Файл: Фрумин Е.И. Нагрев стали в синтетических шлаках.pdf

окисление по данным автора уменьшается в 2—2,5 раза при уменьшении обезуглероживания.

И. Ф. Афонский и А. А. Крошкин [2] указывают, что Рапатц предложил заменить ванну из хлористого бария

Рис. 7. Диаграмма состояния системы Si02 — Na2 0 — CaO.

расплавленной бурой, которая не обезуглероживает сталь. В литературе [35, 98] описано использование буры в качест­ ве жидкого теплоносителя при борировании. И. Ф. Афонский и А. А. Крошкин показали, что бура разъедает стальные из­ делия и по этой причине малопригодна в качестве нейтраль­ ной среды для нагрева стали. Авторы описывают два боратных расплава (72% Na„B4 07 + 28% В 2 0 3 и 80% Na9 B4 07 +

16

сплавления зависят от температуры шлаковой и металли­

ляется то, что в них содержится гигроскопичный и летучий

зема, карбоната лития, кремнефтористого натрия, кальци­ нированной соды и карбоната бария. Кремнефтористый

приводит в качестве примеров три состава стекол для ис­ пользования их в интервалах температур 927—980° С; 980—1030° С и при 1065° С. Все составы, описанные Харольдом, предусматривают высокое содержание окислов щелочных металлов, в том числе более трети дорогого и дефи­ цитного лития. В указанных интервалах температур по визу­ альной оценке автора вязкость находится в пределах 2—4 ігз.

В действительности вязкость стекол, запатентованных Харольдом, значительно выше. Измерение методом затуха­ ния крутильных колебаний шпинделя, погруженного в расплав [90], показало, что вязкость составляет от 15 до

18

50 пз. Условия теплообмена при нагреве и последующей закалке в этих стеклах намного хуже, чем указывает автор.

Таким образом, поиски новых сред для нагрева стали ведутся уже давно, накоплен большой фактический мате­ риал. Это позволяет сформулировать требования, которым должен отвечать оптимальный жидкий теплоноситель. Что­ бы тот или иной состав стекла или шлака мог быть исполь­ зован в качестве среды для нагрева стальных деталей, он должен обладать определенным комплексом физико-хими­ ческих свойств в заданном интервале температур.

Прежде всего, окисление, коррозия и обезуглерожива­ ние поверхности детали должны быть полностью исключены. Вязкость и поверхностное натяжение расплава, предназна­ ченного для нагрева стали, должны обеспечить полное сма­ чивание обрабатываемых деталей и образование тонкой плотной пленки на поверхности деталей, извлеченных из ванны. Расплав при этом не должен стекать ни с острых углов, ни с выступов. Расплавленные боратные стекла в отличие от силикатов хорошо смачивают сталь и активно растворяют окислы железа, практически не взаимодействуя

сиеокисленными поверхностями. При этом способность к растворению окиси железа увеличивается у борного стекла

сувеличением содержания Na2 0. В чистом борном ангидри­ де окись железа практически не растворяется.

Вязкость расплава должна быть достаточно низкой, чтобы не мешать нагреву и охлаждению. При охлаждении детали в закалочной среде затвердевшая пленка должна отделяться от детали при температуре, лежащей ниже тем­ ператур обезуглероживания и окисления. Поверхность зака­ ленных изделий после удаления пленки должна быть светлой и чистой. Унос расплава с изделиями должен быть невелик.

Поскольку практически невозможно исключить закли­ нивание затвердевшей пленки в глубоких канавках, резь­ бах, центровых отверстиях, необходимо, чтобы состав легко растворялся в водных растворах, неагрессивных по отно­ шению к металлу.

ным натяжением и плотностью.

20

На рис. 9 показана вязкость некоторых расплавленных солей, шлаков, стекол и металлов. Из рисунка видно, что вязкость стекол в сто и более раз превосходит вязкость расплавленных солей. Это весьма затрудняет использова­ ние стекол и шлаков в качестве нагревательной среды, делает пригодными для использования в качестве жидких теплоносителей лишь некоторые из них, например рас­ плавленные бораты. Как известно, стекла (шлаки) не имеют определенной температуры плавления, поэтому границы рабочего интервала температур размыты.

кристаллические вещества с ионной связью. Здесь каждый ион окружен определенным числом ионов противоположного знака, с которым он взаимодействует в одинаковой степени. Переход ионной соли из твердой фазы в жидкое состоя­ ние сопровождается скачкообразным увеличением электро­ проводности. Это объясняется исчезновением дальнего по­ рядка в расплаве, возрастанием подвижности ионов и рез­ ким уменьшением их энергии активации. У стекол же при переходе из твердой фазы в жидкую электропроводность увеличивается постепенно. Стекла даже в твердом состоя­ нии обладают только ближним порядком: подвижность ионов в них с ростом температуры изменяется постепенно, постепенно увеличивается электропроводность, уменьшает­ ся вязкость.

Комиссия по терминологии при АН СССР следующим образом определяет стекло: «Стеклом называются все аморф­ ные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной об­ ласти застывания и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости свойствами механически твердых тел,

21