Флюсы и шлаки
Флюс засыпают в вагранку чтобы он, соединяясь с Попадающими в вагранку посторонними веществами, образовывал шлак, температура плавления которого была бы ниже температурыплавления этих веществ. Но кое-какие литейщики до сих пор вслепую выбирают тот либо другой флюс. Один узнаваемый автору литейщик утверждал, что он1 может сделать чугун более горячим методом покрытия металла в ковше патентованным флюсом.
Высвободив поверхность металла, пребывавшего в ковше, от шлака, он показывал узкую пленку в виде инея, покрывавшую металл, и после этого бросал на нее кусок белого по виду материала. Требовалась лишь одна секунда, дабы это инйеобразное вещество (окись) провалилось сквозь землю. Он был уверен, что металл своры более горячим, поскольку цвет металла казался лучшим, но практически результаты разливки металла оставались те же Оказалось, что он додаёт в ковш цинк, что имеет громадное сродство с кислородом, чем железо.
Стандартным флюсом в чугунолитейной и сталелитейной индустрии считается известняк. Он вступает в реакцию в основном с кремнистыми веществами, попадающими в вагранку. Его химические реакции смогут быть представлены следующим образом.
Химическая формула известняка СаС03. При большой температуре известняк разлагается и дает известь и углекислоту по следующей реакции:
СаС03 = Са0 + С02.
С02 как газ удаляется и освобождает СаО, которая вступает в реакцию с кремнеземом (SiO,). Соединение этих веществ дает .новое вещество (силикат) с более низкой температурой плавления, чем кремнезём и известь. Реакция происходит по следующей формуле:
СаО + Si02 = СаО • Si02.
Так, СаО плавится при 2572° и Si02 (при 1710°, а их соединение CaSiOs при 1512°.
Другие примеси, входящие в состав шлака, содействуют еще большему понижению температуры плавления. В случае если забрать, к примеру, окись алюминия (А1203), то при образовании шлака температура плавления последнего будет 1375°. Следовательно, на температуру плавления шлака воздействует содержание той либо другой составляющей его.
Так 50 % окиси алюминия уменьшают температуру плавления известняка только до 1400°. Исходя из этого направляться шепетильно изучить влияние на температуру плавления состава шлаков.
Приводим следующий конкретный пример влияния состава шлака на температуру его плавления:
1) шлак состава 10,5%, СаО+ 19,5% Al203;+70% Si02 имеет температуру плавления 1359°;
2) шлак состава 21% СаО +39% А1203 + 40% SiO, имеет температуру плавления 1475°;
3) шлак состава 47% SiO., + 18% АЩ +35%1 СаО имеет температуру плавления 1399°.
Из этих примеров видно, что в шлаках существуют критические точки с минимальной температурой плавления, именуемой эвтектической, на которую многие литейщики обращают мало внимания либо вовсе упускают из виду это событие. При неисправности в работе они скорее ищут обстоятельство в нехорошем качестве кокса либо в ненадлежащем составе чугуна, тогда как подлинной обстоятельством неполадок помогает ненадлежащий состав шлака.
Идя дальше по линии изучения состава шлака, мы находим, что окись железа (Ре203), замещая окись кальция в силикате, сокращает температуру плавления последнего. Так, шлак, содержащий по весу 74%, окиси железа и другое количество окиси кальция, имеет температуру плавления 1216°.
Многие литейщики высказываются против применения известняка а также заявляют, что шлак- плавится значительно лучше без добавки этого флюса. Приведенный выше пример без сомнений подтверждает их заявление, но они упускают из виду то, что при повышении процента окиси железа в шлаке возрастают утраты при плавке (угар). Для литейщика железо есть более дорогим элементом, чем известь, исходя из этого, экономя на известняке, вагранщик теряет на стоимости плавки пропорционально уменьшению количества известняка.
Имеется еще второй вопрос, что упускается из виду, в частности вопрос о сравнительной вязкости шлаков различных составов. Вязкость шлаков (их внутреннее сопротивление течению) имеет такое же, а время от времени и большее- значение для вагранки, чем температура застывания, не смотря на то, что обе эти размеры имеют некоего рода зависимость между собой. Это вопрос громадной важности для вагранщика, по причине того, что он заинтересован в выпуске менее вязкого шлака.
Вязкость характеризует текучесть шлака. Шлак кроме того с низкой температурой плавления может иметь высокую вязкость вблизи точки застывания, и требуется большой перегрев выше точки плавления шлака, дабы он прекрасно вытекал из горна. Шлаки в зависимости от их состава смогут иметь и высокую точку плавлення с высокой степенью текучести при точке плавления. Текучесть зависит от вязкости и есть ответственным причиной при плавке.
Исходя из этого значительно вводить в щлак вещества, каковые информировали бы ему самая низкую температуру плавления, но одновременно с этим и низкую вязкость. Это достигается применением в качестве флюса известняка, содержащего мало посторонних примесей.
Вязкость имеет еще второе серьёзное значение для процесса плавки. Целый расплавленный в вагранке металл, стекая в горн, проходит через слой шлака, и отделение капель металла должно быть максимально полным и происходить как возможно стремительнее, вязкий же шлак мешает этому. Скорость прохождения частиц металла через слой шлака зависит: 1) от разности удельных металла и весов шлака, 2) от величины капли расплавленного металла и 3) от вязкости шлака.
В шлаках высокой вязкости часть металла запутывается и тяжело отделяется.
При вязком шлаке часть железа выносится из вагранки со шлаком; помимо этого отмечается сильное окисление железа. В это же время литейщик имеет полную возможность устранить прямую обстоятельство окисления металла.
Шлак с высоким содержанием окислов железа не смотря на то, что и владеет большой жидкотекучестыо, при относительно больших температурах скоро застывает. Исходя из этого проходящий через таковой шлак металл продолжительнее подвержен окислению. При шлаке же с известковым основанием: металл выходит из вагранки свободным от окислов железа.
Шлак с окислами железа, владея плотностью, близкой к плостности расплавленного чугуна, более подвержен возможности попасть в виде включений в чугун и не отделиться от него, в следствии чего получаются загрязненные неметаллическими соединениями отливки.
Из изложенного видно, что состав шлака оказывает громадное влияние не только на условия работы вагранки, но и на уровень качества производимого из вагранки металла. Совершенно верно осуществлять контроль и регулировать состав шлака в вагранке нереально, но держать его в определенных пределах возможно, и это есть одним из условийхорошего хода вагранки Дитейщику нужно иногда контролировать состояние шлака и осуществлять контроль образующие птлак вещества, поступающие в вагранку.
Первое правило, касающееся контроля материалов, содержится в том, дабы создавать вероятно лучшую очистку их перед загрузкой в вагранку. Много лет обсуждался вопрос, необходимо ли создавать очистку прибылей и литников так же,; как и отливок, во вращающихся барабанах, и лишь сейчас было доказано, что эта операция себя окупает.
Необходимость делать такую очистку станет в полной мере очевидной, в случае если мы учтём, что количество песка, попадающего в вагранку таким методом, оказывает громадное влияние на ход плавки, чем другие примеси, попадающие в вагранку вместе с шихтой. Данный песок содействует повышению количества шлака, с которым нужно как,-то управиться по окончании операции плавки. Избыток шлака требует известного количества теплоты, пропорционально его весу.
Избыток песка также1требует избытка извести для полного ошлакования, сверх того количества, которое требуется для получения нормального шлака с целью уменьшения его вязкости. Чем больше шлака будет в вагранке, тем больше потребуется топлива для поддержания шлака в жидком состоянии. Принимая к сведенью лишь эти моменты, уже разумеется, что для очистки прибылей и литников перед их завалкой имеются основания.
В случае если же учесть, что для уборки большего количества шлака требуется затрата лишней рабочей силы, то выгодность очистки завалки станет очевидной.
Как правило надлежащее количество флюса определяется только примерно. В большинстве случаев уверены в том, что флюса требуется около тридцати килограмм на 1 т выплавляемого металла. Количество известняка определяется в соответствии с содержанием золы в кокоэ.
Какой-либо полной формулы для вычисления количества флюса нет1. исходя из этого для удобства приходится прибегать к приблизительному подсчету.
В качестве практического управления, которое может оказать помощь литейщику в данном доте, приводим нижеследующие эти как среднее из всех элементов, входящих в шлак. В коксе вычисляют в большинстве случаев 10% серы и 1% золы. Углерод из кокса, само собой разумеется, сгорает в ходе горения в вагранке; остаются та часть и зола серы, которая не растворяется в чугуне и которую необходимо ошлаковать. Помимо этого необходимо учесть наличие песка на прибылях и литниках.
Вес песка, вносимого в вагранку литниками, принимают равным 0,4—1,4% от веса загружаемого металла. Эти цифры взяты в следствии последовательности опытов по взвешиванию прибылей и литников до и по окончании, их очистки в барабанах. В случае если штыковой чугун песочной отливки, то в этом случае кроме этого, как и с литниками, вагранщику нужно решить вопрос, как быть с песком.
Для определения количества песка в таких случаях было совершено большое количество опытов, причем отыскано, что вес песка образовывает 0,4% от веса чугуна.
Второе, иэ поддающееся правильному контролю соединение, попадающее в вагранку, — это окись железа в виде ржавчины на чугуне и ломе. При хранении па складах и на открытом воздухе много чугун и лом покрываются ржавчиной. Был произведен последовательность опытов в целях определения веса данной ржавчины.
Пробные партии по 1 т весом любая складывали для наблюдения на открытом воздухе вместе с другими простыми расходными материалами. Через месяц четыре партии, две из лома и две из чугуна, были взвешены, а после этого очищены при помощи пескоструйных аппаратов и опять взвешены. Опыт с другими партиями повторялся ежемесячно в течение года.
Условия этого опыта соответствовали условиям неспециализированного режима, которому подвергаются эти материалы на литейных и доменйых фабриках везде. Средний вес окиси железа, отложившейся в течение года, составлял 0,2% от веса материалов.
Мы уже показывали, что окись железа — самофлюсующаяся составная часть шлака, и это свойство должно быть использовано при плавке. При завалке старого лома нужно уменьшать количество известняка либо же, что значительно лучше, очищать в барабанах либо пескоструйными аппаратами эти материалы, если они покрыты толстым слоем ржавчины. Данный способ есть лучшей гарантией против брака литья.
Так главными шлакообразующими веществами помогают зола посторонние вещества и кокса, вносимые в вагранку с железной завалкой. Их необходимо во . что бы то ни начало ошлаковать, и для данной цели помогает известняк как самый1 деше)-вый из всех материалов.
Известняк не редкость разного состава, и литейщик обязан об этом знагь при выборе материала. Сорта известняка возможно выяснить методом наружного осмотра. Высшие сорта с Урала имеют беловатый цвет с пурпуровыми прожилками цвета лаванды. Другие пригодные сорта имеют беловато-серый цвет с красными про-жилками.
Наконец имеется сорт хорошего известняка глянцевито-осрого цвета наподобие стекла. Самый верный контроль — анализ в лаборатории.
Принципиально важно, дабы известняк содержал менее 3 % Si02, так как что-оы нейтрализовать 1%. Si02, требуется 3%. СаО во флюсе, исходя из этого известняк с громадным содержанием Si02 в плавку не идет.
Как пример верного способа вычисления нужного количества флюса на 1 т выплавленного металла приводим ниже табл. з.
Следующий расчет показывает способ вычисления количества известняка, требуемого для обычной операции, с учетом лишь кремнезема.
Таблица 3
Количество примесей, попадающих в шлак
Для ошлакования 1 части кремнезема требуются 3 части извести. В приведенном случав потребуется извести 12,0-3 = = 36,00 кг. Но необходимо учесть, что с шихтой постоянно вносится около 2% окиси железа, а так как это вещество замешает известь в пропорции 1 часть окиси к 2 частям извести, то извести нужно будет добавить лишь 32,00 кг.
Шлак делает и другую функцию, кроме очистки металла от загрязняющих веществ. Его воздействие содержится еще в уменьшении либо повышении содержания серы в чугуне. Вопрос об извести как об обессеривающем факторе в далеком прошлом подвергается важной дискуссии.
На собрании Американского общества литейщиков (1934 г.) было доказано, что методом накопления в горне вагранки достаточного количества главного шлака возможно противодействовать повышению содержания серы в чугуне. Шлак, в вагранке обязан держаться главным (известь). В далеком прошлом уже как мы знаем, что СаО действует в качестве обессеривающего фактора, но вагранщикам никак не получалось выяснить, какое как раз, количество известняка необходимо вводить в шихту.
При проведении последовательности опытов было выяснено, что на 1 т металла, при указанных условиях, нужно давать в шихту 32,0 кг известняка в качестве флюса, что будет в один момент противодействовать кроме этого растворению серы (из золы кокса) чугуном.
Приводим следующий пример. В то время, когда вагранка систематично трудилась с 15—20 кг известняка на 1 т выплавленного чугуна, шлак был не только густой и малоподвижный, но и процент серы возрос в готовом чугуне до 0,03% против содержания его в исходном чугуне 0,02%. В следствии этих опытов стали вести тщательное наблюдение за поглощением серы шлаком, и за особенностями шлака.
Было обнаружено, что в случае если направляться выше-совершённому указанию, возможно устранить опасность повышения 32 содержания серы в чугуне, выплавляемом на сернистом коксе. Тут направляться подчернуть, что эта формула верна только в тех случаях, в то время, когда сернистость кокса ниже 0,75%; при содержании же серы в коксе выше этого процента нужно увеличивать количество известняка, идущего на шлакообразование.
Было обнаружено, что на каждую 0,1% прироста серы в коксе нужно увеличивать количество известняка на 2,5 кг. Наряду с этим направляться очень подчернуть, что повышение извести ни за что не действует обессеривающе. Роль добавки содержится лишь ь противодействии поглощению чугуном серы из кокса1.
В отношении возможности десульфурации в ходе образования шлака в вагранке имеется большое количество приверженцев применения плавикового шпата; Данный материал встречается в природе в виде минерала—-фтористого, кальция (СаР2) в большинстве случаев в соединении с углекислым кальцием, от которого он дЬлжен быть упорядочен. Но на практике пользуются несортированным фтористым кальцием. Испытания на фабриках Форда продемонстрировали, что прекрасно создавать сортировку этого материала но размеру.
Простой сорт фтористого кальция, употребляемого в литейных США, именуется «сорт гравий». В этом сорте возможно отыскать по крайней мере 18% мелочи, либо материала размерами менее 1 мм в диаметре. Создавая испытания на фабриках Форда, создатель отыскал, что громаднейший эффект дает плавиковый шпат, дробленный до размеров 3—18 мм.
Плавиковый шпат понижает температуру плавления шлака примерно на 50° и сокращает вязкость наполовину если сравнивать с в большинстве случаев употребляемым шлаком из углекислого кальция. Это происходит по той причине, что при большой температуре в поясе плавления фтористый кальций разлагается, и высвобожденный кальций реагирует с кремнеземом. Фтор уносится из вагранки газами.
Способы применения плавикового шпата очень разнообразны. Так, на фабриках Форда материал данный дается в вагранку лишь при каждой четвертой колоше, в то время как на заводе компании Крэйн (Crane Со) он добавляется к каждой колоше. В литейной компании Оливер (Oliver Chilled Plow Works) фтористый кальций используется лишь в случаях, в то время, когда получаются неполадки со шлаком.
По неспециализированному точке зрения литейщиков потребление плавикового шпата сокращает срок работы футеровки.
И в том и другом случае существующее вывод несовсем верно. Фтористый кальций обязан, использоваться вместо известняка в шихте, а не как присадка к шихте. Иначе говоря на любой килограмм присаживаемого фтористого кальция необходимо уменьшать количество даваемого в шихту известняка на 4 кг.
В этом случае разъедание футеровки не возрастает против простого. В случае если
же давагь в шихту плавиковый шпат “сверх того количества, которое требуется для расчетного баланса шлака, то кальций, выделяемый при разложении шпата, срочно начинает функционировать на кремнезем футеровки, существенно уменьшая срок работы последней.
Довольно действия плавикового шпата как десульфура-тора возможно признать, что он владеет свойством с некоей степени делать эту функцию, но не в таковой, как это вычисляют литейщики, увлеченные идеей обессеривания. Эти касательно способности плавикового шпата снижать содержание Серы в чугуне приведены в табл. 4. Таблица эта Дается лишь- для сравнения, поскольку она содержит средние из наблюдений над составом шлака за некий период времени.
Таблица 4
Из табл. 4 видно, что содержание серы в шлаке возрастает с повышением содержания активных оснований. Эта сера обязана откуда-то получаться, и мы можем сделать первое логическое предположение, что она обязана поступать из кокса.
Для подтверждения отечественных выводов, что повышение количества серы в шлаке идет за счет поглощения серы кокса и что в опробованиях III и IV кроме этого происходит уменьшение перехода серы в чугун, нужно разглядеть табл. 5.
В табл. 5 приводится состав металла как средний из многих опробований. Во всех приведенных опытах материалы подвергались сортировке и химическому анализу и хранились в однообразном состоянии В течение всего производства опробований чтобы оставалась лишь одна переменная величина — активность шлака в отношении eel,противодействия поглощению чугуном серы из кокса.
Условия плавки в каждом из опытов были однообразны, так что возможность влияния этого переменного фактора на поглощение серы была устранена. Вопрос о влиянии температуры также возможно исключен, поскольку рассматривались лишь эти тех опробований, в которых эта переменная держалась в допустимых пределах. Так для расмотрения были забраны эти лишь тех опытов, каковые проводились в аналогичных условиях т. е. такие, каковые нельзя считать как отражение постоянного трансформации в составе шлака в трудившейся вагранкй.
В случае если проанализировать приведенную таблицу, то мы заметим, что при плавке без флюса вся сера кокса была поглощена чугуном. При опробовании II шлак имел достаточное содержание главных элементов, дабы быть признанным пригодным для стандарт-ной работы вагранки. Что касается плавикового шпата, то необходимо отметить громадную отличие между средним составом и вправду взятым, которая заставляет предполагать, что это вещество есть нехорошим десульфуратором.
Практика это .доказала. Опробование IV выявляет влияние активного десульфуратора при работе вагранки в виде углекислого натрия.
Тут опять-таки литейщик довольно часто впадает в заблуждение! иод влиянием высказываемых точек зрения, не учитывая настоящих факторов. В кругах литейщиков существует общепринятое вывод, что углекислый натрий (Na2C03) энергично вступает в реакцию с кремнеземом футеровки вагранки, и исходя из этого использование его в качестве флюса нежелательно. Но, в случае если умело пользоваться этим материалом, он превосходно помогает собственной цели. В то время, когда Na2003 используется в вагранке в качестве флюса, он обязан заменять определенный процент извести, в другом случае возражение, что «углекислый натрий разъедает огнеупорную кладку
вагранки», будет верно. В этом случае углекислый натрий заменяет известняк в пропорции 1 часть его на 2 части известняка. Кроме этого очень принципиально важно давать материал дальше от стенок вагранки в целях устранения преждевременной реакции с кладкой.
В СССР, как и в других государствах, раздавались протесты против введения этого материала в литейную практику, поскольку поднимающиеся при потреблении его пыль и едкие пары злят дыхательные органы. По данной причине материал; был забракован и его прекратили использовать.
Дело в том, что литейные данный материал дают в распыленном виде как в вагранку, так и в ковш. Прекрасные результаты были взяты Эвансом (G. Evans), в то время, когда он применил способ брикетирования пылевидного материала, предложенный Уолтером (Walter).
Компания производства ЖД колес Гриффин была неудовлетворенной результатами брикетирования и внесла предложение Эвансу выработать второй, более идеальный способ. Тогда был изобретен новый метод, в частности сплавление порошкообразного материала в кирпичи весом в 1 кг.
В таком виде кальцинированная сода не дает пыли и увеличивает эффективность материала, идущего как в вагранку, так и в ковш.,
Простой присадкой для действенного обессеривания в вагранке являются 6 кг соды на 1 т выплавляемого металла. Прежде в качества флюса давались 32,0 кг известняка на 1 т металла, сейчас дают б кг углекислого натрия и 20,0 кг известняка. Само собой очевидно, что количество углекислого натрия варьирует в зависимости от состава шихты и требуемой степени обессеривания.
Излишек соды, снова подчеркиваем, разъедающе действует на футеровку.
Последовательность металлургов (среди них и создатель) говорит, что углекислый натрий направляться давать вместе с плавиковым шпатом. По окончании бессчётных опытов заключили, что одновременная дача этих двух флюсов снабжает отличных показателей в процессах обессеривания чугуна и флюсования примесей.
Углекислый натрий в присутствии плавикового шпата в шлаке, содержащем более 1% глинозема, образует синтетический криолит, являющийся самым активным флюсом не только при плавке в вагранке, но и в сталелитейном деле. Синтетический флюс понижает вязкость на 25% и имеет очень громадное сродство с серой, действуя практически в два раза активнее, чем кальцинированная сода.
Углекислый натрий не имеет широкого применения, так! ка!к единственные1 узнаваемые громадные залежи его находятся в Гренландии и помимо этого алюминиевая индустрия предъявляет таковой громадный спрос на данный материал, что цена натурального продукта есть недоступной для литейной индустрии. Технически нет никакой обстоятельства, мешающей применению углекислого натрия в вагранке.
Совместное использование кальцинированной соды с плавиковым
шпатом разрешает заменять известняк, в основном поступающий в Вагранку в качестве флюса. Обычное количество требуемого известняка на 1 т металла (32,0 кг) при добавке 3 кг кальцинированной соды и 3 кг плавикового шпата уменьшается до 14 кг. Цель указанной добавки — сделать шлак болеё жидким при данной температуре и понизить содержание серы в чугуне но крайней мере на 0,02% если сравнивать с простым понижением около 0,01% при применения одной лишь кальцинированной соды.
Тот факт, что тут вероятно такое понижение содержания серы, разрешает литейщику давать в шихту более большой процент скрапа и сократить количество кокса до минимума, что вероятно благодаря уменьшению количества шлака. Понижение цены обработки шлака с избытком покрывает повышение цены данных материалов.
Напоследок нужно разглядеть значительные изюминки применения флюсов. В виду этого ниже приводим краткую инструкцию, излагающую ключевые принципы ведения плавки:
Главные указания относительно применения флюсов
1. Количество флюсов должно быть вычислено соответственно установленному количеству кремнекислоты или других посторонних веществ, подлежащих флюсованию.
2. Количество используемого флюса берется в зависимости от его активности. Лишь надлежащее количество флюса может обеспечить требуемый итог.
3. Флюсы должны быть введены конкретно по окончании кокса; так будет обеспечена большая активность против поглощения чугуном серы и будет достигнута наибольшая температура плавки.
4. Флюсы должны загружаться как возможно ближе к оси вагранки при каждой загрузке, начиная с холостой колоши. При таковой загрузке не так очень сильно разъедаются стены печи и обеспечивается равномерное распределение флюса на всю массу шлака.
5. В случае если для флюсования дается комбинированный материал, то направляться прекрасно смешать составные части до поступления их в шихту.
Увлекательны испытания обесоеривания, произведенные без регулярней присадки флюсов. В одном опыте, заслуживающем внимания, кокс обрызгивался раствором соли в воде. Уменьшение содержания в чугуне серы было столь незначительно, что предстоящие испытания были прекращены.
При втором опробовании кокс обрызгивался раствором углекислого натрия в воде. В этом случае результатыкроме этого не оправдали себя.
Полезным есть опыт, проводившийся в коксовых печах. Метод получения кокса равнодушен. Был совершён последовательность опытов тушения кокса раствором соли.
Самый технически осуществимым был способ, пребывающий в заливке кокса раствором углекислого натрия в воде, т. е. тем же раствором, что испытывается в вагранках. В этом случае были взяты прекрасные результаты за счет того, что операция производилась при большой температуре кокса. Сокращение количества серы в данном ходе достигает 20% от в большинстве случаев остающегося количества серы в коксе при тушении его водой.
