Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L Ą S K IE J 1978
Seria: H U T N I C T W O z. 14 Nr kol. 545
Zygm un t KLI SI E WI C Z , Ng u y e n duc -KHIEN Andrzej M E N C E L
Z M I A N A ZA W A RT O Ś C I G LI N U W S TO PA CH Fe -Cr-Al W C ZAS IE E L E K T R O Ż U Ż L O W E G O PR Z E T A P I A N I A
S t r e s z c z e n l e . Badan o w p ł y w p o cz ą t k o w e g o składu c h e m i cz ne g o żużla w czasie p rz e ta p i an i a e le k t ro ż u ż l o W e g o (EŻP) na z mi a n ę za war t o śc i glinu w stopach Fe-Cr-Al. St wie r d zo n o , że w celu u zy s kan ia metodę EŻP s to p ó w opo row yc h F e- Cr -A l z mo ż li w i e ma ły m zg ar em a lu m i n i u m na
leży :
- pr ow ad zi ć pr ze to p z możl iwą małą z a w a r to ś ci ą w żużlu ni e t rw a ły c h te r mo d y n a m i c z n i e tlenków,
- s t os ow ać żu żle o małej zaw ar t oś c i CaO, S i 0 2 oraz M g O i mo żli w ie dużej z aw a rt o ś c i C a F 2 i AlgO^,
- stos ow ać do pr z eto pu e l ek t ro d y o po w i e r z c h n i d o kł a dn i e oc z ys z c zo nej z tlenków.
1. Wstęp
Oe d ny m z ga t u n k ó w s t opó w p r z e z na c zo n y ch do p r od u kc j i o po r owy ch el em e n tów g r ze jn yc h w p o st a ci taśm i drutów jest stop w g a tu nk u H25D5. Ge go wł as no ś c i, op orność wł a ś c i w a i żar oo dp o r no ś ć po z w al a ją na e ks p l o a t a c j ę e- lemen tó w g rz e jny ch w te m p er a tu r a ch do około 1300°C.
W y r o b y z tego stopu wy k a z u j ą j e dn a k duże wa h a ni a w ł a s n oś c i użytkowych, co zmusza do podj ęc ia nowych badań nad ich uj e d n o l i c e n i e m i poprawą. M o ż liwie długi czas pr ac y el e me nt ów gr z ej ny ch w wa r u n k a c h okr eso wy c h zmian te m pe r at u r y Jest j ed nym z p o d s t aw o wy c h kr y te r i ó w o cen y p r z y d a t n o ś c i tych stopów.
W a r u n k i e m u zy s ka nia dobrej trw ał ośc i tych st opów Jest m ię d z y innymi w ł a ś c i w y skład chemiczny, pr zy cz e p no ś ć z go r ze l i n y itp. W p rz y pa d k u stopów o p or ow yc h typu Fe-C r-A l j ed ny m ze sk ładników, kt ór y w yłównej m i er z e de
cyduje o trw ał ośc i stopu jest glin fi].
P o pr a w ę w ł a s n o ś c i u ż yt k o wy c h st o pó w op o ro wy ch można osiągnąć mi ę d z y in
nymi r ów ni eż p op r ze z z m n i ej s z en i e il ości w t r ą c e ń ni e me t a l i c z n y c h oraz z a
pe w ni e ni e m oż l iw i e r ów n om i e rn e go składu ch e m ic z ne g o stopu na całej dłu go ści eleme nt u oporowego.
S t op y o po ro we wy t ap i a się w naszym kraju w d al sz ym ciągu me to d a m i tra
dycyjnymi, a J a koś ć ich mimo znacznej po p r a w y nie osi ąg nę ła op ty mal nyc h w ł a s no ś ci [2].
46 Z. Klis ie wi cz , N. Khien, A. Mencel
Do badań z a st o s ow a no el ek tr o ż uż l ow e p rz et api an ie (EZP) metodę, która g w ar a nt u j e u zy s ka n i e stali z małę ilościę wt r ęc e ń ni em et al ic z n yc h i z rów
n o mi er nym ich roz mi e sz c z en i em oraz popr awę wł a s no ś ci użytkowy ch stali [3].
W ni ni ej s z ym ar ty ku l e opisan o w p ł y w składu ch em ic zne go żużla na zmianę za wa r t oś c i A l w czasie EŹP.
2, M e to d yk a badań
Stop o po ro wy Fe-C r- Al p r ze t a pi a no na ur zęd ze ni u lab ora tor yj nym w y p o s a żonym w c hł o d zo n y wodę kr yst a l iz a t or mi e dz i a ny o śre dn icy 100 mm,
Do pr ze ta p i an i a sto so w an o elek tr od y o śre dni cy 45 m m i długości 1300 mm.
Skł ad ch e m ic z ny el e kt rod do EZP:
C = 0,06%, Mn = 0,43%, Si = 0,65%, P = 0,035%, S Cr = 22,39%, Al = 5,12%, Ni = 0,5%, Cu = 0,11%.
0,007%,
Dla określe ni a w pły wu po czę t k ow e go składu che mi cz n eg o żużla na zmianę za w ar t oś c i al u mi ni um stopu Fe -Cr-Al wy k on a n o prz eto py próbne z zas to s o wa ni em różnych żużli, których sk ła dy ch emiczne podano w tabeli 1.
Ilość żużla sto so w an e go do pr zetopu wyno si ła 1600 g/przetop. Oa ko od- tleni ac z dodaw an o do żużla s pr os zko wa ne alu minium w ilości 40 g/p rzetop i wz d ł u ż e l ek tr ody drut A l 85 g/przetop.
W s z y s t k i e wl ew ki o prz ekr oj u 100 mm z proces u EŻP p r ze ku to w tempera
turach 11 00- 1 25 0 ° C na prę ty o śr edn i cy 40 mm. Z p r ęt ó w tych tocz ono pr ó b
ki do wy k on a n ia a na li zy sk ładu c h emi cz ne go stopu.
3. Wy ni k i badań
W y n i k i zmian za wa rt o ś ci glinu podano w tabeli 1. Z danych tych wynika, że ze w zr o s t e m zaw ar to ści CaO w żużlu zawartość glinu w metalu maleje pr zy takich samych w ar u n k a c h przetapia ni a, rys. 1.
1 3
<
Rys. 1. W p ł y w zaw ar to ś ci (CaO %) w żużlu na zm ia nę zawartoś ci alum in ium w stopi e Fe-Cr-Al
Tab el a 1 Skład c h em i cz n y żużli wy jś ci o w yc h i zmian za wa rt oś ci a l um in ium w wy nik u EŻP s to pó w Fe-Cr-Al
średnia zawartość A l %
M „ l - M e, .
10W
P o cz ą tk o w y skład c he m icz ny żużla [%]
Nr pr ób ki
przed HZP po EŻP CaFg
A 1 2°3 CaO MgO S i 0 2
2-1 ,2 -2 , 2- 3 5,12 5,92 15,62 61 33 4,0 0,5 1.5
1- 1, 1-2 ,1 -3 5,12 5,45 6,44 61 33 4,0 0,5 1,5
6-1,6-2 5,12 5,74 12,10 61 33 4,0 0,5 1.5
8-1,8-2 5,12 5,74 12 ,10 50 30 15,0 4,5 0,5
3-1, 3-2 5,12 5,64 10,15 60 20 20 - -
7-1,7-2 5,12 5,54 8,20 50 30 15,0 4,5 0,5
5-1 5,12 5,15 0,57 18 40 25 ,0 17 -
'sl
Zmianazawartościglinuw stopachFe-Cr-Al.
48 Z. Kl l3iewicz, N. Khien, A. M en ce l
Efekt ten Jest m ię dz y Innymi w y ni k i em pr zeb ie gu reakcji:
3(CaO) + 2[A1] = 3 [Ca] (Al2° 3 ). ( 1 )
dla której :
A F ° = 17600 - 70,7 T A F° = 48575 cal [4],
W e d ł u g danych [4, 5] prze bi eg ww. reakcji Jest m o żl iw y głównie dlatego, że aktywność p r od uk tów reakcji Jest ba rdzo mała' na skutek tworzenia się zw i ęzk ów 3C a 0, A l2 0 3 ; CaO.AlgOj; Ca Al^ oraz CaAlg.
N a le ż y również po dkreślić, że wy n iki em wzrost u z aw art ośc i CaO w żużlu Jest zwi ęk sz e ni e stężenia J on ów (O- 2 ) pow od u ją c y ch z wi ęks ze nie zgaru alu
minium.
Wy ni k i badań obcych [6] pokazały, że całkowita ilość tlenu pr ze c h od z ą
cego do kąpieli z al eży od z as ad ow ośc i żużla i rośnie n ie zna cz nie ze w z r o stem zasadowości.
Stąd wiemy, że przy dużej z as a d ow o śc i reakcja
2 [Al] + 3(0) (a i2o2 ) (2)
może łatwo przebiegać.
Inaczej mówiąc, ze wz ro stem za war toś ci CaO w żużlu, zawartość alum ini um w metalu zmn iejsza się.
R ó wni eż z tabeli 1 i rys.2 widać, że za wa rtość glinu w metalu rośnie ze w zr os tem za
wa rt oś c i A l2°3 w żużlu.
W p ł y w Al g Oj na zmianę za
war to ści gl i nu 'tł um acz y się ilością tlenu prze ch od ząc eg o do kąpieli metalowej. Bada
nia cytowanych autor ów [6]
wy kazują, że przy tej samej za sa dow oś ci wzrost zawarto
ści A 1 20 3 w żużlu powoduje wy r aź n ie zmnie js zen ie ilo
ści tlenu pr z ec ho dz ące go do kąpieli.
W badaniach wł a sn ych stwierdzono, że zawartość al u mi ni um zmn iejsza się zarówn o ze w z ro st em zaw ar to ś ci M g O Jak CaO w żużlu, rys. 3.
Rys. 2. W p ł y w za war t o śc i (Al^Oj
* ' ) r s . * - • . u n u i i u u u . V' ' q ^ ^ W Ż U Ż l U
na zmianę zawart oś ci alu mi niu m w stopie Fe-C r- Al (dot. żużli o zaw ar to ści M g O do
8%)
\
Zmiana z aw ar t o ś c i glinu w stop ac h Fe-Cr-Al. 49
u 1
< i i— i
'is
u ■ 16
12 *«
<
10
8
6 45 10 IS 20 25 30 35 ( M^O % )
Rys. 3. W p ł y w z aw a r to ś ci (MgO%) w żużlu na zmianę za wa rt o ś ci al u m ini um w st opie Fe -Cr-Al
P r z y dużej z a wa r t oś c i M g O w żużlu zasado woś ć można wyrazić:
a wi ęc gdy zwięk sz a się M g O w żużlu, to ilość tlenu w kępieli metalowej też zw i ęk sza się, co po w od uje zw ię ks z en i e zgaru aluminium. P on ie wa ż przy dużych za w ar t oś c i ac h M g O w żużlu zw iększa się lepkość żużla, co pogarsza warun ki pr z eb ie gu p ro ce su EŹP, dl a teg o też za wartość M g O w żużlu nie po
winna pr ze kra cz ać 15% [7].
Na s tę p ni e r o zp a tr u j em y wp ł y w z aw art oś ci Ca P 2 na zmian ę zaw art oś ci gli
nu w stopie. W o m aw i a ny m u k ła dz ie żużla Ca O - C a F g - A l g O j i stopu Fe-Cr-Al możli wy jest prz eb ie g reakcji [4]:
jednak st wi er d z on o w wynik u badań, że zawartość al u mi ni um rośnie ze w z r o stem za war t o śc i Ca F 2 w żużlu, rys. 4. T łu m a c z y się to tym, że im większa zaw artość C a F 2 , tym m n ie js za Jest ilość t le nk ów w żużlu. Oak wiemy, za
chowa ni e stał oś ci skład u ch em ic z n eg o żużla w czasie EŻP wy ma ga o gr a nic ze
nia do mi ni mum zawart oś ci łatwo redu kuj ęc yc h się tlenk ów w żużlu.
W przy pa dku pr z eta pi an ia st op ów z a wi e ra j ę cy c h skł ad nik i takie jak glin i krzem n a s t ę p ow a ł ob y r edu ko wa nie tych tlenków. Zmiana składu c he mi cz neg o żużla w p o s z c ze g ól n y ch stadiach procesu p r o w a d zi ł a by do n i ej e dn or od noś ci ot rz ym a n eg o wlewka. Dla sp eł nie ni a żędania stał oś ci składu c he mi cz neg o na
daję się najlepiej żu żle z aw i er a j ęc e bardzo mało tlenków. D la te go jako p o ds t a wo w y sk ł ad nik żu żli s to s ow any jest fluorek w ap nia [8].
S t w i e r d zo n o wie lo kr o t ni e , że wz rost zaw ar to ś c i S i 0 2 w żużlu zw iększa zgar glinu w pr z et a p ia n ym metalu. Da k o prz ykł ad służy pr zet a p ia n ie elek- t ro żuż lo we stali zawierajęcej glin pod żużl ami za wi er a j ęc y m i niewielkie 1- lości S i 0 2 [3, 4, 7, 8].
zas ad ow o ś ć =
(3)
50 Z. Klisiewicz, N. Khien, A. Mencel
Rys. 4. W p ł y w zawart oś ci (CaF2%) w żużlu na zmianę zawartoś ci aluminium w stopie Fe-Cr-Al
Wyjaśnić to można tym, że w normal ny ch wa run ka ch krzem Jest o wiele słab
szym odtleniaczem niż glin i reakcja prz ebiega w prawo 8 :
4 [Al] + 3( Si0 2 ) = 2( A 1 2 0 3 ) + 3 [Si] (4)
4. Wnioski
W oparciu o prz ed sta wi on e w zarys ie wynik i badań opraco wan o nast ępu ją ce wnioski.
Ma ję c na celu uz yskanie metodę EŻP stopów oporowych Fe-Cr-Al z moż li wie małym zgarem al uminium należy:
1. Prowadzić przetop przy możl iw ie małej zawartości w żużlu nietrwałych termodynami cz nie tlenków.
2. Stosować żużle o małej zawart oś ci Ca O i SiC>2 oraz M g O i możliwie dużej zawartości CaF2 i AlgO^.
3. Stosować do przetopu el ek trody o powier zc hn i dok ładnie oczyszczonej z tlenków.
LITERAT UR A
[lj M row ec S . , W o be r T . : No woc ze sn e tworzywa żaroodporne.
[2] T oc h ow icz St., Lipiarz Z.: W p ł y w elektr oż uż low eg o prz et apiania na ko
rozję tlenowę stopów oporowych c h r o m o w o - g l i n o w y c h , Hutnik 1972, Nr 6.
[3] Ł a ta s z 3.W. , Mied owa r B.I.: El ektroszłakowyj pieriepław.M iet ał łur gi ia 1970.
[4] K luj ew M.M. , Kabłukowckij A . : Mi et ał ł u rg i j a elekt ro sz łak ow ow o pierie- p ł a w a , 1969.
[5] Kljutin W.P. i inni: Pr oi zwo ds tw o ferrospławow. Mietałłu ra iia 1957, s. 90.
Z miana z a wa rt o ś c i glinu w stopach Fe-Cr-Al. 51
[6] K l i n g e l ho f e r H.I., Ma th is P., Ch o u n h u r y A.: A u c h i r fur das Eisenhut- tenwesen, 1971, N r 5, str. 299-306,
[7] Ho y le G . : El e o tr o sl a g Refining, London 1969,
[8] Ma z a n e k T. , T o c h o w i c z St,: E le k tr o m e t a l u r g i a stali. W y d a w n i c t w o Ślęsk.
H3MEHEHHE CO.ĘEPKAHHH AJIEMHHHH B CIUIABAX Fe -Cr-Al BO BPEMH OJIEKTPOHUIAKOBOrO IIEPEIUIABA
P e 3 k> u e
H c o ^ e ^ O B a H O b j i h h h h b H a n a n b H o r o X H M H H e c K o r o c o o x a B a m x a K a b o B p e x a 3JteK- xpoHjiaKOBoro ne pen x aB a Ha H3MeHeHae coxepxaHHH ajuoMHHHH b onaaBe Fe-Cr-Al.
Bhboąłi HocaeflOBaHHit caeayioąHe: H Me a aeaaio noayaeHae MexoaoM 311111 onopHHx cnaaBOB Fe -Cr-Al c b o 3 i i o x h o uaatot y rap ou SLaœuHHaa neodxoaHMo:
1. IIpoBOAHTb nepenaaB npa b o3m o x h o uaaou coaepxaHHH HeycxofiHHBHX xepMOflHHa- MHaeoKHx OKHoea b mjxaice.
8, IIpHMeHaxb m aaK H o Maatac ooaepx aHH SM CaO u S i 0 2 a xaxxe M g O h b o 3 m o x h o CoabmoM oo aepxaHHeM CaFig h a120 3 .;
3. Ilepea npH MeHeHHeM aaexxop HeoSxoaHUO o h h c t h t b h x o x oKHcea.
THE CH AN GE OF CO N T E N T S OF A L U M I N I U M A L L O Y S Fe-Cr-Al DU RING M E LT I NG BY ESR
S u m m a r y
The effect of pr i m ar y com po si t i on of slag on change contents of a l u m i nium alloy s Fe-Cr-Al during melt in g by ESR has been investigated.
T h e results of the in ves t i ga t io n are sum me ri z ed as follows:
In order to ob ta in resistant alloy s F.e-Cr-Al, wh ic h have small melting loss of aluminium:
1. It must melt in slag, w hi c h has small content of un d u rab le t he rmo dy na mic oxides.
2. The slag must have small content of CaO, S i 0 2 and M g O and poss ib ly great content of C a F 2 and AlgO^.
3. The ele kt ro des for m el ti ng must have v e r y clean surface without oxide.
