Флюс для обработки сплавов цинк-алюминий-медь

Широкое распространение легких сплавов в машиностроении и других отраслях народного хозяйства обусловлено гаммой физико-механических, специальных и технологических свойств. Однако реальное экономическое положение предприятий-производителей заставляет рачительно подходить к проблеме переработки отходов (шлаков, шламов, стружки) и возврата литья. Поэтому разработка устойчивого технологического процесса переплава отходов с высоким выходом годного задача актуальная для многих литейных цехов и заводов.

Для сплавов на основе цинка (ЦАМ 4-1, ЦАМ 4-1в, ЦАМ4) проблема заключается в достаточно низких температурах плавления (400…450'С) и их высокой активности к окислению, и как следствие, образование на поверхности расплава оксида цинка (ZnO), пленок шпинелей (ZnAl2O4), а также кремнезема (SiO2) и глинозема (Al2O3). Источниками последних являются в основном загрязненные шихтовые материалы. Исследования, проведенные в научно-исследовательской инновационной лаборатории НИИЛлит Белорусского национального технического университета (г. Минск) по решению проблемы извлечения максимально возможного количества сплава ЦАМ4-1 из шлаков Минского экспериментально-фурнитурного завода заключались в разработке эффективного экологически безопасного флюса на основании термодинамических и кинетических расчетов протекания встречных химических реакций в системе: флюс-металл.

Требования к флюсу предъявлялись по ряду критериев:

• Создание химически пассивного защитного слоя на поверхности расплава.

• Адсорбция твердых и газообразных неметаллических включений.

• Химическая пассивность к металлам, образующим сплав (в данном случае - Zn, Al, Cu).

• Химическая пассивность к футеровке печи.

• Низкое поверхностное натяжение флюса, для лучшего смачивания расплава.

• Минимальная смачивающая способность в отношении расплава для полного отделения флюса от расплава.

• Экологическая безвредность при обработке расплава.

• Отечественная сырьевая база для создания такого препарата.

В результате совместная работа с научно-производственным предприятием "Эвтектика" (г. Минск) позволила создать экологически безвредный, высокоэффективный препарат - "Флюс покровно-рафинирующий для сплавов ЦАМ " ТУ РБ 100196035.005-2000 для рафинирования расплавов на основе цинка (типа ЦАМ4-1), защиты расплава от окисления, снижения потерь металла со шлаком, переплава стружки и высокодисперсной шихты, создание на поверхности расплава сухого, хорошо скачиваемого шлака.

В лабораторных условиях проверялась эффективность данного флюса с традиционно-применяемыми способами и материалами для очистки расплава ЦАМ 4-1, такими, как отстаивание, продувка азотом, обработка гексохлорэтаном, хлористым цинком, хлористым аммонием, фильтрование через зерна хлористого натрия.

Анализ результатов сравнительных испытаний приведен на рис.1.

Рис.1 Сравнительные испытания очистки расплава ЦАМ4-1 а) отстаивание; б) продувка азотом; в) обработка гексахлорэтаном; г) обработка хлористым цинком; д) обработка хлористым аммонием; е) фильтрование через зерна хлористого натрия; ж) обработка "Флюсом покровно-рафинирующим для сплавов ЦАМ".

Экспериментально установлено, что самым неэффективным способом очистки сплава ЦАМ 4-1 оказалось отстаивание. Близкие результаты получены при обработке расплава продувкой азотом и введением гексахлорэтана, хлористого цинка, хлористого аммония.

Лучшие результаты получены при фильтровании расплава через зерна хлористого натрия и обработкой "Флюсом покровно-рафинирующим для сплавов ЦАМ". Замечено, также, что степень очистки расплава от оксидов более глубокая, чем от интерметаллидных включений. Объяснение этому можно рассматривать с двух точек зрения:

1.Лучшим смачиванием интерметаллидных включений расплавом.

2.Большей химической активностью компонентов рассматриваемых очищающих материалов к оксидам, чем к интерметаллидным включениям, находящимся в расплаве.

Принимая во внимание, что в реальных производственных условиях удобней применять для обработки расплава флюс, чем использовать установку фильтрования жидкого металла через кассету с зернами хлористого натрия, промышленные испытания проводили с обработкой ЦАМ4-1 "Флюсом покровно-рафинирующим для сплавов ЦАМ" производства НПП ОДО "Эвтектика" (г. Минск).

Авторами совместно с сотрудниками ОАО "Минский экспериментально-фурнитурный завод" проведены сравнительные экспериментальные работы по восстановительному переплаву шлака сплава ЦАМ4-1 с использованием "Флюса покровно-рафинирующего для сплавов ЦАМ" ТУ РБ 100196035.005-2000 производства НПП "Эвтектика" в условиях ОАО "МЭФЗ". Ранее в техпроцессе завода для рафинирования использовался хлористый цинк (порошкообразный) вводимый в количестве 0,3% от массы расплава.

Сравнивалось действие "Флюса покровно-рафинирующего" ТУ РБ 100196035.005-2000 и цинка хлористого на расплав ЦАМ4-1. Препараты вводились в количестве 0,3% от массы жидкого металла. После обработки расплава флюсом получился более сухой рассыпчатый шлак с меньшим содержанием металлической фазы (рис.2).

Рис.2

При переплаве 280 кг шлака сплава ЦАМ4-1 и последующем рафинировании "Флюсом покровно-рафинирующим для сплавов ЦАМ" ТУ РБ 100196035.005-2000, получено в процессе переработки сплава ЦАМ4-1 210 кг металла. Выход годного металла составил 75%. При аналогичном переплаве с использованием хлористого цинка в количестве 5% от массы жидкого металла) выход годного металла составил 65% (рис.3).

Рис.3

В процессе переплава образовывался сухой, хорошо скачиваемый шлак.

Полученный металл (сплав ЦАМ4-1) был использован для литья деталей: "Корпус ПО -АО1.01.011"- 10000 штук; "Пряжка 843-2202" - 5000 штук, на машинах литья под давлением ДМ-100 с горячей камерой прессования. Физико-механические свойства деталей соответствуют СТБ 1302-2002 "Фурнитура для изделий легкой промышленности".

ВЫВОД: Препарат "Флюс покровно-рафинирующий для сплавов ЦАМ" ТУ РБ 100196035.005-2000 может служить комплексным высокоэффективным препаратом, оказывающим рафинирующее действие на расплав, защищающим расплав от окисления, снижающим потери металла со шлаком.

Параллельно ведется разработка новых видов продукции, среди которых рафинирующие таблетированные препараты на основе азотсодержащих соединений (начало промышленного выпуска намечено на июнь - июль 2006 г.); и препараты принципиально нового механизма действия на основе легкоплавких солевых композиций (промышленные испытания намечены на май - июнь 2006 г.).

Подробно с продукцией ОДО "Эвтектика", ценовыми характеристиками, механизмом действия препаратов можно ознакомиться на сайте evtectikа.com.

В настоящее время ОДО "Эвтектика" промышленно поставляет препараты более чем на 300 предприятий Украины, России, Белоруссии, Прибалтики, Казахстана: среди которых ОАО "АВТРОМАТ" (г. Харьков); ОАО "КАМАЗ-Металлургия" (г. Набережные Челны); РУП "Минский моторный завод" (г. Минск) и многие другие.

На территории Украины продукцию ОДО "Эвтектика" представляет и реализует ООО "Комплекс Плюс" г. Харьков.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины" №2 2006 г.