Технологический процесс шавки

Через некоторое время после наплавления футеровки печи (это примернтрое суток) на поду печи выкладывают треугольник или звезду из углеродистого материала, опускают электроды и начинают розжиг, продолжающийся 20-30 мин, после чего к электродам подается глинозем и начинается плавка, которая ведется по технологической карте, составленной технологом цеха и рассчитанной на 5 т выплавленного электрокорунда.

Технико-экономические показатели плавки во многом зависят от фазового состава глинозема

Как видно из данных табл. 2.24, производительность электропечи при использовании предварительно прокаленного глинозема с высоким содержанием в его фазовом составе а-А1203 увеличивается на 23 %, а мощность печи — на 20 %, и при этом снижается удельный расход электроэнергии примерно на 5 %. Загрузка глинозема в печь при плавке производится двумя порциями, первая из которых загружается сразу после включения печи, а вторая — через 20 мин ее работы. Плавка ведется с закрытым колошником, толщина которого составляет 200 мм, а перед сливом расплава корунда — 100 мм. Количество расплава в печи по высоте и толщина футеровки ее пода определяются с помощью металлической штанги, опускаемой на дно ванны через специальное отверстие в своде печи: отрезок штанги с приставшим к ней расплавом показывает количество расплава в печи, участок сухой штанги — уровень расплава, а всей длина штанги от дна до отметки ввода ее на своде — изменение толщины футеровки пода. В центре печи толщина пода должна составлять 1000-1300 мм, а гарнисажа — не менее 150 мм. При плавке могут быть отклонения от нормального хода печи, вызываемые перебоем в загрузке глинозема в печь, попаданием в ванну большого количества углерода и воды со свода или кожуха,!

перебоями в снабжении электроэнергией и водой для охлаждения печи и электродержателей электродов. Попадание большого количества углерода в расплав может произойти из-за низкого качества графитированных электродов. При этом расплав приобретает грязно-серый цвет и отличается высоким содержанием в нем карбида алюминия.

После наплавления расплава белого электрокорунда до уровня сливной летки, печь наклоняют с помощью двух гидродомкратов (см. рис. 2.29), и расплав через леточное окно (размер окна 300><300 мм) сливают в изложницу широкой струей по лотку в течение 4—5 мин. В настоящее время для повышения качества белого электрокорунда проводят обдувку расплава сжатым воздухом в течение 4-5 мин при его сливе в изложницу или в самой изложнице в течение 20-30 мин. Таким способом обработки расплава удается выжечь из него частицы углеродистого материала, окислить до А1203 частицы моно и тетраокс и карбида алюминия и получить до 70 % монокристаллов корунда размером 150-500 мкм. При этом повышаются физико-механические свойства корунда: механическая прочность единичного зерна белого электрокорунда возрастает на 6-10%, а само зерно получается более изометричным, белизна его увеличивается до 70-75 %, а содержание углерода в корунде уменьшается на 30-40 %. После обработки расплава сжатым воздухом он охлаждается вместе с изложницей в течение 45 мин под леткой печи, затем изложницу вместе с расплавом перевозят на специальную площадку, где она остывает 4,5 ч и потом транспортируется в остывочное отделение, где со слитка снимают кожух изложницы, который тщательно очищают от окалины и смазывают специальным составом, включающим в себя смесь жидкого стекла, глинозема и воды в соотношении 1:5:3. Влияние обработки расплава на химический состав белого электрокорунда показано в табл. 2.26.

В качестве электродов при плавке белого электрокорунда используют графитированные электроды (ГОСТ 4426-71), которые должны храниться в закрытых помещениях, печном зале или в прилегающих к нему помещениях при температуре выше 15°С. Наращивание электродов производят через графитированные ниппели, перед этим совершая продувку резьбы сжатым воздухом и смазывая ее мастикой, состоящей из смеси чешуйчатого графита с патокой. При вворачивании ниппеля в резьбу мастика должна частично выступать из швов, а при последующем прогревании она закоксовывается, обеспечивая тем самым высокую

прочность в месте соединения и наилучший контакт между ниппелем и электродом. При работе электропечи очень важно обеспечить целостность сальника, установленного в своде печи в качестве уплотнителя зазора между электродом и сводом печи и предохраняющего их от короткого замыкания.

Легированный электрокорунд

К легированным элсктрокорундам относят материалы, получаемые плавкой глинозема с добавлением оксидов, образующих изоморфные твердые растворы с а-А1203 в процессе кристаллизации расплава. Такими оксидами являются, прежде всего, Cr203, Ti203 и V203. Для легирования титаном и ванадием применяют оксиды Ti02 и V205, которые в процессе восстановительной плавки легко переходят в Ti203 и V203. Технологическая схема плавки легированных корундов аналогична схеме выплавки белого электрокорунда с той лишь разницей, что в плавку вводят легирующие компоненты. При этом, как и в случае плавки белого электрокорунда, непосредственно плавка может ветись способом как на блок, так и на выпуск”. Наиболее подробно процесс плавки легированного электрокорунда “на блок” как и для плавки белого электрокорунда, глинозем марок ГА-8, ГА-85 или ГЕБ и легирующие добавки: оксид хрома марок OXMI и OXMII, содержащий 98,0% Сг203 по массе, и оксид титана, содержащий не менее 99,0 % ТЮ2.

Для системы А1203—Сг203 характерно образование непрерывных растворов как в твердом, так и в жидком состояниях. Установлено, что при мольной доле Сг203 в твердом растворе до 8 % константы элементарной ячейки корунда имеют постоянную величину, а при более высоком содержании Сг2Оэ изменяются линейно в зависимости от его концентрации.

Твердые растворы (А1,Сг)203 с массовой долей в них Сг203 до 10% имеют красный цвет (рубины), а при более высоком его содержании приобретают зеленую окраску. На полноту вхождения ионов Сг3+ в твердый раствор оказывает заметное влияние углерод, присутствующий в расплаве в условиях плавки хромистого электрокорунда в электродуговой печи. По данным В.Е. Гладкова наиболее сильное влияние углерода на полноту вхождения хрома в твердый раствор обеспечивается при его массовой доле порядка 0,3 %. В работе |2] отмечается, что хром растворяется неравномерно по всему

объему легируемого материала, образуя в кристаллической решетке хромистого корунда ликвации и деформируя кристаллическую решетку. Во всем остальном объеме (где нет ликваций) доля растворенного хрома незначительна и решетка поэтому деформирована слабо. В хромистом электрокорунде отмечается увеличение монокристаллов по сравнению с белым электрокорундом на 6,2%. По показателям механической прочности, абразивной способности и микротвердости хромистый и белый электрокорунды примерно занимают равные позиции, но зерно хромистого электрокорунда отличает более высокая ударная прочность, что повышает износостойкость изготовленного из него абразивного инструмента. Хромистый электрокорунд выплавляется из глинозема с добавкой оксида хрома Сг203 (1-2% по массе) или хромистой руды.

В последнем случае требуется дополнительное обогащение конечного продукта. В структуру корунда входит порядка 50 % вводимого в шихту оксида хрома, поскольку часть добавки оксида восстанавливается до металлического хрома и его карбидов. С оксидом титана ТЮ2 корунд А1203 образует соединение А!203ТЮ2 (рис. 2.36) при температуре 1860 С. Поданным [2| при плавке электрокорунда, легированного титаном (титанистого электрокорунда), в качестве шихты используется смесь глинозема, диоксида титана и антрацита, а типы электропечей и технологические параметры плавки такие же, как и при плавке белого электрокорунда. При выплавке титанистого электрокорунда “на блок” строение блока весьма схоже со строением блока нормального электрокорунда. В верхней части блока много пустот, бок, центр и низ блока имеют более плотную структуру, близкую к структуре слитка. Абразивная способность зерна титанистого электрокорунда несколько выше, чем у белого электрокорунда, а микротвердость— ниже (в пределах погрешностей измерений). В табл. 2.28 приведены параметры кристаллических решеток титанистого электрокорунда по сравнению с белым элек- трокорундом, а в табл. 2.29 представлены результаты спектрального анализа по данным работы.

В работе (2) показано, что твердый раствор титана в корунде при температуре 1100 °С на воздухе распадается, поскольку в этом случае, по мнению автора, Ti203 окисляется до ТЮ2, что, несомненно, следует учитывать при изготовлении и работе инструмента, произведенного из титанистого электрокорунда.

При термообработке в воздушной среде титанистый электрокорунд будет устойчив, по мнению авторов [40], только в тех случаях, если растворенный в корунде титан четыоехвалентен и. следовательно, не подвеожен окислению либо если ион Ti3+, окисляющийся в процессе термообработки в воздушной

среде до Ti4+, удерживается в решетке корунда растворенным в нем третьимэлементом, которым может служить, согласно данным |40|, магний.

Добавка в шихту при плавке хромистого эле ктро корунда 1,5 % (по массе) ТЮ2 приводит к повышению полноты вхождения хрома в твердый раствор с 50 до 80%. При этом увеличивается насыпная масса шлифматериала и его абразивная способность. Такой материал, выплавляемый с введением одновременно в виде легирующих добавок Сг203 и ТЮ2, получил название хромтитанистого электрокорунда. Прочность единичных зерен у хромтитанистого электрокорунда на 15-20% выше, чем у хромистого, а эксплуатационные характеристики абразивного инструмента, изготовленного из хромтитанистого электрокорунда, обусловили его производство наряду с белым и хромистым электрокорундами. В хромтиганистом электрокорунде в твердом растворе одновременно находятся оба легирующих элемента, что усиливает эффект легирования за счет более полного растворения их в корунде. По сравнению с хромистым электрокорундом в хромтитан истом электрокорунде наблюдается более низкое содержание хрома, а по сравнению с титанистым электрокорундом — более низкое содержание титана, не вошедших в твердый раствор с корундом. При получении хромтитан истого эле ктро корунда добавка ТЮ2, помимо своей основной, легирующей функции, защищает от восстановления оксид хрома Сг203, что очень важно, поскольку присутствие свободного хрома в легированном электрокорунде вызывает прижоги на поверхности металлических деталей, обрабатываемых абразивным инструментом, изготовленным из такого материала. Распределение легирующих добавок и содержание примесей в хромтитанистом электрокорунде по сравнению с хромистым и титанистым электрокорундами показаны в табл. 2.30 и 2.31.

Сверокорунд

Свое название сферокорунд получил от сферической (круглой — в переводе с греческого) формы частиц, в виде которых производят этот материал.

Сферические (шарообразные) частицы корунда получают путем “раздувания” сливаемого из электропечи расплава сжатым воздухом. Выплавляют сферокорунд из глинозема; содержание А1203 в выплавленном сфсрокорундс составляет 99 %, а 1 % (по массе) составляет примесь оксидов СаО, MgO, ТЮ2 и Si02» сумме. Прочность, насыпная масса и средняя толщина получаемых сферических частиц в зависимости от их зернистости приведены в табл. 2.38, изкоторой видно, что величины всех указанных характеристик возрастают помере увеличения размера самих сферических частиц.

Изготавливаемые из сферокорунда абразивные инструменты нашли эффективное применение при обработке вязких и мягких материалов, таких как кожа, резина, пластмассы, цветные металлы и др.

Механизм работы абразивного круга из сферокорунда основан на способности сферических частиц, разрушающихся при контакте с обрабатываемым материалом, обнажать острые режущие кромки, обеспечивающие высокую производительность шлифования при незначительном выделении теплоты.

3 Особенности процесса образования карбида кремния. Условия протекания процесса перекристаллизации.