовки составило 5 мин. обсуждение результатов. Способность металла к окислению можно оценить по ряду активности металлов. основной критерий, на базе которого происходит ранжирование элементов в ряду ак- тивности, — это стандартный электрохимический потенциал. Металлы, характеризуемые высоким отрицательным значением потенциала, являют- ся более активными по сравнению с элементами, имеющими положительный потенциал. На осно- вании данных, приведенных в табл. 2, можно сде- лать вывод, что в первую очередь в расплавленном сплаве ЮНД 8 окисляется алюминий. однако при высоких температурах возможна окислительная реакция, которой при нормальных условиях не происходит, например окисление меди. Ввиду выше сказанного можно сделать предположение, что при плавке ЮНД 8 в секционном кристалли- заторе на поверхности куполообразной поверхно- сти образуются оксиды всех металлов, входящих в состав сплава. Физико-химические свойства оксидов, которые образуются при плавлении ЮНД 8, приведены в табл. 3. оксиды меди и никеля не являются стой- кими и при высоких температурах (1100...1200 оС) распадаются. Существенное влияние на процесс диспергирования оказывает Al2O3 из-за высокой температуры плавления которого невозможно рас- плавить оксидную пленку на поверхности ванны при перегреве расплава в условиях ИПСК. Поэто- му оксид алюминия покрывает поверхность рас- плава и не позволяет вести процесс диспергиро- вания. одним из способов решения трудностей, свя- занных с оксидом алюминия, является водородное восстановление. однако энергия Гиббса такой си- стемы составляет 659,626 кДж. На основании это- го можно сделать вывод, что химического срод- ства между исходными веществами нет и процесс не протекает при данных условиях. К подобным выводам можно прийти при расчете термодина- мической активности при взаимодействии оксида алюминия с углеродом. Энергия Гиббса системы равна 1024,315 кДж, следовательно химического т а б л и ц а 1 . Состав экспериментальных шлаков и температура их плавления Шлак Состав, мас. % температура полного расплавления, °C № 1 60NaCl–15Na3 AlF6–25KCl 973 [9, 11] № 2 80LiF–20CaF2 769 [10] № 3 100Na2B4O7 743 [8] т а б л и ц а 2 . ряд активности металлов Металл Al Fe Ni Cu Стандартный элетрохимиче- ский потенциал, В –1,7 –0,441 –0,234 0,522 т а б л и ц а 3 . Физико-химические свойства оксидов и переплавляемого сплава оксид/сплав Тпл, оС ρ, г/см3 Al2O3 2044 3,99 Fe2O3 1565 5,24 CuO 1447 6,31 NiO 1682 6,67 ЮНД 8 1450 7,86 32 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017 ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА сродства между элементами нет. Эффективным способом восстановления алюминия может быть восстановление более активными металлами, например кальцием. Химическое сродство меж- ду элементами есть, энергия Гиббса составляет –225,147 кДж. однако восстановление оксида алюминия кальцием не подходит для процесса диспергирования, так как оксид кальция, полу- чаемый в результате реакции, тугоплавкий (Tпл = = 2570 оС) и находится в виде пленки на поверхно- сти металла. В связи с этим предложено использо- вать шлаковый состав на основании более актив- ных металлов. Тетраборнокислый натрий (Na2B4O7) благо- даря способности удалять оксидную пленку и защищать основной металл от коррозии приме- няется при пайке. образующийся при разложе- нии Na2B4O7 борный ангидрид является активным компонентом флюса. При флюсовании он воздей- ствует на оксидную пленку металла, главным об- разом связывая химические оксиды в комплексы по реакции MeO + B2O3 = MeO·B2O3. однако в процессе проведения эксперимента плавки сплава ЮНД 8 с добавлением в качестве шлака Na2B4O7 связывание и удаление оксидной пленки на по- верхности куполообразной ванны не происходит. Шлаковый состав № 1 (NaCl–Na3AlF6–KCl) примененяется при сварке алюминия и его спла- вов. Такие шлаки легкоплавкие, имеют низкую плотность, обладают способностью растворять или абсорбировать пленку оксида алюминия и ха- рактеризуются малой активностью к алюминию и сплавам на его основе. благодаря своим физи- ко-химическим свойствам шлак на основе NaCl– Na3AlF6–KCl помогает в растворении оксидной пленки. Также установлено, что данный шлак существенно не загрязняет получаемые чешуйки. Это утверждение получено на основании химиче- ского анализа чешуек методом атомной абсорб- ции (табл. 4). Наименее химически активны по отношению к расплавленному металлу и наиболее просты по строению — солевые шлаки. В отличие от солеок- сидных и оксидных шлаков они не содержат окси- дов, окисляющих металл и загрязняющих его не- металлическими включениями. Шлаки № 2 и № 3 относятся к солевым, однако шлак составом LiF– CaF2 в результате эксперимента оказался более эффективным. Небольшая порция шлака (4…5 г) приводит к образованию соединений с высокой текучестью, благодаря чему данные соединения стекают с поверхности куполообразной ванны к основанию слитка и затвердевают в качестве гар- нисажа. однако было замечено, что применение шлака № 2 привело к испарениям элементов в процессе плавки. На рис. 2 представлена внутрен- няя поверхность камеры до плавки (а) и после (б), на которой наблюдается тонкий слой осажденных испарений. Для более детального исследования влияния шлакового состава № 2 на оксидную пленку спла- ва ЮНД 8 проведен химический анализ гарнисажа на слитке после плавки, испарений, осажденных на внутренней поверхности плавильной камеры, т а б л и ц а 4 . результаты химического анализа, мас. % объект исследования Ni Al Na K Cu Fe Li Ca Чешуйки, полученные с использованием шлака № 1 – – 0,04 0,0017 – – – – № 2 – – – – – – 0,31 – Испарение на стенках камеры 0,0015 0,007 – – 0,15 0,59 21,00 – Гарнисаж на слитке – 0,04 – – 0,15 1,09 17,61 – Шлак № 2 – 0,008 – – – 0,082 21,27 7,51 Рис. 2. Внутренняя поверхность камеры до плавки (а) и после (б) 33ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017 ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА а также исходного состава шлакового компонен- та (табл. 4). Таким образом установлено наличие элементов сплава ЮНД 8 как в гарнисаже, так и в осажденных испарениях, на основании чего мож- но сделать вывод, что шлак, реагируя с оксидной пленкой, образует соединения, которые частично улетучиваются, частично стекают к основанию переплавляемой заготовки. При взаимном дей- ствии этих двух процессов, металлическая ванна освобождается от оксидной пленки и появляет- ся возможность вести диспергирование. однако было обнаружено, что данный шлак приводит к загрязнению чешуек литием (0,31 мас. %). В ходе дальнейших исследований планируется опре- делить влияние частичного загрязнения чешуек сплава ЮНД 8 компонентами шлака на их магнит- ные характеристики. Вывод Показано, что при диспергировании для освобожде- ния поверхности расплава от тугоплавких оксид- ных включений целесообразно применение со- левых шлаков. Установлено, что шлак LiF–CaF2 эффективно освобождает расплавленный металл от оксидной пленки. При этом расплавленный шлак частично испаряется, а частично стекает к основанию расходуемой заготовки. Список литературы 1. Анализ технологических особенностей получения бы- строзакаленных сплавов (обзор) / Д. а. Калашник и др. // Современная электрометаллургия. — 2015. — № 3. — С. 27–34. 2. Форма и геометрические размеры быстрозакаленных ма- териалов, полученных диспергированием из расплава при ИПСК / Д. а. Калашник и др. // Там же. — 2016. — №3. — С. 31–34. 3. Шаповалов В. А., Шейко И. В., Никитенко Ю. А. Полу- чение быстрозакаленных сплавов способом диспергиро- вания при ИПСК // Там же. — 2009. — № 3. — С. 32–35. 4. Григоренко Г. М., Шейко И. В. Индукционная плавка ме- таллов в холодных тиглях и охлаждаемых секционных кристаллизаторах. — К.: Сталь, 2006. — 320 с. 5. Электронно-лучевая плавка / б. Е. Патон и др. — К.: Наук. думка, 1997. — 267 с. 6. Ягодин Г. А., Синегрибова О. А., Чекмарев А. М. Техно- логия редких маталлов в атомной технике: учеб. пос. для вузов; под ред. б. В. Громова. — М.: атомиздат, 1974. — 344 с. 7. Лакомский В. И. Взаимодействие диатомных газов с жид- кими металлами при високих температурах. — К.: Наук. думка, 1992. — 232 с. 8. Петрунин И. Е., Лоцманов С. Н., Николаев Г. А. Пайка металлов. — К.: Металлургия, 1973. — 280 с. 9. Подгаецкий В. В., Кузменко В. Г. Сварочные шлаки. Спра- вочное пособие. — К.: Наук. думка, 1988. — 251 с. 10. Roake W. E. The systems CaF2–LiF and CaF2–LiF–MgF2 / J. of the electrochemical society. — 1957. — № 11. — P. 661–662. 11. Диаграммы плавкости солевых систем. Тройные систе- мы; под. ред. В. И. Посыпайко, Е. а. алексеевой. — М.: Химия, 1977. — 328 с. References 1. Analiz tekhnologicheskikh osobennostey polucheniya bystrozakalennykh splavov (Obzor) / D. A. Kalashnik i dr. // Sovremennaya elektrometallurgiya. — 2015. — № 3. — S. 27–34. 2. Forma i geometricheskiye razmery bystrozakalennykh ma- terialov, poluchennykh dispergirovaniyem iz rasplava pri IPSK / D. A. Kalashnik i dr. // Sovremennaya elektrometallur- giya. — 2016. — №3. — S. 31–34. 3. Shapovalov V. A., Sheyko I. V., Nikitenko Yu. A. Polucheni- ye bystrozakalennykh splavov sposobom dispergirovaniya pri IPSK // Sovremennaya elektrometallurgiya. — 2009. — № 3. — S. 32–35. 4. Grigorenko G. M., Sheyko I. V. Induktsionnaya plavka metall- ov v kholodnykh tiglyakh i okhlazhdayemykh sektsionnykh kristallizatorakh. — K.: Stal, 2006. — 320 s. 5. Elektronno-luchevaya plavka / B. E. Paton i dr. — K.: Nauk. dumka, 1997. — 267 s. 6. Yagodin G. A., Sinegribova O. A., Chekmarev A. M. Tekh- nologiya redkikh matallov v atomnoy tekhnike: ucheb. pos. dlya vuzov; pod red. B. V. Gromova. — M.: Atomizdat, 1974. — 344 s. 7. Lakomsky V. I. Vzaimodeystviye diatomnykh gazov s zhid- kimi metallami pri visokikh temperaturakh. — K.: Nauk. dumka, 1992. — 232 s. 8. Petrunin I. Ye., Lotsmanov S. N., Nikolayev G. A. Payka metallov. — K.: Metallurgiya, 1973. — 280 s. 9. Podgayetsky V. V., Kuzmenko V. G. Svarochnye shlaki. Sprav- ochnoye posobiye. — K.: Nauk. dumka, 1988. — 251 s. 10. Roake W. E. The systems CaF2–LiF and CaF2–LiF–MgF2 / J. of the electrochemical society. — 1957. — № 11. — P. 661–662. 11. Diagrammy plavkosti solevykh sistem. Troynye sistemy; pod. red. V. I. Posypayko, Ye. A. Alekseyevoy. — M.: Khimiya, 1977. — 328 s. ПоВЕрХНЕВЕ оКИСЛЕННя розПЛАВЛЕНоГо МЕтАЛу В ПроцЕСі ДИСПЕрГуВАННя ПрИ іПСК Д. о. Калашник, В. о. Шаповалов, Ю. о. Никитенко, В. Г. Кожемякін Інститут електрозварювання ім. Є. о. Патона НаН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Завдяки своїм унікальним властивостям (механічним, електричним, магнітним та ін.) швидкозагартовані мате- ріали знаходять застосування в багатьох областях промисловості. одним з перспективних методів отримання таких матеріалів — це диспергування з розплаву при індукційній плавці в секційному кристалізаторі. однією з особливостей цього методу є виникнення на поверхні розплавленого металу оксидної плівки, яка може пе- решкоджати нормальному веденню процесу. Досліджена проблема виникнення оксидних плівок на поверхні 34 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017 ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ПЛАВКА металевої ванни при індукційній плавці в секційному кристалізаторі. Достатньо часто тугоплавкі плівки вини- кають при диспергуванні сплавів, які містять високоактивні метали. В роботі проаналізовано методи усунення оксидних плівок: водневе відновлення, відновлення за допомогою більш активних металів, розчинення плівки в легкоплавкому шлаку та ін. Вибір методу був впроваджений на прикладі магнітотвердого сплаву ЮНД 8, в склад якого входять активні компоненти. Для нівелювання негативного впливу оксидних плівок на поверхні сплаву ЮНД 8 запропоновано використовувати шлак. В якості подальшого застосування рекомендовані сольові шлаки, які не мають в своєму складі кисню. Проаналізовані процеси розчинення оксидної плівки при викорис- танні літій–калій–фтористого шлаку. бібліогр. 11, табл. 4, іл. 2. К л ю ч о в і с л о в а : диспергування із розплаву; магнітні сплави; шлак; луска; індукційна плавка в секційно- му кристалізаторі; швидкозагартовані метали SURFACE OxIDATION OF MOLTEN METAL IN THE PROCESS OF DISPERSING IN IMSM D.A. Kalashnik, V.A. Shapovalov, Yu.A. Nikitenko, V.G. Kozhemyakin E.O. Paton Electric Welding Institute, NASU. 11 Kazimir Malevich Str., 03680, Kiev, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua Owing to their unique properties (mechanical, electric, magnetic, etc.) the rapidly-hardened materials find application in many branches of industry. One of the promising methods of producing these materials is the dispersion from melt during induction melting in a sectional mould. One of the peculiarities of this method is the formation of an oxide film on the surface of molten metal, which can prevent the normal running of the process. The problem of occurrence of oxide films on the metal pool surface during induction melting in a sectional mould was investigated. The refractory films are especially often used in dispersion of alloys, containing highly-active metals. In the work the methods of elimination of oxide films are analyzed: hydrogen recovery, recovery using more active metals, dissolution of film in the fusible slag, etc. The method was selected on the example of magnetic hard alloy UND 8, which includes the active components. It was suggested to apply the slag for leveling the negative effect of oxide films on the surface of alloy UND 8. For the further application the salt slags were recommended, having no oxygen in their composition. The pro- cess of dissolution of oxide films in applying lithium–potassium–fluoric slag was analyzed. Ref.11, Tables 4, Figures 2. K e y w o r d s : dispersion from melt; magnetic alloys; slag; flakes; induction melting in a sectional mould; rapid- ly-hardened metals Поступила 19.01.2017

Поверхностное окисление расплавленного металла в процессе диспергирования при ИПСК

Репозитарії

Схожі ресурси