Промышленный (металлургический) флюс: что это такое, его характеристики, как и где применяется

Главная / Расходные материалы

Время на чтение: 2 мин

437

Металлургическая промышленность, одна из наиболее весомых отраслей современности. Для чего знать ее основы?

Ответ прост – чтобы уметь из любых металлов сделать необходимые детали и наделить их такими свойствами, что бы можно было применять во многих сферах деятельности.

Для того, чтобы из определенного металла получить готовую деталь, кроме техники применяют металлургический промышленный флюс.

В этой стать и поговорим обо всех его характеристиках и сферах применения, разберем детально где и как его можно использовать.

Общие сведения
Виды промышленного флюса
Общие свойства и характеристики
Подведем итог

Металлургические флюсы

Формирование шлаков — это процесс, требующий особых материалов. Их называют флюсами. Среди них популярны: боксит, шамотный бой, известь, плавиковый шпат, известняк. Каждый вид флюса имеет уникальные особенности. Так как они входят в состав шихты, помещенной в агрегаты для плавления стали, то они должны иметь подходящие технологические характеристики.
Боксит

ускоряет образование шлаков. При этом создается необходимый уровень вязкости сырья, формируемого в мартеновских печах. Al2O3, SiO2, Fe2O2 – составляющие материала. Кремнезем влияет на футеровку агрегата, снижая её стойкость. При этом объём шлака увеличивается. Оптимальное количество соединения в боксите — 10 – 12 %. Глинозем оказывает положительное воздействие на шлак. Благодаря нему достигается необходимый эффект.

При перевозке и хранении боксита важно обеспечить уровень влажности сырья, не превышающий двадцати процентов, чтобы защитить груз от непредвиденных потерь. Перед началом использования, его нужно хорошо просушить. Необходимо тщательно провести эту процедуру, так как излишки влаги снизят полезные свойства боксита. Затем его помещают в сталеплавильную установку для увеличения скорости образования шлака.

Выделяют различные марки боксита, отличающиеся своими свойствами. К примеру, Б-6 содержит от 37 % Al2O3. При этом содержание серы и P2O3 не превышает 0,2 % и 0,6 % соответственно. SiO2 и Al2O3 больше 2,1 процента.

Еще один вид флюса — это шамотный бой

. Электрические сталеплавильные агрегаты — его основное место применения. В дуговых печах шамотный бой влияет на уровень вязкости шлака. Такой эффект достигается за счет отсутствия оксидов железа и воды. Однако. Содержащийся в шамотном бое кремнезём из-за своего количества может увеличить количество шлака. Кроме него, в состав флюса входит от тридцати до сорока процентов Al2O3 и SiO2, менее 1 % Fe2BO3.

Следующий вид — известняк

используется в больших объёмах. Это природный вид кальцита. Такое количество флюса при производстве продукта скрап-рудным процессом снижает температуру в режиме конвертерной плавки. При повышении температуры кальцит диссоциирует следующим образом:

Здесь приставлена химическая реакция, происходящая в мартеновской печи при завалке плавки. Как показано на рисунке, известняком поглощается тепло. Но наилучший эффект достигается за счет извести, так как тепловой баланс улучшается. Но известь обладает особыми свойствами, требующих больших затрат на её хранение и производство. Поэтому для мартеновских отделений, работающих в скрап-рудном режиме используют известняк. Он не требует особых условий хранения и доступен в больших количествах. Начальный период плавки отличается высоким уровнем тепла, так как факел нагревает ванну.

После того, как происходит подача известняка, температура снижается, поэтому следует принять дополнительные меры. Содержимое ванны перемешивается с углекислым газом. Он выделяется при диссоциации кальцита. Это позволяет улучшить теплопередачу между факелом и ванной. Почти половина от общего количества кислорода используется для того, чтобы окисление произошло быстрее. Однако, известь более качественный продукт, прошедший дополнительную обработку, позволит существенно снизить затраченное время на процесс плавления. Поэтому в процессе доводки используют ее.

Еленовское и Новортоицкое месторождение обеспечивает известняком Юг Украины. Флюс, использующийся на предприятиях это региона, содержит 0,01 % фосфора, 0,04 % серы, 2 — 4 % оксида серы и алюминия и до 54 % оксида кальция. Другой вид известняка смешанный с доломитом содержит около 14 % оксида магния.

Продукт термической обработки известняка называют известью. Процесс обжига проходит в трубчатых, шахтных, а также в печах с кипящим слоем. Содержание топлива оказывает влияние на получившийся продукт. Например, при использовании сернистого кокса в извести можно обнаружить до 0,3 % серы. Такая сера слабо справляется с ролью десульфуратора. Оптимальным топливом для получения извести, с низким содержанием серы, является природный газ.

Обжиг определяет металлургические параметры извести. Если обжиг был произведен «мягким способом», при котором её быстро нагревают до максимальной температуры и быстро понижают температуру, то в ней буде больше пор и трещин. Такой флюс быстро растворяется в шлаке. Важно не допускать процесса перекристаллизации, он происходит, если известь слишком долго находится под воздействием высоких температур. Металлургические свойства такой извести оставляют желать лучшего, так как ее скорость растворения низкая.

Известь гигроскопична, уже на воздухе она поглощает влагу из атмосферы. В результате химической реакции образуется Ca(OH)2.Такая известь не пригодна к использованию в металлургии. На диссоциацию полученного соединения уйдет больше топлива. Большое количество водорода низкое количества порошка гидроксида кальция — типичный результат использования гидратированной серы.

Чтобы этот флюс не поглощал влагу, нужно создать специальные условия. Для хранения извести подойдет бункер закрытого типа. При этом полезные свойства извести сохраняет на протяжении первых суток до подачи в сталеплавильный агрегат. Чтобы избавиться от последствий хранения извести на открытом воздухе, в металлургии применяют «недопал». Это продукт частичного обжига известняка. Его химический состав — 10 – 14 % CO2, Ca — до 85 %, и 4 % SiO2. Такое соотношение снижает гигроскопичность.

Оптимальный размер блока извести не должен превышать 150 мм в мартеновских печах. Конвертерный метод плавки стали требует куски размером от 10 до 50 мм. Эти размеры позволяют флюсу полностью раствориться в шлаке.

Флюорит — это природная форма существования плавикового шпата (CaF2). Он повышает скорость растворения извести, формируя подвижный высокоосновной шлак. Такой результат достигается за счет химического состава флюса. Плавиковый шпат содержит от 90 до 95 % CaF2 и менее 5 % SiO2.

Однако, слабое распространение и высокая стоимость снижает круг его применения. Основной ареал применения плавикового шпата дуговые электросталеплавильные печи, при выплавке стали. В минимальных количествах его используют в производстве стали. При этом оно должно проходить кислородных конвертерах на основе двух-шлаковой технологии. Содержание флюса не должно превышать 2 % от массы металла.

Какими бывают флюсы для пайки

Чаще всего материал для пайки готовят из 10 грамм хлорида аммония и 30 грамм хлорида цинка, растворяя их в 60 миллилитрах воды.

Также используется «паяльная кислота» или «паяльная жидкость». Их можно приготовить из консервированной соляной кислоты и металлического цинка:

кислоту налить в фарфоровую или стеклянную посуду и порциями добавить цинк;
в результате растворения цинка в кислоте должен начать выделяться кислород и образоваться хлорид цинка;
после того как выделение кислорода замедлится, емкость следует поставить в теплую воду;
по окончании реакции жидкость сливается и остается только нерастворившийся цинк, к которому нужно добавить нашатырь (2 грамма аммония на 3 грамма металлического цинка).

Жидкость можно не сливать, а выпарить досуха. Затем непосредственно перед пайкой полученная смесь растворяется в воде (1:2).

Однако приготовленные таким образом флюсы подходят не для всех металлов. По степени эффективности они подразделяются на три группы:

Защитные или некоррозиные материалы из-за своей слабой активности не способны очистить поверхность большинства металлов от коррозийной пленки. Главным образом они используются для соединения меди, ее сплавов и покрытых кадмием, оловом или серебром стальных изделий. При этом припои должны быть только легкоплавкими. К защитным флюсам относится канифоль и ее различные растворы, вазелин, стеарин, воск, древесные смолы.
Слабокоррозийные вещества по сравнению с некоррозийными более активны. Чаще всего это растворенные в спирте, воде или производных органических кислотах минеральные масла, животные жиры, органические кислоты (щавелевая, бензольная, стеариновая, олеиновая, лимонная, молочная и т. д.). Для того чтобы ослабить коррозийное действие таких веществ, к ним добавляется канифоль или другие вещества, которые не вызывают коррозии. Применяются слабокоррозийные вещества при пайке только с легкоплавкими припоями, так как они легко разлагаются, сгорают и испаряются.
Коррозийные флюсы для пайки состоят из фторидов и хлоридов металла, неорганических кислот. Они способны разрушать любые стойкие пленки цветных и черных металлов, поэтому эффективны при пайке любым способом. Применяются коррозийные материалы в виде водных растворов в пастообразном и твердом состоянии.

Флюсы сталеплавильных процессов

Флюсами называют материалы, которые вводят в состав шихты для формирования в сталеплавильных агрегатах шлаков, обладающих необходимым комплексом физических и технологических свойств. В качестве флюсов в основных сталеплавильных агрегатах чаще других применяются: известняк, известь, боксит, плавиковый шпат и др.

Известняк в больших количествах дается в завалку плавки при производстве стали в мартеновских печах скрап-рудным процессом, может также применяться в качестве охладителя конвертерной плавки.

Известняк является природной формой существования кальцита (CaCO3). При высоких температурах кальцит подвергается термической диссоциации по реакции

Реакция (8.13) протекает с поглощением большого количества тепла. Поэтому для улучшения теплового баланса плавки значительно выгоднее применение извести. Однако, производство извести в количествах, которые требуются для работающих скрап-рудным процессом мартеновских цехов, а также хранение ее в сухом виде весьма затруднительно. Поэтому, когда в завалку мартеновских печей необходим большой расход оксида кальция, обычно используют известняк.

При выплавке стали в мартеновских печах известняк обычно дают в завалку. В начальном периоде плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне достаточно высока, что позволяет за приемлемое время компенсировать потери тепла, связанные с термической диссоциацией известняка. Перемешивание ванны выделяющимся при диссоциации CaCO3 углекислым газом улучшает теплопередачу от факела к ванне. Кислород CO2, используемый примерно на 50%, ускоряет окисление примесей ванны, что позволяет уменьшить расход железной руды. Но все это не позволяет в полной мере компенсировать затраты тепла на разложение известняка, поэтому использование в завалку качественной извести обеспечило бы существенное сокращение длительности плавки.

Что такое флюс и его ключевые особенности

Итак, флюс – это такой сплав металлов, имеющий легкоплавкую структуру, который применяют для спаивания двух разных материалов. Этот сплав можно сделать и своими руками, если вы знаете особенности соединения двух разных материалов при термической их обработке.

Соединение двух материалов при помощи флюса выходит при условии, если на уровне шва будет выдержана та или иная температура. В зависимости от того, какой материал берется, температура варьируется в пределах от 50 до 500 градусов. Температура плавки припоя обязано быть намного выше температуры плавки материала, который вы обрабатываете.

Такая вещь, как флюс для пайки имеет несколько разновидностей, его нужно выбирать в зависимости от таких факторов:

металл;
температура пайки.
температура самого флюса;
параметров поверхности работы;
прочности материала;
его устойчивости к коррозии.

Есть две группы флюсов:

твердые, которые имеют высокий температурный порог;
мягкие, такие флюс имеют небольшую температуру плавки.

Тугоплавкий припой имеет температуру плавки 500 и более градусов, он создает достаточно прочный тип соединения. Но его недостаток состоит в том, что иногда высокая температура может вызвать перегрев ключевой детали конструкции и выведение ее из строя.

А температура плавки легкоплавких припоев составляет от 50 до 400 градусов. В этот вид флюсов входят такие компоненты:

свинец;
олово;
другие примеси.

Такие флюсы в основном применяются для пайки предметов радиотехники при их установке.

Также есть и сверхлегкоплавкие припои, которые используют для пайки и соединения транзисторов. Температура плавки этих флюсов может достигать 150 градусов максимум.

Чтобы запаять тонкие поверхности, следует применять мягкие флюсы, а для пайки проводов с большим диаметром нужно брать твердый припой, имеющий высокий температурный порог.

Требуемые характеристики флюса такие:

способность нормально проводить тепло и ток;
прочность конструкции;
способность к растяжке;
устойчивость к коррозии;
различия температурных показателей при плавке припоя и основных материалов.

В виде припоя используются такие материалы, как:

прутья;
ленты;
проволочные катушки;
трубочки с колофонием;
прочие флюс.

Наиболее распространенная форма – это прут из олова, диаметр сечения которого составляет 1-5 метров.

Есть также и многоканальные виды флюсов, которые имеют несколько источников поступления припоя для создания более прочных соединений. Они могут продаваться в мотках или колбах, иметь спиралевидную форму и содержаться в бобинах. Для одноразового применения лучше всего брать небольшой кусок проволоки размером со спичку.

Для пайки электросхем необходимо применять трубочные флюсы, которые содержат колофоний. Это такая смола, которая играет роль припоя. Этот присадочный материал отлично способен соединять такие виды металлов, как:

медь;
серебро;
латунь.

Ключевые особенности применения промышленного флюса в металлургии

Металлургическая промышленность, одна из наиболее весомых отраслей современности. Для чего знать ее основы?

Общие сведения
Виды промышленного флюса
Общие свойства и характеристики
Подведем итог

Общие сведения

Чугун – это сплав железа с углеродом, который изготавливается в доменных печах. Это результат расплавления железной руды, в сооружениях больших размеров, которые и называются доменными печами.

Это один из основных и распространенных методов в черной металлургии.

Вспомогательный компонент, который используют в таком процессе это шихта. Шихта – это сочетание материалов (руда или ее концентрат) и топлива (в основном кокс), смешанных в определенных частях.

Также, в качестве топлива могут использовать газ или топливо в жидком виде. Металлический промышленный флюс в данном процессе выполняет защитную функцию. Рассмотрим более подробно.

Виды промышленного флюса

В зависимости от породы, которая не содержит нужного количества полезных веществ, и будет загружена в доменную печь, флюс делят на основной, кислый и глиноземистый.

По причине того, что в состав основного металлургического промышленного флюса входит оксид кальция, он и есть наиболее распространенным. Если в состав пустой породы входит кремнезем, наиболее эффективным будет применении именно основного флюса.

Также, он позволяет достичь необходимой пропорции основных и кислотных оксидов.

Известняковый камень, один из наиболее применимых в доменном процессе, как флюс. Места его залегания распространены по всему миру. Это один из немногих минералов, который образуется в природных условиях.

В естественных природных условиях не встречается безупречный металлургический промышленный флюс, так в его состав должны входить, в определенных пропорциях, оксид кальция и кремний.

Чтобы в лабораторных условиях произвести флюс, необходимы очень большие трудозатраты, это не совсем эффективно. Вот поэтому, известняк и является наиболее подходящим средством в качестве промышленного флюса.

Главным критерием в применении должно быть отсутствие в составе фосфора. В ограниченном количестве в составе разрешено только содержание серы.

В редких случаях, используют так называемый доломит. В его состав дополнительно входит магний. Содержание магния влияет на процесс доломитизации.

Использую его только тогда, когда в результате плавки необходимо достичь высоких физико-химических свойств. В таких случаях, просто изменяется процент магния в содержимом.

Повышение около 10% позволяет, при изменении температуры, не потерять основные свойства.

Виды флюсования

В зависимости от технологического процесса флюсование можно выполнять двумя разными способами: сухим или мокрым. Следует отметить, что качество результата от способа обработки стали и других металлов не меняется. При мокром флюсовании на поверхность расплавленного цинка наносится флюсующий слой, через который впоследствии проходит обрабатываемая деталь до контакта с цинком. При сухом же способе детали, которые прошли этап травления и промывки, отправляются сначала во флюсовальный раствор, состоящий из хлоридов цинка и аммония. Такое флюсование приводит к образованию на поверхности изделий пленки, защищающей от окисления и способствующей лучшей реакции цинка с металлом. Процесс подготовки к цинкованию завершается в сушильной печи, где удаляется излишняя влага и детали нагреваются до необходимой температуры.

Если у вас имеются вопросы, касающиеся флюсования стали или самого процесса цинкования, обращайтесь к нам по телефонам, указанным на странице «Контакты». Наши специалисты с радостью предоставят необходимую дополнительную информацию и помогут оформить заказ.

Общие свойства и характеристики

Добытый известняк на территории стран бывшего СНГ светлого цвета, в основном белый. Но и существую залежи с разными оттенками серого или коричневого. Это зависит от процента содержания в нем химических элементов.

Наиболее крепкий и кучный это известняковый камень. Перед использованием в доменной печи, его группируют. Мелкая фракция раньше не использовалась, но в данное время ее начинают все больше применять в промышленности.

Хотя она и не имеет высоких показателей прочности. Как промышленный флюс ее можно применять только, если она попадает в печь совместно с агломератом.

Подведем итог

В общих понятиях промышленный флюс — это дополнительный компонент. Который применяют в сварочном деле, а также в крупной металлургической промышленности.

Как защитный компонент он проявляет себя при использовании сварки для соединения металлических частей. Он также влияет та ровность сварного шва.

В доменном производстве он выполняет немного другую функцию. К ней относят регулирование температуры плавления, что непосредственно влияет на химические характеристики руды и ее сплавов.

Промышленный флюс является неким стабилизаторов в доменном процессе и выводит серу.

Таким образом, нам стало более понятно, что представляет собой флюс и зачем его применяют в промышленности. Может показаться, что разобраться в этом технологическом процессе не так уж и легко.

Но, если знать тонкости этого процесса, можно легко разобраться и с всеми остальными нюансами создания чугуна.

Флюсование металла в процессе цинкования

Процесс флюсования является весьма важной стадией подготовки поверхности непосредственно перед окунанием изделия в расплав. В результате травления и последующей промывки поверхность изделия становится чистой и готовой к восприятию покрытия. Но в то же время эта поверхность является уязвимой для активного взаимодействия с кислородом. Пока изделие покрыто тонким слоем находящейся на поверхности пленки жидкости, реакции окисления поверхности протекают очень медленно, но мокрое изделие нельзя цинковать, а высушенное изделие вновь покрывается оксидной пленкой. Кроме того, как бы ни старались мы убрать с поверхности расплава цинка оксидный слой, он сразу же вновь образуется, и его наличие также создает препятствия успешному цинкованию.

Показано, что окунание изделий в специальный раствор (флюс), содержащий некоторые соли, создает условия для уничтожения обеих мешающих факторов. Было найдено, что если изделие с только созданной чистой (ювенильной) поверхностью окунуть в раствор флюса, (состоящего из смеси хлористого цинка и хлористого аммония), а затем высушить, то на поверхности образуется малопроницаемая для кислорода солевая пленка, препятствующая окислению поверхности, к тому же хлористый аммоний на поверхности изделия создает восстановительную среду.

Другая задача флюса — уничтожить пленку оксида цинка, всегда присутствующего на поверхности расплава цинка. Флюс справляется и с этой задачей. При температуре порядка трехсот градусов Цельсия происходит расплавление корки флюса, находящегося на поверхности изделия. Этот расплав хорошо растворяет оксид цинка, находящийся в контакте с флюсом при погружении изделия.

Наконец, третья задача флюса – испарение после выполнения первых двух процессов. Решив первые две задачи, флюс испаряется.

Таким образом, создаются идеальные условия для контакта еще чистой поверхности стального изделия с чистым, без оксидной пленки, расплавом цинка.

Последнее не означает, что процесс цинкования будет протекать гладко. В изделии существуют особенности, которые могут воспрепятствовать качественному цинкованию. Эти особенности включают

недоработки в конструкции изделия;
некачественно выполненные сварные швы;
недостатки металла, вызванные особенностями технологии его производства;
низкую температуру флюса.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

Информационные технологии в обеспечении качества металлопродукции
Цинкование ВГП труб
Свинцевание и его электролиты
Законы Фика | Основы диффузии
Механизмы обезжиривания поверхности деталей

comments powered by HyperComments

Флюс в металлургии что это?

Флюсы

Флюсы (плавни) — это вещества, входящие в шихту и образующие с пустой породой, золой топлива и другими загрязнениями легкоплавкие сплавы, которые отделяются от металла в виде шлака. Значение флюсов в металлургии очень велико, так как от их присутствия зависит успешный ход плавки и получение металла требуемых качеств. Пустая порода железных руд содержит наиболее часто избыток кремнезема (Si02), и чтобы образовать легкоплавкий шлак, в шихту добавляют в качестве флюса известняк СаС03 или доломит СаС03 • MgC03. Разжижая шлак и сообщая ему легкоплавкость, известковый флюс способствует ошлакованию золы и серы. Расход известняка при выплавке чугуна и стали очень велик. На 1 т чугуна расходуется от 0,40 до 0,80 т известняка; на 1 т основной мартеновской стали — около 0,10—0,12 т известняка. Известняк является весьма распространенной горной породой. Металлургический известняк в зависимости от сорта содержит от 49 до 52% СаО, не более 1,75—4,0% Si02 и не более 2,0—3,0% полуторных окислов (А1203 4- Fe203). При выплавке стали в качестве флюса применяется также плавиковый шпат (CaF2), который понижает вязкость шлака и частично удаляет серу.

Подготовка сырья к доменной плавке Предварительная подготовка сырья к доменной плавке имеет большое значение для увеличения производительности доменных печей и снижения расхода топлива. Современная теория и практика доменного производства предъявляют вполне определенные требования к качеству руды, идущей в плавку, к величине ее кусков и однородности состава по содержанию в ней железа. Наибольший размер кусков сырья, поступающего в плавку, в зависимости от его физико-химических свойств устанавливается: 30—100 мм—для руды, 30—80 мм— для известняка и 25—80 мм — для кокса. На основании многолетнего опыта считают, что каждые 10% мелочи в шихте (куски размером менее 5 мм) понижают производительность печи на 3% и, кроме того, увеличивают расход кокса. Подготовка к доменной плавке железных руд с высоким содержанием железа чаще всего состоит в их дроблении, сортировке по величине кусков, усреднении и агломерации. Для коксовых доменных печей руду дробят на щековых и конусных дробилках на куски размером 30—100 мм. Для мелкого дробления руд применяют валковые дробилки. После дробления руду просеивают на грохотах и сортируют по классам. Для повышения процентного содержания железа в руде применяют мокрое и магнитное обогащение и обжиг руды. Посредством мокрого обогащения от руды отмывают глинистые и песчаные породы. Обжиг руды производится с целью изменения физического состояния руды или химического ее состава (уменьшение содержания серы, удаления влаги, СО* и т. п.). Так, например, трудно восстановимые руды при обжиге растрескиваются, делаются пористыми, вследствие чего становятся легковосстановимыми. Усреднение руд представляет собой операцию, преследующую цель выровнять сырье, поступающее в плавку, по качеству, т. е. приблизить состав отдельных порций материалов к его среднему составу. Наиболее распространенным способом усреднения является укладка сырья тонкими слоями в штабеля, из которых забирают материал экскаватором или другой машиной. Агломерация представляет собой процесс спекания рудной мелочи и пыли в крупные пористые куски, пригодные для использования в доменной печи. При помощи горелки, работающей на газовом или жидком топливе, нагревают верхний слой шихты до температуры 750—850°. Наиболее производительными являются агломерационные машины конвейерного типа, в которых процессы загрузки шихты, зажигания, спекания и разгрузки готового агломерата происходят непрерывно. Эта машина представляет собой бесконечный транспортер из прямоугольных чугунных тележек (называемых паллетами), поверхность которых состоит из колосниковых решеток (рис. 75). Под колосниковой решеткой машины расположены камеры, находящиеся под разрежением, создаваемым мощным вентилятором — эксгаустером. Воздух просасывается через слой шихты сверху вниз. Горение, начавшееся в верхнем слое, распространяется вниз. В слое шихты развивается температура, достигающая 1300—1600°. Тележки плотно прилегают друг к другу своими длинными сторонами, образуя сплошную агломерационную ленту. Скорость движения ленты меняется в пределах 0,5—2 м/мин. Агломерационная машина при площади 50 м2 выдает в сутки до 1500 т агломерата. В процессе агломерации происходит превращение окиси железа в магнитную закись-окись: 3Fea03-C0=2Fe304-|-C04 (восстановление), 6Fe20;,->4Fe304-t-0a (диссоциация), Помимо спекания руды в отдельные куски, агломерация позволяет удалять вредные примеси, содержащиеся в железных рудах, в частности при этом процессе возможно выгорание серы. Использование в доменных печах агломерата повышает их производительность и снижает расход железной руды. Введение флюса в шихту при агломерации дает возможность получать офлюсованный агломерат, что упрощает ведение доменного процесса.

Флюсы

Подробности Категория:

ФЛЮСЫ

, плавни, минеральные вещества, добавляемые в шихту металлургических печей для получения шлаков определенного химического состава и требуемых физических свойств. Добавка флюсов имеет своей целью, как понижение, так и повышение температуры плавления шлака. Сообразно с характером шлаков флюсы обычно делятся на кислые и основные, реже применяются флюсы глиноземистые. В исключительных случаях (например, катастрофические неполадки) приходится прибегать к сильно действующим флюсам, позволяющим получить легкоплавкие шлаки для быстрого исправления ненормальной работы печей или ненормального состояния их огнеупорной футеровки. Подобными же флюсами пользуются и систематически для получения достаточно жидкоплавких (подвижных), а, следовательно, более активных шлаков. Однако в этих случаях ограничиваются применением только весьма небольших количеств таких сильно действующих флюсов.

Флюсы в металлургии черных металлов

. При металлургических процессах получения (и нагревания) черного металла (чугуна, железа и стали) обычно пользуются следующими флюсами. Кислые флюсы (кварц, кварцит, кварцевый песок, бой динасового, кремнистого кирпича, бой красного кирпича) применяются сравнительно редко и в ограниченном количестве. Это объясняется главным образом тем обстоятельством, что большинство железных руд и почти все сорта минерального горючего (кокс, антрацит) имеют кремнистую или кремнисто-глиноземную пустую породу и требуют обычно не кислого, а основного флюса. Кислый флюс вводится в шихту в виде бедных руд с кремнистой пустой породой (железистые кварциты) или кислых передельных шлаков (бессемеровский шлак, шлак сварочных печей, нагревательных колодцев и так далее). Иногда бедные кремнистые руды или передельные кислые шлаки даются в шихту одновременно с основными флюсами в целях увеличения общего количества шлака. Это делается, например, в доменном производстве при выплавке литейных чугунов для более успешного восстановления кремния при увеличенном количестве шлака. Такой же прием целесообразно применять и для наводки нового шлака в мартеновских печах. Кремнистые флюсы (кварцевый песок, молотый кварцит) часто служат также достаточно дешевым и быстродействующим средством для разжижения густых шлаков и для разъедания («стравливания») основных настылей и твердых образований на поду основных мартеновских печей или в горне (в шахте) печей доменных. В этих случаях пользоваться кислым флюсом следует с большой осторожностью (во избежание разъедания стен и пода печи). Кислым же флюсом (кварцевым песком) обычно пользуются для легкого удаления окалины в виде жидкого шлака из нагревательных колодцев и сварочных печей в том случае, если работа на «сухой подине» (сделанной из магнезитового кирпича или талькового камня) считается менее удобной.

Глиноземистые флюсы применяются еще реже, чем флюсы кислые. Это происходит не только потому, что чистые глиноземистые флюсы, например, бокситы, довольно редки и достаточно дороги, но и потому, что в большинстве случаев практики естественное содержание глинозема в шлаках получается вполне достаточным с точки зрения их физических качеств. С химической же точки зрения содержанию глинозема в шлаках обычно не придается большого значения. Практически в качестве глиноземистых флюсов приходится применять бой шамотного кирпича или глину. Это приводит к тому, что вместе с глиноземом вводится значительное количество кремнекислоты, т. е. дается кремнисто-глиноземистый флюс. Несмотря на кажущуюся нерациональность добавки таких флюсов применение их в некоторых случаях вполне оправдывается. Так, при работе древесноугольных доменных печей на рудах с сильно магнезиальной пустой породой добавка глины или глинистого сланца дает возможность получить вполне нормальный по жидкоплавкости шлак (прежняя работа доменных печей на штирийской руде, современная работа Забайкальского Петровского завода на рудах Балягинского месторождения). Глиноземистые флюсы оказывают весьма благотворное влияние и на свойства шлаков сталеделательных производств. Этим иногда пользуются при работе в тиглях, в кислых мартеновских печах и в печах электрических. Добавку глиноземистых материалов одновременно с основными флюсами следует считать вполне рациональной мерой для наводки конечных шлаков в основных мартеновских и электрических печах. Такая добавка целесообразна во всех тех случаях, когда приходится заботиться об увеличении количества шлака для понижения концентрации тех его составных частей, которые являются слишком трудноплавкими и делают шлак слишком густым. В качестве примера можно привести шлаки основных мартеновских печей, перерабатывающих большие количества хромистых возвратов (шлаки, настыли, печные выломки и др.) или ведущих передел чугунов с высоким содержанием хрома (халиловские чугуны с 2,5—3,0% хрома). Добавка глиноземистых флюсов (боя посуды с фаянсовых фабрик) практикуется иногда и для сварочных печей (сварка мелких труб из бессемеровской полосовой заготовки на американских заводах).

Основные флюсы играют в черной металлургии значительно более важную роль. В числе последних следует отметить: известняк, известь и доломит. Расход основного флюса (известняка и извести) на современных металлургических заводах достигает огромных цифр, о чем можно судить, например, по следующим данным: на 1 т чугуна, выплавляемого в коксовых доменных печах, расходуется от 0,40 до 0,80 т известняка; на 1 т основной мартеновской стали расходуется около 0,10—0,12 т (т. е. около 10—12%) известняка, а на 1 т томасовской стали около 0,12—0,15 т (т. е. 12—15%) обожженной извести. Такое широкое применение основного флюса в черной металлургии объясняется не только тем, что кремнисто-глиноземистая пустая порода руды и зола кокса требуют значительного количества основных окислов для своей флюсовки, но и тем, что большинство производственных процессов черной металлургии имеет своей главной задачей борьбу с вредными примесями — серой и фосфором. Успешное выполнение этой задачи возможно только при условии работы на основных шлаках, для образования которых необходима добавка значительных количеств основного (известкового) флюса. В качестве основного флюса коксовой (а иногда и древесноугольной) доменной плавки обычно применяется известняк. Он д. б. достаточно дешев и чист в отношении содержания кремнекислоты, серы, фосфора, мышьяка и других примесей (содержание SiО2 в пределах 1—3%), свободен от примазки земли и глины, достаточно прочен. Известняк применяется в дробленом виде (куски размером до 150 мм в поперечнике) с обязательным отсевом от мелочи и мусора. При коксовой доменной плавке часть известкового флюса может быть с успехом заменена доломитом, который применяется в таком же виде, как и известняк. Замена известкового флюса доломитом допускается на 1/4—1/5 (до содержания около 10% MgO в доменном шлаке) и дает улучшение физических качеств шлака (увеличение жидкоплавкости при той же температуре плавления). Это значительно облегчает работу доменной печи, особенно при достаточно вязких глиноземистых шлаках. Однако применение доломита в некоторых районах затрудняется более высокими ценами (транспорт) на доломит по сравнению с известняком. Такое неблагоприятное соотношение наблюдалось на всех наших южных заводах. Некоторые американские заводы (Пенсильвания), наоборот, имеют возможность получать доломит по очень низким ценам (доменные печи некоторых заводов построены на доломитовой скале) и широко используют эту возможность для улучшения физических свойств доменных шлаков. С этой точки зрения можно считать вполне целесообразным применение в доменных печах доломитизированных известняков, т. е. известняков, содержащих некоторое количество магнезии. Применение обожженной извести или обожженного доломита в качестве флюса доменной плавки не допускается, т. к. не м. б. оправдано никакими соображениями. В качестве суррогата основного флюса в доменных печах, чугуноплавильных вагранках и в газогенераторах, работающих с выпуском жидкого шлака, с успехом применяется основной мартеновский шлак, содержащий достаточно высокий % извести и магнезии (в сумме до 50%) при довольно значительном содержании металлических окислов (сумма окислов железа и марганца 20—25% и выше). Такой оборотный шлак является своего рода бедной железной рудой с основной пустой породой и с повышенным содержанием марганца и фосфора. Утилизация оборотного мартеновского шлака в доменном производстве повышается с каждым годом и дает значительные экономические преимущества. Сравнительно редко представляется возможность использовать в качестве основного флюса пустую породу руды или золу топлива. Однако и эти случаи встречаются в некоторых металлургических районах. Так, мощные залежи оолитовых бурых железняков «минетт», находящиеся в Эльзас-Лотарингии, Бельгии и Люксембурге, содержат сорта руды, как с кислой, так и основной пустой породой. Это позволяет вести плавку смеси этих руд без добавки флюсов (известняка) или с незначительным его количеством. Получение такой самоплавкой шихты не только устраняет затраты на покупку известняка, но значительно улучшает общие технико-производственные показатели работы доменных печей. Иногда кокс (например, в Верхней Силезии) содержит в золе значительное количество основных окислов (СаО и MgO). Зола этого кокса может считаться самоплавкой, что значительно уменьшает расход основного флюса (известняка) по сравнению с работой на обычном коксе (кремнисто-глиноземистая зола).

Расход основного флюса в доменном производстве зависит от богатства руды, состава ее пустой породы, относительного расхода кокса, содержания в нем золы, состава последней и т. д. При плавке бурых железняков Клевеленда (Англия) расход известняка доходит до 0,8—1,0 на 1 т чугуна. К основным флюсам, применяемым в сталеделательных производствах, предъявляются те же требования, как и в доменном производстве, в смысле небольшого содержания серы, фосфора, мышьяка и нерастворимого осадка (SiО2+Al2О3). Но в отличие от флюса доменной плавки, известняк, идущий в мартеновские печи, не должен содержать заметных количеств магнезии (не выше 2—3% MgO), а доломит совершенно не допускается в качестве флюса мартеновского процесса, т. к. содержание магнезии в основных мартеновских шлаках достаточно высоко вследствие разъедания основной (магнезитовой или доломитовой) наварки подины и откосов печи. Вместо известняка в основной мартеновской печи частично, а в электропечах и томасовском конвертере всегда, применяется обожженная известь. Выгодность применения извести мотивируется следующими соображениями. 1) Разложение известняка требует довольно значительной затраты тепла по реакции:

СаСО3 = СаО+СО2 -13920 Cal.

Эту простую операцию выгоднее производить в специальной известково-обжигательной печи, а не в таком дорогом производственном агрегате, каким является мартеновская печь. 2) Реакции шлакования известняком в конце операции идут с большим поглощением тепла, требуют больше времени и сильно студят ванну, т. е. в конечном счете уменьшают производительность печи. 3) При высоких температурах мартеновского процесса углекислота, выделяющаяся при разложении известняка, может окислять примеси металла, например, углерод по реакции:

2C+2CaCO3+(FeO)2·SiO2 = (CaO)2·SiO2+4CO+2FeO -161816 Cal,

тогда как при работе с известью можно было бы ожидать протекания реакции по следующему уравнению:

2C+2CaO+(FeO)2·SiO2 = (CaO)2·SiO2+2CO+2Fe -62196 Cal,

т. е. с значительно меньшей затратой тепла и с большим выходом металла вследствие того, что окисление углерода идет за счет кислорода руды и сопровождается восстановлением железа (вместо 12 весовых частей углерода восстанавливается 56 весовых частей железа). Однако работа с обожженной известью также имеет свои недостатки: 1) требует установки известково-обжигательных печей, 2) вызывает необходимость иметь крытые склады и специальный подвижной ж.-д. состав, 3) удорожает значительно стоимость флюсов, что не всегда покрывается преимуществами работы на обожженной извести, 4) затрудняет хранение на складах, 5) ухудшает санитарно-гигиенические условия рабочего персонала, 6) уменьшает интенсивность перемешивания ванны при разложении («кипении») известняка. Работа в основных мартеновских печах с применением обожженной извести широко практикуется на германских заводах; на заводах США, наоборот, работа в таких печах ведется почти исключительно на сыром известняке. Исследования проведенные отдельными американскими заводами, говорят даже за то, что в условиях американской практики применение извести в мартеновских печах при работе дуплекс-процессом не дает даже увеличения производительности и представляется менее выгодным по сравнению с работой на сыром известняке. Вопрос о применении известняка или извести должен разрешаться для каждого частного случая отдельно с учетом всех местных технико-экономических условий. Однако нет никаких сомнений в том, что во второй половине процесса плавки в печь должна задаваться только обожженная известь. Возможно, что такой комбинированный метод работы с дачей сырого известняка в завалку и обожженной извести для окончательной доводки шлака может оказаться наиболее рациональным и рентабельным для большинства случаев практики.

Высказанное положение не противоречит тому факту, что в условиях американской практики при работе в кислой мартеновской печи в конце плавки иногда производят добавку сырого известняка в целях торможения кремневосстановительного процесса. Такая добавка производится в очень незначительных количествах и имеет своей целью не только уменьшить концентрацию свободной SiО2 шлака (что можно было бы сделать и при помощи добавки СаО), но вместе с тем стремится понизить и температуру металлической ванны за счет затраты тепла на нагревание и разложение СаСО3. Незначительная добавка основного флюса довольно существенно меняет состав кислого мартеновского шлака и обычно практикуется с таким расчетом, чтобы в шлаке содержалось 5—8% СаО. Обожженная известь для томасовского и мартеновского производств должна содержать >2—3% SiО2, >0,2 % серы, >2—3% MgO, д. б. свежеобожженной, без пыли и мелочи, в кусках размером 75—150 мм, причем допускается недожог ее (содержание СО2 до 2—4%). Для электропечей известь должна храниться в закрытых бункерах и подаваться к печам с возможно меньшим содержанием поглощенной из воздуха влаги.

Наиболее эффективным флюсом основного мартеновского процесса является плавиковый шпат, или фтористый кальций (CaF2). Применение CaF2 основано на его способности сильно увеличивать жидкоплавкость основного мартеновского шлака, а, следовательно, значительно повышать его активность и ускорять реакции взаимодействия между шлаком и металлом, например, при удалении серы в основной мартеновской печи путем реакций:

FeS+CaO = CaS+FeO + 6573 Cal,

MnS+CaO = CaS+MnO -13481 Cal.

Благотворное влияние плавикового шпата на удаление серы сказывается еще и в том, что фтор по-видимому способен давать с серой летучие соединения (предположительно SF6) и т. о. окончательно выводить часть серы из баланса мартеновской плавки. Расход плавикового шпата в зависимости от качества получаемой стали обычно колеблется в пределах 0,1—0,4% от веса металлической садки. В особо трудных случаях работы с густыми шлаками (высокое содержание окислов хрома и т. д.) расход CaF2 повышается до 2% и более (халиловские плавки). Как показали опыты, проделанные германскими техниками (Schleicher и другие), увеличение содержания CaF2 в шлаке свыше 2,5 % (от веса шлака) не приносит заметной пользы, но начинает сильно сказываться на стойкости динасовой кладки стен и свода мартеновской печи, что можно объяснить образованием летучего соединения SiF4 по следующим реакциям:

2CaF2+2Н2О = 2CaO+4HF,

4HF+SiО2 = 2H2О+SiF4,

2CaF2+SiO2 = 2CaO+SiF4.

Плавиковый шпат представляет собой реагент, достаточно удобный для хранения и обращения с ним. Единственным недостатком является его сравнительная дороговизна (довоенная цена плавикового шпата, ввозимого из Англии и Богемии, была на наших заводах в пределах 35—50 коп. за пуд). Плавиковый шпат д. б. чист в отношении SiO2 и не должен содержать включений пирита, ясно видимых невооруженным глазом. В настоящее время CaF2 получается нашими заводами из Забайкалья. Аналогично плавиковому шпату (CaF2) действует и хлористый кальций (СаСl2), применение которого в сталеплавильном производстве было предложено англичанином Санитером. Однако по своим природным свойствам СаСl2 является значительно менее удобным реагентом при высоких температурах. Применение его давало более пестрые, менее устойчивые результаты и вскоре было совсем оставлено. К сильно действующим щелочным флюсам следует отнести также целый ряд патентованных средств, известных под различными промышленными названиями и применяемых для обессеривания жидкого чугуна, выпущенного в ковш из доменной печи или чугунолитейной вагранки. В состав таких десульфаторов обычно входят: известь, плавиковый шпат, сода, иногда хлористый кальций или хлористый натрий и другие соединения, дающие очень легкоплавкий шлак, хорошо перемешивающийся с металлом и способный легко образовывать достаточно прочные соединения серы со щелочами (CaS, Na2S и т. д.). Уже незначительное количество такого энергичного реагента (до 0,1% от веса чугуна) способствует значительному переходу серы из металла в шлак (до 35—50% и даже выше всей серы). Легкоплавкими щелочными флюсами (например, каменной солью NaCl) иногда пользуются для быстрого исправления ненормальностей работы доменных печей при загромождении горна трудноплавкими настылями. Обычно введение NaCl производилось через фурмы в очень небольших количествах при помощи специальных аппаратов путем подачи соли в струю воздуха (доменного дутья). Заметное содержание щелочей в шихте доменных и коксовальных печей действует разрушающе на огнеупорную кладку, почему и нельзя рекомендовать применение щелочных флюсов. (Na2O и К2О). На этом основании приходится признать нерациональным и введение NaCl в виде соленого кокса (например, при опытных плавках халиловских руд). Иногда в качестве флюсов могут применяться окислы железа и марганца, обычно служащие окислителями для примесей металлической ванны. Марганцовистая руда может с успехом применяться для получения значительных количеств сменных (спускных) марганцовистых шлаков при переделе сильно сернистых чугунов (опыты Шелгунова), а также для разъедания («травления») трудноплавких настылей в кислых (бессемеровских) ретортах и в шахтах доменных печей. В последнем случае часто пользуются марганцовистыми доменными шлаками, полученными при выплавке ферромангана. Сильножелезистые шлаки стараются получить во всех тех случаях, когда невозможно или нежелательно поднять температуру процесса. В частности добавкой небольших порций железной руды можно, так же как и добавкой извести, затормозить процесс восстановления кремния в конце кислой мартеновской плавки. Этим обстоятельством и пользуются при английском способе выплавки малоуглеродистой стали в кислых мартеновских печах.

Химически чистый известняк состоит из 56% СаО и 44% СО2; лучшие сорта известкового флюса содержат около 1% нерастворимого остатка (SiО2+Al2О3), средние до 3%, худшие до 5%. Химически чистый доломит содержит: 30,45% СаО, 21,75% MgO и 47,80% СО2. Обычно доломиты менее чисты, чем известняки, и содержание в них ∑(SiО2+Al203) доходит до 5% и выше. Доломиты с высоким (нормальным) содержанием магнезии (18—20% MgO) чаще идут в качестве огнеупорного материала и реже употребляются в качестве магнезиального флюса, для чего обычно употребляют доломитизированные известняки с содержанием MgO до 12—15%.

Общий расход известняка как флюса черной металлургии доходит до 50—60% от веса выплавляемого чугуна, причем около 3/4—4/5 этого количества падает на флюс для доменной плавки. Сравнительная оценка известкового флюса должна производиться в зависимости от состава того шлака, на который ведется флюсовка. Для упрощения контроля за химическим составом флюса в известняке обычно определяют только количество нерастворимого остатка R = ∑(SiО2+Al2О3). Количество свободного СаСО3 (и MgCО3 для доменной плавки) будет определяться в зависимости от состава шлака формулой:

где К — соотношение между ∑(СаО+MgO) и ∑(SiО2+Al2О3) в шлаке, R — количество нерастворимого остатка в известняке, 100/56 ≈ 1,8 — приближенное соотношение между СаСО3 и СаО. Для доменных шлаков коксовой плавки К ≈ 1, и формула принимает вид:

СаСО3 своб. = 100-2,8 R.

Кроме этой формулы имеются более сложные формулы для коммерческой оценки флюса.

Флюсы в металлургии цветных металлов

. В качестве флюса применяются почти те же материалы, что и в металлургии черных металлов. Наиболее распространенными флюсами являются: известняк, доломит, железные руды, марганцовые руды, кварц и алюмосиликаты; кроме того в качестве флюса употребляются: плавиковый шпат, сульфиды (например, пирит), гипс и барит. Влияние кремнекислых материалов и известняка на образование шлаков см. выше. Сульфиды употребляются с целью сульфуризации, т. е. для образования штейна, во избежание перехода в шлак ценных металлов в случае руд, содержащих мало серы. Известь в металлургии цветных металлов может оказаться полезной только в специальных условиях при высоких фрахтах на флюсы. В свинцовой плавке известь (известняк) вводится, заменяя железо в шлаках по уравнению:

4FeO·2SiO2+2PbS+2CaO+2C =2Рb+2FeS+(2CaO·SiO2+2FeO·SiO2 )+2СО.

Кроме того известь, являясь сильным основным флюсом, способна вытеснять из силикатов большую часть других оснований, например по реакции:

ZnО·SiО2+Ca0 = CaО·SiO2+ZnO.

Железные руды применяются для флюсов в виде FeO и Fe2О3. Закись железа (FeO) является весьма дешевым компонентом шлака, образуя жидкие и легкоплавкие шлаки, но увеличивает удельный вес шлака и переход в него Cu2S. Железистый флюс является основанием для силикатной руды:

FeО·SiО2+FeО = 2FeО·SiО2.

При восстановлении углеродом или окисью углерода окислы железа действуют в качестве осадителя по отношению к свинцу по реакциям:

2PbS+4FeО·SiО2+C= 2Pb+2FeS+2FeО·SiО2+CО2

или

4PbS+2Fe2О3+3C = 4Pb+4FeS+3CО2.

Флюсующая способность железной руды тем выше, чем чище последняя. Присутствующая в руде SiО2 не только связывает часть окиси железа, но и расходует некоторое количество СаО для образования соответствующего шлака. В качестве флюса употребляются следующие железные руды: гематит Fe2О3, лимонит Fe2О3·nH2О и реже — сидерит FeCО3. Целесообразность употребления Fe3О4 (магнитного железняка) в ряде случаев оспаривается, так как иногда затрудняет ведение процесса плавки. Окись железа (Fe2О3) не образует силикатов и шлакуется с образованием последних после восстановления до FeO. Если Fe2О3 переходит в шлак без восстановления, то шлак делается густым. С основаниями окись железа образует тяжелые по удельному весу и весьма тугоплавкие ферриты, что отзывается на свойствах шлака. Окись марганца (МnО) подобна окиси железа и замещает последнюю в шлаках в эквивалентных количествах. Шлаки, содержащие МnО и FeO, обладают большей текучестью, чем шлаки с одной FeO. Наиболее распространенным флюсом является перекись марганца (МnO2) — пиролюзит. Окислы марганца окисляют ZnS и уменьшают растворяющую способность шлака в отношении ZnO, MgO и BaS. Гипс и барит дают серу, необходимую для образования штейна, и в то же время — СаО и ВаО, переходящие в состав шлака. Плавиковый шпат плавится при температуре 1378°С; он весьма жидок в расплавленном состоянии и растворяет тугоплавкие составные части руды. В настоящее время плавиковый шпат почти не употребляется в качестве флюса.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 25 — 1934 г.

< Назад
Вперёд >

Все о сварке

Металлургия — одно из важнейших ремесел для современного человека. Зная основы и особенности этой области производства можно получить необходимые металлы или изменить их свойства, сварить детали любого размера или получить металлические сплавы.

Чтобы выполнить качественное изготовление, например, чугуна, помимо оборудования нам понадобятся исходные материалы и, конечно, металлургический флюс. В этой статье мы расскажем все о промышленном флюсе, поведаем о нюансах его использования и поймем, какова его роль на современном металлургическом заводе.

Общая информация
Разновидности флюсов
Роль флюсов
Вместо заключения

Общая информация

Доменное производство — это совокупность промышленных процессов, в результате которых изготавливается чугун. Для этих целей используют метод восстановительной плавки железной руды или ее концентратов. Плавка происходит в большой печи, называемой доменной. Такой тип производства относится к черной металлургии и является одной из важнейших отраслей в современном производстве.

Помимо железной руды при производстве используют дополнительные материалы, называемые шихтой. Зачастую это руда из марганца, окатыши, агломерат, специальное горючее для печи. Наиболее распространенное горючее — угольный кокс. Иногда кокс заменяют на газовое или жидкое топливо, которое вдувается в верхнюю часть (так называемый горн) доменной печи. В качестве защиты используют металлургический флюс. О нем мы и поговорим в этом материале.

Разновидности флюсов

Для начала нужно разобраться в разновидностях промышленного флюса. Опытные мастера говорят, что металлургический флюс может быть основным, кислым и глиноземистым. Тип флюса выбирается исходя из состава пустой породы, которую вносят в печь. В нашем случае пустая порода — это, по сути, та же железная руда. В широком смысле пустой называют ту породу, которая не привносит в производственный процесс существенных изменения и используется только в качестве основы.

Наибольшее распространение получил основной металлургический флюс. Это связано с тем, что пустая порода в большинстве случаев уже содержит кремнезем, а отношение суммарного содержания основных оксидов к суммарному содержанию кислотных должно составлять примерно 0,9-1,4. Всеми этими свойствами обладает основной флюс, поскольку содержит в своем составе оксид кальция.

В доменном производстве в качестве основного флюса используют известняковый камень. Его месторождения есть во многих странах мира и запасы очень большие. С химической точки зрения известняк — это минерал кальцита, синтезируемый природой. Чистый лабораторный кальцит наполовину состоит из оксида кальция и на половину из диоксида кремния, это идеальный металлургический флюс, но он не встречается в природе.

Производство искусственного флюса — это слишком сложный и дорогостоящий процесс, поэтому используется природный кальцит (он же известняк). В отличие от чистого кальцита, известняк содержит в своем составе примеси кремнезема, что не критично. Важно, чтобы камень не содержал фосфор. Допускается небольшое содержание серы в пределах допустимой нормы.

Помимо обычного известняка также можно использовать доломитизированный известняк или реже доломит. Химически такой камень — это так же смесь кальцита и доломита, но с содержанием магния. Чем магния больше, тем больше доломитизированный известняк превращается в доломит. Применение таких камней в качестве флюса оправдано в случае, когда нужно получить чугун с повышенной стабильностью физико-химических характеристик. Для этого в шлаке нужно повысить содержание оксида магния до 5-10%, чтобы при изменения температуры плавления сохранить ту самую стабильность свойств, о которой мы писали выше.

Большинство известняка, добываемого на территории бывшего СССР, имеет белый или светло-серый цвет, но в мире встречаются и другие вариации (от бежевого до темно-серого). Известняк приобретает более темный цвет, если в его составе содержатся органические вещества, или становится коричневым при повышенном содержании окислов железа.

Известняковый камень — это чрезвычайно прочный и плотный материал. Перед загрузкой в печь его просеивают, извлекая мелкие фракции. Но сейчас все чаще мелкая фракция используется в производстве, не смотря на свою непрочность и повышенное дробление. Мелкую фракцию известняка просто запускают в печь вместе с агломератом и такую смесь уже можно использовать в качестве флюса.

Не смотря на это, на большинстве производств установлен четкий контроль размера фракций, попадаемых в печь. Наиболее крупный допустимый размер составляет не более 130 мм, а наименьший до 25 мм. Даже если на завод поступают более крупные частицы, их подвергают дроблению. Ведь на карьерных месторождениях известняка крупные камни просто дробят на фракции произвольного размера и транспортируют в цех.

Важно учитывать, что известняк бывает разного качества. При плавлении часть свободных оксидов кальция и магния, содержащихся в составе, будет израсходована на шлакование собственной пустой породы, или, говоря проще, на образование нерастворимого остатка, который никак не применим при производсте. Поэтому, чтобы определить качество известняка, достаточно узнать количество основных оксидов в составе той или иной партии флюса. Чем их меньше, тем лучше.

Флюсы – определение, предназначение

Флюсами являются химические активные вещества, с помощью которых паяемые поверхности очищаются от жировых загрязнений и оксидных пленок. На обработанных флюсом деталях снижается поверхностное натяжение, вследствие чего улучшается растекание припоя. Кроме этого, это химическое вещество способно защитить места соединения от воздействия внешней среды.

Без обработки флюсом припой может не прикрепиться к поверхности обрабатываемых деталей. Поэтому материал следует выбирать тщательно, руководствуясь следующими требованиями:

Флюс должен иметь температуру плавления меньше, чем у припоя.
Он не должен химически взаимодействовать с припоем. То есть при расплавлении двух этих материалов должны образовываться два несмешиваемых слоя.
В газообразном состоянии материал должен способствовать растеканию припоя.
В жидком состоянии он должен хорошо растекаться, смачивая соединяемые изделия и затекая между ними.
Материал должен разрушать и удалять с поверхностей образующиеся на них неметаллические пленки.
Он должен быть минимально активным или химически инертным по отношению к паяемым сплавам и металлам.

Роль флюсов

Что такое флюс в металлургии и какова его роль? Давайте обратимся к понятию флюса в целом. Итак, флюс — это специальная добавка, используемая при любительской и профессиональной сварке, а также на крупномасштабном производстве. При сварке флюс выполняет защитную функцию. Также с его помощью формируется качественный ровный шов.

Как вы понимаете, в доменном производстве нет сварочного процесса, поэтому здесь флюсы играют несколько другую роль. С их помощью можно добиться снижения температуры плавления руды и придать расплавленной массе необходимые физико-химические свойства. Кроме того, флюсы в процессе плавки очищают чугун от излишнего количества серы и стабилизируют работу доменной печи.

Особенности процессов флюсования при пайке

Лекция 7

Способы пайки классифицируют соответственно ГОСТ 17349-79 по следующим характеристикам: по способу удаления оксидной пленки, по механизму формирования паяного соединения и по способу нагрева.

Оксидная пленка на поверхностях паяемого металла и расплавленного припоя препятствует взаимодействия между ними. Для удаления оксидной пленки в процессе пайки применяют флюсы, самофлюсующие припои, контролируемые газовые среды, вакуум, физико-механические средства. Наиболее давним из этих средств удаления оксидной пленки являются флюсы.

Флюсом называется неметаллическое вещество, которое предназначено для удаления адсорбированного кислорода или оксидных пленок с поверхности паяемого металла и припоя и предотвращения образования их при пайке на воздухе, для изменения поверхностного натяжения на границе контакта твердой и жидкой фаз.

В общем случае флюс должен соответствовать следующими требованиями: температура плавления флюса может быть на 50 – 100О С ниже температуры плавления припоя; флюс должен хорошо растекаться по поверхности паяемого металла и припоя с образованием сплошной пленки, которая защищает эти поверхности от вредного влияния окружающей среды; уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя, обеспечивая наиболее полное смачивание им паяемого металла; флюс не должен изменять своего состава при нагревании в интервале температур пайки; должен сохранять флюсующие свойства на протяжении всего процесса пайки; легко удалятся из поверхности детали после пайки; не вызвать коррозии.

Процесс флюсования при пайке включает, в общем случае, три действия:

смачивания паяемого металла и припоя флюсом; удаления оксидных пленок с поверхности паяемого металла и припоя; вытеснения флюса из соединительного зазора расплавленным припоем.

Механизм флюсующего действия растворов и расплавов флюсов складывается, в зависимости от природы флюсующего компонента, из таких процессов: 1) из химического взаимодействия между основными компонентами флюса и оксидной пленкой; продукты реакции флюсования растворяются в флюсе или выделяются в газообразном состоянии; 2) из диспергирования оксидной пленки в результате адсорбционного понижения ее прочности под влиянием расплава флюса; 3) из химического взаимодействия между активными компонентами флюса и паяемым металлом, в результате чего происходит постепенный отрыв оксидной пленки от поверхности металла и переход ее в флюс; 4) из растворение оксидной пленки в флюсе; 5) из разрушения оксидной пленки продуктами флюсования; 6) из растворение паяемого металла и припоя в расплаве флюса.

Разнообразие физико-химических свойств металлов и сплавов, применяемых в паяных изделиях, а следовательно, различия в составе и свойствах образующихся на их поверхности оксидных пленок обусловили необходимость применения различных флюсующих веществ.

Одни из них обладают определенной степенью универсальности, то есть могут применятся для ряда металлов и сплавов, другие имеют узко специализированное назначение.

Наиболее универсальными для высокотемпературной пайки оказались флюсы на основе тетраборнокислого натрия Na2B4O7 (обезвоженная бура) и борной кислоты Н3ВО3. Для низкотемпературной пайки наиболее универсальные флюсы на основе хлористого цинка (ZnCl2).

Большинство же флюсов состоят из многих химических веществ. Например, флюс 34А, для пайки алюминиевых сплавов состоит из четырех компонентов и имеет состав:

Хлористый калий KCl – 50%

Хлористый литий LiCl – 32%

Флористый натрий NaF – 10%

Хлористый цмнк ZnCl2 – 8%

При анализе композиций флюсов сложного состава можно видеть, что, с одной стороны, они содержат компоненты, которые не дают заметной реакции ни с оксидной пленкой, ни с основным металлом.

Эти вещества являются основой флюса, служащий для образования при пайке защитной пленки, а также растворения других составляющих флюса и продуктов флюсования. Во флюсах, составленных из галоидных солей, роль такой основы выполняют хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, которые хорошо растворяют в своем составе другие компоненты флюса, а также являются носителями продуктов, образующихся в процессе флюсования.

С другой стороны, в состав флюса сложного состава входят активные вещества. Во флюсе 34А такими веществами являются фтористый натрий, энергично растворяющий окислы металлов, и хлористый цинк, взаимодействующий непосредственно с алюминием.

Процесс флюсования связан с взаимодействием оксидных пленок или непосредственно металлов с расплавами флюсов, среди которых можно выделить, по механизму флюсования, две основные группы:

Ø оксидные флюсы;

Ø галоидные флюсы.

Оксидные флюсы взаимодействуют главным образом с оксидной пленкой, в то время как основой флюсования галоидными флюсами являются реакции с основным металлом.

К оксидным относятся флюсы на основе тетраборнокислого натрия, борной кислоты и их сплавов, используемые при высокотемпературной пайке, а также флюсы типа стекол. При смачивании паяемого металла оксидным флюсом протекают реакции взаимодействия между оксидами, входящие в состав оксидной пленки, МеО(оп) и оксидами флюса — МеО(Ф) по схеме:

МеО(оп) + МеО(Ф) = МеО(оп) * МеО(Ф)

В результате этих реакций образуются комплексные соединения, разрушающие оксидную пленку.

При введении в состав оксидных флюсов фторидов одновременно с химическим взаимодействием между оксидами происходит растворение оксидной пленки во фторидах. В отдельных случаях для повышения активности флюсов в их состав, наряду со фторидами, вводят фторбораты, например, фторборат калия KBF4 и фторборат натрия NaBF4.

Фторборат калия разлагается при нагреве по реакции:

KBF4 = KF + BF3

Выделяющийся фтористый калий растворяет окислы оксидной пленки, а трехфтористый бор вступает с ними в активные химические взаимодействия.

Например,при пайке нержавеющих сталей трехфтористый бор взаимодействует с окисью хрома по следующей реакции:

Cr2O3 + 2BF3 = 2 CrF3 + B2O3.

Борный ангидрид, выделяющийся при этой реакции, вступает во взаимодействие с оксидами, образуя комплексные соединения, как правило аморфные и легко удаляемые.