Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Сплавы - это системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущи металлическому состоянию.
Никель наряду с хромом является важнейшим компонентом многих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность. Так, известная нержавеющая сталь содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля. Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при температурах выше 1000 °С, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля.
Нихром используется в электронагревателях печей для всех отраслей промышленности, бытовых приборов и аппаратов теплового действия. Широко используется в высокотемпературных электропечах, печах обжига и сушки, различных электрических аппаратах теплового действия. Применяется в качестве нагревательных и резисторных элементов. Обладает повышенной жаропрочностью, крипоустойчивостью, пластичностью и стабильностью формы. Также нихром используется в качестве жаропрочного (жаростойкого) сплава и химически стойкого сплава в определенных агрессивных средах.
Для электрических нагревательных печей сопротивления в качестве нагревательного элемента используют проволоку сечением от 0,5 до 10 мм изготовленную из деформированных полуфабрикатов нихрома, инконеля или кронита. Плавку этих деформируемых сплавов ведут в дуговых печах с магнезитовой футеровкой. Плавка никелевых сплавов на воздухе сопровождается окислением и интенсивным насыщением расплава водородом. Эти процессы предопределяют загрязнение расплава твердыми нерастворимыми включениями окислов легирующих компонентов и образование газовых раковин и пористости в отливках. Предохранение от интенсивного взаимодействия с газами достигается применением флюсов, расход которых составляет 2—10% от массы расплава.
С помощью флюсов невозможно полностью подавить растворение водорода, поэтому одной из важнейших операций при выплавке никелевых сплавов является рафинирование их от растворенных газов. Эту операцию осуществляют наведением в конце плавки окислительного шлака, который вызывает кипение ванны. Для наведения окислительного шлака используют окись железа Fe2О3, закись никеля NiO или двуокись марганца MnО2.
Растворенный водород может быть удален также продувкой расплава аргоном.
Еще одним из основных условий при плавке нихромов является предотвращение загрязнения расплава серой и углеродом, резко снижающих эксплуатационные свойства сплавов.
Значительно упростить технологию выплавки таких сплавов возможно с использованием технологии электрошлакового кокильного литья (ЭКЛ) из вторичного сырья, которая позволяет устранить вышеперечисленные трудности при выплавке такого металла в дуговых печах, а именно: при ЭКЛ нет контакта расплавленного металла с воздухом, высокоосновные флюсы позволяют достаточно глубоко проводить рафинирование металла от серы, и значительно снижается угар легирующих компонентов (в данном случае – хрома). Далее при совместной разливке металла и шлака в кокиль, последний предотвращает контакт металла с атмосферой и на этой стадии процесса.
В данной работе нами были проведены несколько плавок:
1) с использованием расходуемого электрода из сплава Х20Н80 сваренного аргонодуговой сваркой из отработанных нагревательных элементов – кусков проволоки диаметром 2…10мм, (рисунок 1а).
2) с использованием нерасходуемого медного водоохлаждаемого электрода с плазменным напылением его рабочей части нитридом бора и шихтой в виде тех же прутков, но не сваренных и подаваемых в печь поштучно (рисунок 1б).
В качестве флюса использовали флюс марки АН-295.
Разливку опытных сплавов проводили в металлический кокиль с внутренним диаметром 40 мм и высотой 500мм. Из полученных отливок брали пробы на хим. анализ и металлографию.
В таблице 2 представлены результаты химического анализа.
Исходя из результатов химического анализа, можно сделать вывод, что данный сплав в обоих случаях полностью соответствует ГОСТу. Таким образом, технология электрошлакового кокильного литья может быть применима для получения нихрома из вторичного сырья.