9.3.2. Характеристика важнейших простых оксидов, входящих в состав шлаковой фазы

Диоксид кремния - кремнезем SiO₂ (T_пл = 1983 К; р = 2300...2600 кг/м³) - сильный кислотный оксид, который легко вступает в реакцию с основными оксидами, образуя комплексные соединения - силикаты; Si02 повышает вязкость шлака и способ­ствует получению «длинных» шлаков. Из расплавленного состоя­ния SiO₂затвердевает в модификацию - кристобаллит, который при дальнейшем охлаждении переходит в новую модификацию -тридимит - и затем в кварц. Эти превращения сопровождаются выделением теплоты. Диоксид SiO₂не растворим в металле.

Оксид кальция СаО (Т_пл = 2843 К; р = 3400 кг/м³ ) - сильный основной оксид, образующий комплексные соединения. Очень термостойкий, диссоциирует весьма слабо. Связывает серу и осо­бенно фосфор, облегчая их переход в шлак. Повышает вязкость шлаков. Не растворим в металле.

Полуторный оксид алюминия А1₂О₃ (Т_пл = 2323 К; р == 3600...4000 кг/м³ ) - амфотерный оксид, реагирующий с кислот­ными и основными оксидами. Повышает вязкость шлаков, склонен к образованию шпинелей. Не растворим в железных сплавах.

Закись марганца МnО(T_пл = 1873 К; р = 4700...5500 кг/м³) -основной оксид, образующий комплексные соединения с кислот­ными оксидами. Связывает серу в сульфид марганца и повышает ее растворимость в шлаке. Способствует некоторому понижению вязкости шлака; однако не влияет на скорость его кристаллизации. Не растворима в Fe.

Закись железа FeO (T_пл = 1643 К; р = 5900 кг/м³ ) - относительно слабый основной оксид, образующий комплексные соединения с кислотными оксидами (силикатами, титанатами, боратами и др.). Вступает в обменные реакции с элементами, у которых большое сродство к кислороду. Растворима в шлаке и металле.

Диоксид титана TiO₂ (T_пл = 2123 К; р = 4200 кг/м³ ) - кис­лотный оксид, образующий с основными оксидами легкоплавкие подвижные комплексы - титанаты. Способствует получению ко­роткого шлака, обладающего высокой газопроницаемостью. Не растворим в сталях.

Фосфорный ангидрид Р₂О₅ - кислотный оксид, образующий комплексные соединения с СаО, а также с другими оксидами. Не растворим в металлах.

9.3.3. Основные системы сварочных шлаков

В зависимости от состава сварочные шлаки можно разбить на три типа: шлаки оксидного типа, представляющие собой соедине­ния оксидов различных металлов; шлаки солевого типа, состоящие из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов; шлаки оксидно-солевого типа, состоящие из солей и ок­сидов.

Большинство шлаков любого типа состоит из основы, или «скелета», и добавок, или примесей. Основа шлаков представлена двойной или тройной шлаковой системой, т. е. сочетанием двух или трех главных компонентов, содержание которых в шлаке составляет более 10 %. Изучают такие системы обычно с помощью диаграмм состояния, которые строят для двойных или тройных систем.

Так как шлаковые системы часто имеют сложный состав, выбирают основную тройную систему и затем устанавливают влияние на нее остальных составляющих шлака. Ряд диаграмм состояния для двойных систем разного типа представлен на рис. 9.19-9.21.

Из анализа диаграммы состояния двойной системы МпО - SiO₂ (см. рис. 9.19) следует, что несмотря на высокую температуру плав­ления каждого компонента (соответственно Т > 2200 и 2000 К) их смесь в определенной пропорции является весьма легкоплавкой (1573 К), что используется при разработке соответствующих сва­рочных флюсов. Тот же эффект отмечается в других системах: NaF - CaF₂ (см. рис. 9.20) и СаО - CaF₂ (см. рис. 9.21). Однако для достижения всего комплекса технологических свойств флюсы должны содержать значительно большее количество компонентов.

При добавлении третьего компонента (CaF₂) температура плавле­ния еще снижается и становится существенно меньше температу­ры плавления сталей. Для описания тройных систем применяют так называемые псевдобинарные диаграммы плавкости. Их полу­чают путем рассечения тройной диаграммы плоскостью, в кото­рой содержание одного компонента трехкомпонентной системы поддерживают постоянным. В действительности, например в трех-компонентной системе СаО - SiO₂ - AI₂O₃, поверхность (рис. 9.22), соединяющая температуру плавления отдельных составов, является весьма волнистой, с множеством впадин, соответствующих соста­вам эвтектик.