Оточуючі нас металеві предмети рідко складаються з чистих металів. Сплави - це системи, що складаються з двох або декількох металів, а також з металів і неметалів, мають властивості, притаманні металевому стану.
Нікель з хромом є найважливішим компонентом багатьох сплавів. Він надає сталям високу хімічну стійкість і механічну міцність. Так, відома нержавіюча сталь містить в середньому 18% хрому і 8% нікелю. Для виробництва хімічної апаратури, сопів літаків, космічних ракет і супутників потрібні сплави, які стійкі при температурах вище 1000 ° С, тобто не руйнуються киснем та горючими газами і володіють при цьому міцністю кращих сталей. Цим умовам задовольняють сплави з високим вмістом нікелю.
Ніхром використовується в електронагрівачах печей для всіх галузей промисловості, побутових приладів і апаратів теплової дії. Широко використовується у високотемпературних електропечах, печах випалу і сушіння, різних електричних апаратах теплової дії. Застосовується як нагрівальних і резисторних елементів. Має підвищену жароміцністю, кріпоустойчівостью, пластичністю та стабільністю форми. Також ніхром використовується як жароміцного (жаростійкого) сплаву і хімічно стійкого сплаву в певних агресивних середовищах.
Для електричних нагрівальних печей опору як нагрівальний елемент використовують дріт перетином від 0,5 до 10 мм виготовлену з деформованих напівфабрикатів ніхрому, інконель або кроніта. Плавку цих деформованих сплавів ведуть в дугових печах з магнезитової футеровкою. Плавка нікелевих сплавів на повітрі супроводжується окисленням і інтенсивним насиченням розплаву воднем. Ці процеси зумовлюють забруднення розплаву твердими нерозчинними включеннями оксидів легуючих компонентів і утворення газових раковин і пористості в виливок. Запобігання від інтенсивної взаємодії з газами досягається застосуванням флюсів, витрата яких складає 2-10% від маси розплаву.
За допомогою флюсів неможливо повністю придушити розчинення водню, тому однією з найважливіших операцій при виплавці нікелевих сплавів є рафінування їх від розчинених газів. Цю операцію здійснюють наведенням в кінці плавки окисного шлаку, який викликає кипіння ванни. Для наведення окисного шлаку використовують окис заліза Fe2О3, закис нікелю NiO або двоокис марганцю MnО2.
Розчинений водень може бути видалений також продувкою розплаву аргоном.
Ще одним з основних умов при плавці ніхромом є запобігання забруднення розплаву сіркою і вуглецем, різко знижують експлуатаційні властивості сплавів.
Значно спростити технологію виплавки таких сплавів можливо з використанням технології електрошлакового кокильного лиття (ЕКЛ) з вторинної сировини, яка дозволяє усунути перераховані вище труднощі при виплавці такого металу в дугових печах, а саме: при ЕКЛ немає контакту розплавленого металу з повітрям, високоосновні флюси дозволяють досить глибоко проводити рафінування металу від сірки, і значно знижується чад легуючих компонентів (у даному випадку - хрому). Далі при спільній розливанні металу і шлаку в кокіль, останній запобігає контакту металу з атмосферою і на цій стадії процесу.
У даній роботі нами було проведено кілька плавок:
1) з використанням електрода зі сплаву Х20н80 звареного аргонодугового зварюванням з відпрацьованих нагрівальних елементів - шматків дроту діаметром 2 ... 10мм, (рисунок 1а).
2) з використанням невитратним мідного водоохолоджуваному електрода з плазмовим напиленням його робочої частини нітридом бору і шихтою у вигляді тих же прутків, але не зварених та подаються в піч поштучно (рисунок 1б).
У якості флюсу використовували флюс марки АН-295.
Розливку досвідчених сплавів проводили в металевий кокіль з внутрішнім діаметром 40 мм і висотою 500мм. З отриманих виливків брали проби на хім. аналіз і металографії.
У таблиці 2 представлені результати хімичного аналізу.
Виходячи з результатів хімічного аналізу, можна зробити висновок, що даний сплав в обох випадках повністю відповідає ГОСТу. Таким чином, технологія електрошлакового кокильного лиття може бути застосовна для отримання ніхрому з вторинної сировини.