CC BY
123
ice _
IUU/ 3 (67), 2012-
( ' ^
As the result of the studies at PJSc « UKRNIIO them. A.S.Berezhnogo» the technology and commercial production of crucibles from stabilized zirconia for the smelting of platinum group metals are developed.
v_)
в. в. примаченко, в. в. мартыненко, и. г. шулик,
П. А. кущенко, ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного»
УДК 666.762.51
высокоогнеупорные тигли из стабилизированного диоксида циркония для индукционной плавки металлов платиновой группы, изготовленные методом вибролитья
Метод индукционной плавки получил широкое распространение при плавке многих металлов, их сплавов и переплавке лома. Использование данного метода позволяет сократить время нагрева металлов до температуры образования расплава, т. е. значительно снизить затраты на их переработку. Большие скорости нагрева в печах индукционного типа вызывают необходимость использования в элементах футеровки печей тиглей, которые наряду с другими свойствами характеризовались бы высокой устойчивостью к термическому удару.
Диоксид циркония обладает высокой огнеупорностью, эрозионной и коррозионной стойкостью при одновременном воздействии агрессивных сред и высокой температуры, химической инертностью к расплавам многих материалов, в частности металлов платиновой группы [1-3].
В ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного» были проведены исследования, направленные на разработку технологических параметров изготовления тиглей из ZrО2, стабилизированного СаО, и 2гО2, стабилизированного Y2Oз. При разработке технологии тиглей с повышенной термостойкостью из стабилизированного 2гО2 были использованы несколько фундаментальных принципов, среди которых основными являются выбор оптимального зернового состава масс для формования и формирование многофазной структуры изделий [4-6]. В связи с тем что различные модификации диоксида циркония характеризуются различными значениями коэффициента термического расширения, их одновременное присутствие в составе изделий обеспечивает формирование микротрещиноватой структуры. Благодаря наличию
в структуре изделий развитой сети микротрещин энергия возникающих в результате резкого нагрева и охлаждения трещин рассеивается, предотвращая, тем самым, увеличение их размера, а значит, препятствует разрушению изделия в целом. В качестве метода формования тиглей был выбран метод вибролитья, который позволяет изготавливать изделия сложной формы, характеризующиеся постоянством свойств по всему объему изделия [7]. Использование данного метода обусловило необходимость проведения исследований, направленных на выбор наиболее эффективных разжижающих добавок для каждой из масс с целью снижения их влажности, а значит, и повышения физико-механических свойств готовых изделий.
В результате проведенных исследований в ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного» разработана технология и освоено производство тиглей из стабилизированного диоксида циркония для плавки металлов платиновой группы различной конфигурации и размеров, которые характеризуются высокими показателями свойств, в том числе повышенной термической стойкостью [4, 5]. На протяжении более чем 10 лет разработанная и внедренная в институте технология указанных тиглей постоянно совершенствуется, что позволило не только увеличить срок службы тиглей при индукционной плавке, но и улучшить качество их рабочей поверхности за счет применения современных высокоэффективных разжижающих добавок [8, 9]. Показатели свойств вибролитых тиглей марки ЦК-1 из 2гО2, стабилизированного СаО, и марки ЦИС-1 Т из 2гО2, стабилизированного Y2Oз, приведены в таблице.
ггтг^гг^штггг /iß7
-3 (67), 2012 / IUI
Свойства вибролитых тиглей из стабилизированного Zr02
Показатели свойств для изделий
Наименование
свойств марки ЦК-1 по ТУ У 26.2-00190503-333:2010 марки ЦИС-1Т по ТУ У 26.2-00190503-332:2010
Массовая доля, %:
ZrО2 +НЮ2, в пределах 93-96 87-91
У203, в пределах - 8-11
СаО, в пределах 3,5-5,5 -
Fe203, не более 0,5 0,3
Пористость открытая, %, не более 25 23
Термическая стойкость (на образцах в условиях 1300 °С-вода), 5 3
теплосмен, не менее
Вибролитые тигли из ZrО2 производства ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного»
Внешний вид изготавливаемых в институте тиглей из ZrО2 показан на рисунке.
Выпускаемые институтом вибролитые тигли из ZrО2, стабилизированного СаО, и ZrО2, стабилизированного Y2Oз, более 10 лет широко используются на предприятиях цветной металлургии Украины, Российской Федерации и Республики Беларусь при индукционной плавке платины и ее сплавов как в окислительной среде, так и в среде вакуума. Высокая термическая стойкость тиглей позволяет осуществлять наплавку садки металла порционно, постепенно погружая куски переплавляемого металла в поддерживаемый в тигле под воздействием индукционного поля расплав и получать первый расплав уже через 10-15 мин после включения печи. В результате время расплавления 7,5-8,0 кг
металла и нагрева полученного расплава до 19502100 °С в тигле емкостью 0,75 дм3 составляет 5060 мин, что в значительной степени обеспечивает снижение энергозатрат на плавку.
Наибольшая стойкость тиглей отмечается при проведении плавок сериями методом «плавка на плавку», не допуская остывания тигля до температуры ниже чем 1000-1200 °С между плавками. Благодаря научной кооперации института как разработчика и изготовителя тиглей с потребителями, которая позволяет учесть индивидуальные особенности ведения плавки, достигается повышение срока службы тиглей.
По заключению потребителей, изготавливаемые ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного» вибролитые тигли из стабилизированного ZrО2 удовлетворяют технологическим требованиям к материалу футеровки при вакуумной и окислительной индукционной плавке платины и ее сплавов и обеспечивают получение металла и изделий из него высокой чистоты. Выпускаемые институтом вибролитые тигли из стабилизированного ZrО2 изготавливаются различных размеров и конфигурации в зависимости от требований заказчика и характеризуются высокими показателями свойств на уровне лучших мировых аналогов.
Литература
1. Р у т м а н Д. С., Т о р о п о в С. Ю., П л и н е р С. Ю., Н е у й м и н А. Д., П о л е ж а е в Ю. М. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. М.: Металлургия, 1985.
2 . Керамика из высокоогнеупорных окислов / Под общ. ред. Д. Н. Полубояринова и Р. Я. Попильского. М.: Металлургия, 1977.
3 . Б а л к е в и ч В. Л. Техническая керамика.- М. Изд-во литературы по строительству, 1968.
4 . Вибролитые тигли из стабилизированного диоксида циркония / В. В. Примаченко, А. Г. Караулов, Т. В. Пискун, П. А. Ку-щенко // Сб. науч. тр. ОАО «УкрНИИОгнеупоров им. А. С. Бережного». 2000. № 100. С. 7-16.
5 . Изделия из стабилизированного диоксида циркония для металлургической промышленности / В. В. Примаченко, А. Г. Караулов, Т. В. Пискун, П. А. Кущенко // Передовая керамика - третьему тысячелетию: Тез. докл. междунар. конф. Киев, 5-9 ноября 2001 г. Киев: Вид. дом. «Академперюдика» НАН Украши, 2001. С. 146.
6 . П р и м а ч е н к о В. В., К а р а у л о в А. Г., К у щ е н к о П. А. Влияние добавки моноклинного (нестабилизирован-ного) ZrО2 на свойства вибролитых образцов из ZrО2, стабилизированного 8-11 мас.% У203 // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тез. докл. междунар. научн.-техн. конф. Харьков, 24-25 апреля 2002. Харьков: Каравелла, 2002. С. 34-36.
7 . Исследования по изготовлению крупногабаритных алюмосиликатных огнеупоров способом вибролитья / В. В. Примаченко, Н. В. Питак, Л. М. Колесников, Т. А. Задорожная // Производство специальных огнеупоров: Темат. отрасл. сб. М.: Металлургия. 1978. № 6. С. 58-62.
IU U I 3 (67), 2012-
8 . Исследование влияния вида и количества разжижающих добавок на растекаемость зернистых масс из стабилизированного диоксида циркония / В. В. Примаченко, И. Г. Шулик, П. А. Кущенко [и др.] // Зб. наук. праць ВАТ „УкрНДГВогнетривш».-Харьков: Каравела, 2005. № 105. С. 84-91.
9 . Исследование влияния ряда диспергирующих добавок на растекаемость при вибрации зернистых масс из ZrO2, стабилизированного СаО / В. В. Примаченко, В. В. Мартыненко, И. Г. Шулик [и др.] // Зб. наук. праць ВАТ „УкрНДГВогнетривш».-Харьков: Каравела, 2011. № 111. С. 7-16.
