РАСПЛАВЫ
3 • 2004
УДК 669.046.532.61:58.183
© 2004 г. С. А. Истомин, Г. В. Овчаренко, С. Н. Алешина, А. А. Мальков
ВЯЗКОСТЬ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ФЛЮСОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
Измерены вязкость п и электропроводность х промышленных флюсов АНФ-6, АНФ-32, АНФ-35, АН-295 и АН-26С, а также их смесей с флюсом АНФ-6 в отношении 1 : 1 в окислительной атмосфере. Определены п и х промышленных флюсов с добавками 20 мас. % ферросплавного шлака, содержащего редкоземельные металлы.
Вязкость и электропроводность - структурно-чувствительные свойства, позволяющие характеризовать структуру расплава и иметь информацию о природе частиц, переносящих ток, и оценивать их подвижности [1].
При переплавных процессах, в частности при электрошлаковом переплаве, вязкость и электропроводность флюсов определяют многие технологические параметры электрошлакового переплава. От них зависит полнота очищения переплавляемого металла от газов, неметаллических включений и других вредных примесей, температура электрошлакового процесса, удельный расход электроэнергии и скорость переплава
[2, 3].
К настоящему времени в литературе накоплена значительная информация по вязкости и электропроводности флюсов для электрошлакового переплава [4-11], однако из-за методических погрешностей и применяемых препаратов полученные результаты в ряде случаев значительно отличаются друг от друга.
В настоящей работе изучали вязкость п и электропроводность х флюсов электрошлакового переплава (ЭШП) промышленного производства. Вязкость расплавов измеряли вибрационным вискозиметром, работающем в режиме затухающих колебаний с погрешностью ± 5% [12], а электропроводность - мостом переменного тока на частоте 5 кГц с погрешностью ± 3% [13].
Измерения проводили в окислительной атмосфере. Температуру расплава контролировали Р1-Р1ЯЬ-термопарой, горячий спай которой находился в расплаве на уровне погружения электродов.
Для исследований брали широко используемые при ЭШП промышленные флюсы, составы которых приведены в табл. 1 в соответствии с ГОСТом и ТУ. Изучали вязкость и электропроводность смесей флюсов АНФ-6 с "основными" флюсами, взятыми в отношении 1 : 1 по массе.
Таблица 1
Химический состав промышленных флюсов, мае. %
< п. п. Флюс СаБ2 А1А СаО 8Ю2
1 АНФ-6 70 25-30 <8 - <2.5
2 АНФ-32 37-45 20-25 24-30 2-6 5-9
3 АНФ-35 23-33 22-28 20-26 12-16 4-8
4 АН-295 11-17 49-56 26-31 6 2.5
5 АН-26С 20-24 19-23 4-8 15-18 29-33
Рис. 1. Вязкость (а) и электропроводность (б) промышленных флюсов ЭШП. 1 - АНФ-6, 2 - АНФ-32,3 - АНФ-35,4 - АН-295, 5 - АН-26С, 6 - АНФ-6 + АНФ-32, 7 - АНФ-6 + + АНФ-35, 8 - АНФ-6 + АН-295.
Первые четыре флюса можно отнести к "основным", с низким содержанием диоксида кремния, а последний к "кислым". Все рассматриваемые флюсы получены из первого путем последовательной замены в нем фторида кальция на оксиды алюминия, кальция, магния и кремния. Результаты дают возможность проследить влияние такого изменения состава на электропроводность и вязкость.
Во флюсе АНФ-32 снижение концентрации СаБ2 компенсировано увеличением содержания СаО. Такая замена привела к снижению х при примерно таком же увеличении п (рис. 1а, кривые 1 и 2). При 1600°С электропроводность флюса АНФ-6 составляет около 500 Ом-1 ■ м-1, а у флюса АНФ-32 около 250 Ом-1 ■ м-1 (рис. 16, кривые 1 и 2). Соответственно вязкость равна 0.006 и 0.013 Па ■ с. При снижении температуры это соотношение меняется, но корреляция сохраняется.
Значения п и х для флюса АНФ-35 лучше сравнивать с соответствующими данными для флюса АНФ-32, так как замена в нем части СаР2 на М§О дает флюс АНФ-35. Введение М§О заметно повышает вязкость (рис. 1а, кривые 2 и 3), а главное - приводит к сильной зависимости ее от температуры, по-видимому, вследствие повышения температуры плавления флюса.
Результаты измерений вязкости для флюса АН-295 также лучше сравнивать с данными для флюса АНФ-32. Образование крупных алюмокислородных комплексов в расплаве должно увеличить его вязкость. Действительно, величина п флюса АН-295 оказалась более высокой, чем у флюсов АНФ-32 и АНФ-35 (рис. 1а, кривые 2-4). Это говорит о сильном комплексообразовании в расплаве флюса АН-295. Электропроводность сильно упала в результате снижения подвижности носителей тока - катионов Са2+. Флюс АН-26С принципиально отличается от предыдущих - это "кислый" флюс. Результаты для него лучше сравнивать с данными для АНФ-35. Введение диоксида кремния снижает температуру плавления флюса. В то же время образование кремнийкис-лородных комплексов в расплаве увеличивает его вязкость (рис. 1а, кривые 3 и 5). Несмотря на это, электропроводность флюса АН-26С при высоких температурах выше, чем у флюса АНФ-35 (рис. 16, кривые 3, 5). Связано это с образованием кремнийкис-лородных комплексов с сильными связями в первой координационной сфере и ослаб-
Вязкость и электропроводность флюсов
71
Таблица 2
Состав ферросплавного шлака и усредненный состав флюсов ЭШП, мае. %
< п. п. Флюс СаБ2 Л1203 Са0 Mg0 8Ю2 РЗМ Мишметалл СаС2
Ферросплавный - 35 45 - 10 2-3 2-3 2-3
шлак (ФШ)
1 АНФ-6-ФШ 56 27 13.4 - 43.0 0.4 0.4 0.4
2 АНФ-32-ФШ 33.5 25.5 30.5 2.4 7.5 0.4 0.4 0.4
3 АНФ-35-ФШ 22.4 27 27.4 11.2 6.8 0.4 0.4 0.4
4 АН-295-ФШ 11.2 49.4 32.2 5 4 0.4 0.4 0.4
5 АН-26С-ФШ 17.6 23.8 13.8 13.2 26.8 0.4 0.4 0.4
ленными связями во второй координационной сфере, т.е. с катионами Са2+, М§2+ и т.д. Это снижает энергетический барьер для х, и она остается довольно высокой, хотя следовало ожидать обратного, вследствие уменьшения содержания катионов Са2+, являющихся носителями тока.
Изменение х и п расплавов смесей флюсов АНФ-6 с основными флюсами АНФ-32, АНФ-35 и АН-295 в отношении 1 : 1 по массе подчиняется тем же закономерностям, которые наблюдались для основных флюсов при изменении их состава (рис. 1, кривые 6-8).
Ранее проведены исследования по влиянию оксидов редкоземельных металлов на физико-химические свойства флюса АНФ-6 [14]. В качестве источника редкоземельных металлов можно также использовать отходы ферросплавного производства. Измерены вязкость и электропроводность промышленных флюсов ЭШП с добавкой 20 мас. % шлака ферросплавного производства, содержащего редкоземельные металлы. Состав ферросплавного шлака и усредненный состав флюсов после его добавки приведены в табл. 2.
Основные компоненты шлака ферросплавного производства - оксиды алюминия, кальция и кремния. Это обычные компоненты промышленных флюсов ЭШП. Результаты измерений электропроводности и вязкости флюсов с добавками ферросплавного шлака приведены на рис. 2. Из этих данных следует, что х смесей флюсов АНФ-6, АНФ-32, АНФ-35 и АН-295 с ферросплавным шлаком мало отличается от соответствующих величин для стандартных промышленных флюсов. Электропроводность "кислого" флюса АН-26С заметно возрастает (рис. 2а, кривая 5). Увеличение х можно объяснить повышением содержания в смеси оксида кальция, катионы которого участвуют в переносе тока.
Вязкость расплавов смесей при температурах выше 1500°С не слишком отличается от п промышленных флюсов. Расплавы флюсов АНФ-6, АНФ-32 и АНФ-35 с добавками ферросплавного шлака более "длинные", их т.е. вязкость с понижением температуры нарастает медленнее, чем у стандартных флюсов (рис. 26, кривые 2 и 3). Происходит это вследствие введения БЮ2, снижающего температуру плавления смесей. Вязкость флюсов АН-295 и АН-26С с добавками ферросплавного шлака возрастает вследствие повышения суммарного содержания оксидов кремния и алюминия и, возможно, температуры плавления смесей (рис. 26, кривые 4 и 5).
Таким образом, в расплавах, где главным компонентом являются основные оксиды, прослеживается четкая взаимосвязь состава с вязкостью и электропроводностью. Эта закономерность нарушается, когда в систему вводится диоксид кремния. Связано это со снижением температуры плавления флюса и образованием прочных кремнийкисло-
5
0«=
1300
1400
1500 T, °C
1300
1400
1500 T, °C
Рис. 2. Электропроводность (а) и вязкость (•) промышленных флюсов ЭШП с добавками ферросплавного шлака.
1 - АНФ-6, 2 - АНФ-32, 3 - АНФ-35, 4 - АН-295, 5 - АН-26С; 1' - АНФ-6 + 20 мас. % ФШ*, 2' - АНФ-32 + 20 мас. % ФШ, 3' - АНФ-35 + 20 мас. % ФШ, 4' - АН-295 + 20 мас. % ФШ, 5' -АН-26С + 20 мас. % ФШ.
* Ферросплавный шлак.
родных анионов. Добавки ферросплавного шлака существенно не влияют на вязкость и электропроводность промышленных флюсов ЭШП и могут быть использованы в качестве источника редкоземельных металлов для модифицирования переплавляемого металла.
1. Лепинских Б.М., Манаков А.И. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов. - М.: Наука, 1977. - 190 с.
2. Л а т а ш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав. - М.: Металлургия, 1970. -240 с.
3. МедоварБ.И., Шевцов В.Л., Маринский Г.С. и др. Тепловые процессы при электрошлаковом переплаве. - Киев: Наукова думка, 1978. - 304 с.
4. Mills K.S., Keen B.O. Physical properties of molten CaF2-baset slag's. - Int. Met. Revs., 1981, < 1, p. 21-69.
5. Hajduk M., Gammal T. Scrifttumzusammen stelling von heiffahighkeitsmessungen an CaF2-haltigen Sclackenschmelzen. - Stahl und Eisen, 1979, 99, < 3, S. 112-116.
6.ЛепинскихБ.М., Истомин С.А. Электрохимическое легирование и модифицирование металла. - М.: Наука, 1984. - 145 с.
7. Гончаров А.Е., Манаков А.И., Ковалев П.К. Поверхностное натяжение, плотность, вязкость и электропроводность флюсов на основе CaF2. - Свердловск: РИСО УНЦ АН СССР, 1972, вып. 27, ч. 4, с. 159-166.
8. Евсеев П.П., Филиппов А.Ф. Электропроводность фтористых шлаков. - Изв. МВО СССР, Черная металлургия, 1965, < 3, с. 74-79.
9. Og ino K., Hara S., Hasimoto H. Study of the mechanism of conductivity of molten slags. Tetsu to hagane. - J. Iron and Steel. Inst. Jap., 1978, 64, < 2, p. 232-239.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вязкость и электропроводность флюсов
73
10. Коваль А.Е., Чуйко Н.М., Дегтярев B.C. и др. Электропроводность шлаков на фторидной основе. - Изв. вузов, Черная металлургия, 1970, < 12, с. 71-74.
11. Евсеев П.П. Физические свойства промышленных шлаков системы CaO-Al2O3-CaF2. -Автоматическая сварка, 1967, 20, < 11, с. 42-45.
12. Му
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.