ФЛЮС ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
FLUX FOR SPUN CASTING

Изобретение относится к литейному производству, в частности, для центробежного литья биметаллических чугунных заготовок, например прокатных валков с рабочим слоем из легированного чугуна и сердцевиной с шейками из чугуна с шаровидным графитом.
Известен флюс для электрошлаковой сварки металлов и сплавов, обеспечивающий высокую химическую активность и хорошо очищающий поверхность свариваемых кромок от оксидов, состоящий из следующих компонентов, мас.%: борный ангидрид 32-45; хлористый кальций 20-25; плавиковый шпат 20-25; бура 15-18 (А.с. СССР №241964, опубликованное 18.04.1969. Бюллетень №14, В23К 35/36, В23К 35/02). Недостатком флюса является то, что флюс имеет высокую температуру плавления. Флюс очень «короткий» с узким температурным интервалом кристаллизации и высокой вязкостью при высоких температурах. Недостаточно хорошо растекается по нагретой поверхности металла и плохо рафинирует жидкий металл от неметаллических включений.
Известен флюс для центробежного литья чугунных заготовок прокатных валков, обеспечивающий снижение брака по несвариваемости двух слоев металла, а также структуре и твердости внутренних зон наружного слоя прокатного валка. Флюс содержит следующие компоненты, мас.%: оксид кремния 20-25; оксид кальция 25-35; фторид кальция 20-25; фторид натрия 2-3; бура 10-15; сода кальцинированная 5-10; оксид алюминия 1,5; оксид магния 1,5; хлорид калия или натрия 5-10; порошок алюминия 0,5; порошок ферроматериалов (FeCr, FeB, FeTi, FeV) 1-3 (RU №2122921, В22D 13/00, 10.12.1998. Бюллетень №34). Недостатком этого флюса является то, что он относится к очень «коротким» флюсам, с малым температурным интервалом кристаллизации, из-за присутствия ферроматериалов недостаточно хорошо растекается по поверхности кристаллизующего металла, что приводит к частичному окислению незащищенных участков металла и, как следствие, к несвариваемости двух слоев металла.
Известен флюс для центробежного литья биметаллических заготовок, содержащий, мас.%: окись кальция 33-37; фтористый кальций 18-21; бура 13-15; окислы алюминия и магния 5,0-7,5; силикат натрия - остальное, при соотношении окислов алюминия и магния 3:1 соответственно (RU №2353467, В22D 13/00, 18.12.2007). Недостатком этого флюса является то, что он содержит фтористый кальций, который при рабочих температурах 980-1050°С выделяет ядовитый газ фтор, флюс изготавливается в виде порошка, что приводит к запылению во время подачи флюса и к расслоению по составу во время хранения.
2
3
Известный флюс является флюс для центробежной отливки заготовок из медных сплавов, содержащий мас.%: плавиковый шпат 15-35; бура 10-25; хлористые соли 5-15; кальцинированную соду 10-25; силикатную глыбу - остальное (RU, а.с. №358075, опубликовано 03.11.72, БИ №34). Недостатком флюса является, то что он относится к очень «коротким» флюсам с малым температурным интервалом кристаллизации, температура плавления флюса ~620°С. При температурах 750-900°С флюс имеет низкую вязкость (1,0-0,4 П), низкое поверхностное натяжение (240-200 мДж/м), невысокую плотность 2,4-2,2 г/см). При высоких температурах имеет очень малый угол смачивания (20°), который резко увеличивается при снижении температуры и при 750°С составляет 100°. При остывании флюс растрескивается. Обладая такими физико-химическими свойствами, данный флюс не способен надежно защитить внутреннюю поверхность трубной заготовки чугунного прокатного валка от окисления при температурах 800-900°С и при установке трубной заготовки в вертикальное положение полностью стекает, оголяет поверхность металла из-за низких величин вязкости и поверхностного натяжения, что приводит к окислению металла и, как следствие, плохой свариваемости металлов при заливке сердцевины чугунного валка.
Задача, решаемая изобретением, - подбор состава флюса, который снижал брак по причине несвариваемости двух слоев металла в заготовке чугунных валков, а также брака по структуре и твердости металла внутренних зон наружного слоя за счет придания флюсу оптимальных физико-химических свойств (вязкость, плотность, поверхностное натяжение, температура плавления и растекание), а также технологичности при заливке металла.
Поставленная задача решается тем, что флюс для центробежного литья, содержащий натрий двууглекислый, борную кислоту, силикатную глыбу, сульфидно-спиртовую барду, натрий-карбоксиметилцеллюлозу и цемент при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Натрий двууглекислый
25,0-30,0
Борная кислота
28,0-33,0
Силикатную глыбу
10,0-15,0
Сульфидно-спиртовая барда
0,5-1,0
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза
1,0-3,0
Цемент
остальное.
Цемент применяется в виде шлакопортландцемента марки 300 по ГОСТ 10178-85.
В качестве интенсификаторов избежания выпадения осадка и расслоения применяют сульфидно-спиртовая барда (ССБ) по ТУ 2455-002-00281039-00 и натрий-карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) по ТУ 2231-034-79249237-2006.
Присутствие во флюсе натрия двууглекислого более 30 мас.% разжижает флюс и делает его более «коротким», а добавки менее 25 мас.% мало влияют на физико-химические свойства.
Добавки борной кислоты более 33 мас.% снижают температуру плавления и увеличивают вязкость флюса, что приводит к снижению смачиваемости в области низких температур, введение менее 28 мас.% не приводит к значительному увеличению температуры плавления флюса.
При содержании во флюсе силикатной глыбы менее 10 мас.% основность смеси повышается. Это приводит к повышению температуры плавления, препятствующей растеканию флюса.
При содержании в смеси силикатной глыбы более 15 мас.% основность в смеси снижается, что приводит к снижению вязкости и при высоких температурах он неспособен удержаться на внутренней поверхности заготовки при рабочих температурах 950-1050°С во время установки формы в вертикальное положение для заливки второго металла и полностью стекает, оголяя внутреннюю поверхность, что приводит к ее окислению и, как следствие, к плохой свариваемости двух слоев металла.
Содержание ССБ менее 0,5 мас.% приводит к выпадению осадка и расслоению суспензии, а при содержании ССБ более 1 мас.% происходит повышенное ценообразование суспензии.
При содержании КМЦ менее 1 мас.% происходит расслаивание суспензии флюса при его изготовлении, содержание этого материала более 3 мас.% приводит к увеличению вязкости суспензии и, как следствие, затрудняется ее распыление через форсунки.
Остальным компонентом флюса является цемент.
При выходе содержаний ингредиентов в смеси за указанные пределы возникает проблема сваривания двух чугунов, модифицированного и серого, вследствие снижения теплопроводности расплавленного флюса.
Предлагаемый состав флюса изготавливали в отделении шлакообразующих смесей ООО «Шлаксервис» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Компонентный состав и температура плавления заявляемого флюса представлены в таблице. Температуру плавления определяли на нагревательном высокотемпературном микроскопе фирмы Hesse - Instruments.
Таблица
Содержание компонентов, мас. %
Температура плавления, °С
№ смеси
Натрий двууглекислый
Борная кислота
Силикатная глыба
Цемент
КМЦ
ССБ
1
20
40
20
17
2
1
590
2
28
30
12
27
2
1
650
3
40
20
5
32
2
1
820
Готовую смесь расфасовывали в полиэтиленовые мешки массой по 1,5-2 кг.
Испытания предложенного флюса проводились на ОАО «Магнитогорский завод прокатных валков». Полученный флюс равномерно засыпали на зеркало залитого металла во вращающуюся горизонтальную изложницу. При вращении изложницы и кристаллизации рабочей поверхности прокатного валка (бочки) флюс покрывает равномерным сплошным тонким слоем внутреннюю поверхность и надежно защищает металл от окисления.
После установки кокиля (изложницы) в вертикальное положение и заливки металла сердцевины валка флюс расплавляется и поднимается с заливаемым металлом, оголяет защищенную поверхность, способствует хорошему свариванию двух чугунов (модифицированного наружного и внутреннего серого).Таким образом, предлагаемый флюс решает проблему сваривания двух чугунов, модифицированного и серого, обладая повышенной теплопроводностью, способствует повышению твердости внутренних зон рабочего слоя прокатного валка.
На момент подачи заявки прошел достаточную апробацию в заводских условиях и готов к промышленному применению.
Брак валков по причине несвариваемости составил 18% при применении флюса №1 (таблица), при применении флюса №3 составил 18% и 1% при применении флюса №2. Твердость рабочего слоя прокатных валков повысилась и составила 75-78 HSD при применении флюса №2, 70-72 HSD при применении флюсов №1 и №3.
Таким образом, заявляемый состав флюса №2 по сравнению с флюсами №1 и №3 по свариваемости и твердости рабочего слоя имеет значимое преимущество. Применение флюса №2 обеспечивает достижение поставленной задачи.