Гидропрессованные магнезитовые тигли для плавки платиновых сплавов 1980. А.П. Шунин, Н.А. Ватолин, А.И. Тимофеев
Поиск
Выбрать язык
Анонс статей
Этот день в истории

Нет событий

postheadericon Гидропрессованные магнезитовые тигли для плавки платиновых сплавов 1980. А.П. Шунин, Н.А. Ватолин, А.И. Тимофеев

Время чтения статьи, примерно 5 мин.

А.Л. Шунин и др. Гидропрессованные магнезитовые тигли для плавки платиновых сплавов 1980 Цена 00 р. 55 к.

АКАДЕМИЯ НАУК СССР УРАЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ
№ 3845 – 80 ДЕП. УДК 666. 762: 669. 23 А.Л. Шунин, Н.А. Ватолин, А.И.Тимофеев. Свердловск-1980

Вакуумно-индукционный переплав в настоящее время остается основным видом плавки платиновых металлов и сплавов. Рад существенных Преимуществ, обеспечивающих получение требуемой чистоты металла, высокую дегазацию его в процессе плавки, постоянство химического состава, отсутствие ликвации, простоту обслуживания, полную утилизацию отходов производства, а такие минимально возможную потребляемую мощность при высокой производительности и выходе годного, делает вакуумнно-индукционные переплав весьма перспективным способом получения высококачественных заготовок из платины и её сплавов [1].
единственным узким местом вакуумно-индукционного переплава остается керамический тигель, который часто является основным источником загрязнения металла элементами окислов и неметаллическими включениями. Причины загрязнения расплава неоднозначны и определяются, главным образом, термодинамическое устойчивостью материала тигля и его термостойкостью
поэтому получение качественных литых заготовок определяется наличием индеферентного материала для плавильного тигля и его высоко» термостойкостью [2]. Эти два фактора в основном регламентируют служебные свойства тигля при вакуумно-индукционном переплаве.
В последние годы институтом металлургии УНЦ АН СССР совместно с кафедрой химии Свердловского горного института и заводская лабораторией проделана большая работа по изысканию наиболее оптимального огнеупорного материала для плавильных тиглей вакуумно-индукционной плавки. Было изучено взаимодействие ряда чистых окислов Al2O3, BeO, MgO, CaO, ZrO2, Dy2O3, Cd2O3, Y2O3, Sc2O3, а также композиции окислов Mg с CaO, Y2O3, Dy2O3, Cd2O3, Sc2O3 с платиновыми расплавами. Установлено, что чистые окислы не могут в полной мере отвечать повышенным требованиям к служебным свойствам плавильных тиглем. Наиболее оптимальные свойства наблюдайте у композиционных материалов на основе MgО с содержанием Y2O3 до 5/о вес., CuО и Sc2O3 до 10÷30%. Эти материалы обладают более высокой (30÷50%) термодинамической устойчивостью, заметно замедляющей протекание окислительно-восстановительных реакций на границе тигель-расплав и на порядок сокращающие переход в расплав элементов окислов [3] .
Снижение физико-химического взаимодействия сопровождается увеличением прочности рабочей поверхности тигля и повышением устойчивости его против гидродинамического воздействия расплава, кроме того, образование твердых растворов в композиционных материалах, как правило, сопровождается повышением термостойкости тигля, которая также зависит от способа его изготовления.
Существующая технология изготовления периклазового тигля ручной набивкой на гранитовом шаблоне [4] не обеспечивает надлежащую термостойкость несмотря на то, что пористость его может достигать 40%. Использование периклаза различного зерённого состава также не даёт желаемого результата.
Одной из главных причин такого поведения является наличие сильной восстановительной атмосферы при спекании тигля на гранитовом шаблоне. При этом наблюдается интенсивное восстановление Mg до металлического и науглероживание рабочей поверхности тигля на глубину до 10 мм (по данным петрографического исследования).
При удалении графитового шаблона из тигля после окончания спекания, на рабочей поверхности и в порах тигля образуется мелкодисперсная окись магния, которая свободно вымывается потоком металлического расплава, увеличивая шероховатость, пористость и снижая механическую прочность тигля совместно эти факторы вызывают на первых плавках интенсивное кипение, пленообразование и загрязнение расплава магнием и окисными включениями, кроме того, сравнительно высокая пористость тиглей сопровождается пропиткой расплавами на глубину до 10 мм, что вызывает более интенсивное протекание окислительно-восстановительных реакция и разрушение тигля. Повышение плотности тиглей при наличии термодинамически устойчивого материала наиболее полно отвечает условиям получения плавильного тигля с оптимальными служебными характеристиками.
в этом плане особый интерес представляет метод гидростатическое прессования, одним из основных достоинств которого является равномерное уплотнение огнеупором смеси по всему сечению тигля. Гидростатический способ с усилием прессования до 3000 кг/см2 позволяет получать тигли с равномерной плотностью до 96%.
На рисунке 1 представлена принципиальная конструкция прессформы для гидростатического прессования магнезитовых тиглей. Основным прессующим элементом прессформы служит резиновый чехол (3) с прокладками (7) и полиуретановая пробка (5), которые предают нагрузку на огнеупорную смесь (2) и предохраняют огнеупорную массу от попадания рабочей жидкости (масла) (рис.1) внутренняя рабочая поверхность тигля оформляется стальным стержнем (1) сравнительная простота в изготовлении и эксплуатации прессформы (конструкция в целом собирается с помощью болтов в корпусе (4) и, после заполнения формы смесью, закрывается крышкой (6) определяет достаточно высокую производительность при изготовлении огнеупорных плавильных тиглей. Усилие прессования менялось в пределах 100÷300 мПа. После обжига в слабоокислительной атмосфере при 1700°С максимальная плотность тиглей достигала 96% при 150 мПа, причем она не возрастала с дальнейшим увеличением усилия прессования до 300 мПа. Достаточно высокая плотность с гладкой и прочной рабочей поверхностью определило более высокие (в сравнении с набивным тиглем) эксплуатационные свойства периклазового тигля (MgO). Вертикальные тонкие прерывистые трещины на внутренней поверхности тигля появлялись после первой компании в 10 плавок и, в дальнейшем не развивались в течении 40 плавок. Кольцевые трещины отсутствовали вообще на протяжении всех 50-ти плавок. Разрушение поверхности на межфазной границе тигель-металл происходило в 2÷4 раза медленнее поверхность тигля после 30÷50 плавок имела такой же вид, как у набивного после 15÷20 плавок. Проникновение металла в глубину стенок тигля не наблюдалось. Плотная и чистая рабочая поверхность и окислительные условия спекания гидропрессованого тигля полностью исключили необходимость в промывочных плавках, так как уже с первых плавок полностью отсутствовали кипение и пленообразование расплава.
Однако следует отметить, что гидростатический метод изготовления тиглей не окончательно решает проблему получения необходимо высокой термостойкости тигля, так как и в этом случае также наблюдается образование на стенках тигля трещин, хотя по количеству и размерам их значительно меньше, чем у набивного тигля. Поэтому, наличие материала, способного сохранять необходимую прочность и свое объемное постоянство (отсутствие усадочных явлений при спекании и эксплуатации) во всем рабочем интервале температур, является тем необходимым и достаточным условием получения плавильного тигля с оптимальными служебными, свойствами.
Эта проблема решалась во-первых, путем разработки материала с оптимальным составом, структурой и свойствами, во- вторых, путем создания оптимальной структуры стенок тигля, а также изменением его геометрической формы.
Плавильные тигли с внутренним размером 120 х 220 мм (V = 2 литра) готовили гидропрессованием при усилии 200 мПа из периклаза (MgO 96%), периклаза + 5% (Y2O3), периклаза + 10% и 30% СоО. Тигли из СaО + 10 и З0% в сыром состоянии подвергались вакуумированию и сушке в вакууме при нагреве до 800°С. Обжиг проводился при 1700°С в слабоокисленной атмосфере. После обжига, на всех тиглях наблюдалась высокая (96%) плотность и гладкая внутренняя поверхность. Испытания всех тиглей проводили на вакуумной индукционной печи ОКБ 880 с переплавом платины, затем платино-родиевых и платино-родий-палладиевых сплавов. Количество плавок в тиглях определялось их состоянием в процессе эксплуатации. На протяжении всей эксплуатации тиглей отмечалась хорошая несмачиваемость расплава, заметно усиливающаяся в тиглях с добавками 5% вес. Y2O3 и 10% и 30% CaO3. В этой же последовательности отмечено уменьшение склонности к образованию трещин и более медленному, по сравнению с чистым периклазом, разрушению рабочей поверхности тигля.
Для увеличения прочности тигля, цилиндрическая форма его была изменена на коническую (Фверх = 130 мм,Фвыз = 80 мм), а для предотвращения трещинообразования изменяли пористость тигля по сечению таким образом, что внутренний слой тигля толщиной до 4-6 мм выполняется максимально плотным (94%) с последующим снижением плотности до 60% на внешней поверхности, путем введения в огнеупорную смесь порошка полистирола диаметром менее 1 мм. После обжига полистирол выгорал, образуя в огнеупорном изделии поры.
Приготовленные таким образом тигли показали наиболее высокие служебные характеристики по сравнению с существующими.
В заключение отметим, что создание для ЗИП плавильного тигля с высокими служебными свойствами, достаточно сложная задача. Однако, не менее сложным моментом является сохранение этих свойств в процессе эксплуатации его. Для этого крайне необходима предельная внимательность и аккуратность в работе обслуживающего персонала и высокая технологическая дисциплина. Только при строгом соблюдении всех перечисленных выше условий, возможно, обеспечить вакуумно-индукционным переплавом высококачественных заготовок из платины и её сплавов.

ris-1Рис. 1 Принципиальная схема прессформы для гидростатического изготовления тиглей.
а) до прессования;
б) в процессе прессования.

Литература.
1. Андронов В.П., Плавильно-литейное производство драгоценных металлов и сплавов, М., «Металлургия» 1974
2. Линчевский Б.В., Вакуумная индукционная плавка, М., “Металлургия”, 1975.
3. Иванова А.В., Шунин А.Л., Тимофеев А.И., Спекание оксидных композиции системы
MgO-CaO и взаимодействие их с расплавами Pt, Pd, Pl., тезисы докладов Всесоюзного совещания «Реальная структура неорганических жаропрочных материалов», Первоуральск, 1978 г.
4. Батраков Н.А., Кононов Ю.Л..Тигель для плавки металлов платиновой группы, изготовленный из окислов, труды института физики металлов УНЦ, Благородные металлы и их применение, выпуск 28, Свердловск, 1971.

Печатается в соответствии с решением Ученого совета Института металлургии УНЦ АН СССР от 29 февраля 1980 года
В печать от 04.08.80. Тираж. 1 Цена 55 коп. Заказ 32992
Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ, Люберцы, Октябрьский пр., 403

Оставить комментарий

При копировании материала с данного сайта присутствие ссылки обязательно!

Top.Mail.Ru