Флюсы для резки высоколегированных сталей. Данные исследо­ваний мартеновских шлаков показывают, что причиной повышения вязкости хромистых шлаков является образование хромита (содер­жащего теоретически 67,9% окиси хрома и 32,1% закиси железа) с температурой плавления около 2180 °С. Шлаки, образующиеся при кислородно-флюсовой резке высокохромистых и хромоникеле­вых сталей, для обеспечения необходимой жидкотекучести должны содержать не более 15% окиси хрома. Это условие легко выполняется

при разбавлении шлака компонентами флюса, в частности желез­ным порошком, образующим при окислении в зоне реакции закись железа с вязкостью 0,2 Пз при температуре 1400 °С. В некоторых случаях для повышения тепловой эффективности, а следовательно, и производительности процесса резки к железному порошку добав­ляют до 5—10% алюминия, или для улучшения условий флюсова­ния _ до Ю—20% силикокальция или до 25% железной окалины.

Применяя флюс, состоящий из железного и алюминиевого по­рошков с добавкой кварцевого песка или ферросилиция, получим

шлак, для анализа которого воспользуемся тройной диа­граммой плавкости системы FeO—А1203—Si02, представ­ленной на рис. 137. При со­держании в шлаке до 30% FeO и более температура системы снижается до 1000—1200 °С.

б этой системе обнаружи­ваются только двойные сое­динения: шп и нел ь - герценит

Fe0-Al203 с температурой плавления 1300 °С, фаялит 2Fe0-Si02 с температурой плавления 1205 °С и муллит ЗА1203 • 2Si02 с достаточно вы­сокой температурой плавления (1810°С). Тем не менее, при исполь­зовании в качестве флюса смеси железного порошка с алюминиевым с добавкой порошка ферросилиция или кварцевого песка можно получить достаточно жидкотекучие шлаки, а также значительно повысить температуру в зоне резки и поднять тепловую эффектив­ность и производительность процесса.

Вводя в состав флюса содержащие кремний компоненты, такие как ферросилиций или кварцевый песок, необходимо иметь в виду, что силикатные шлаки системы FeO—Si02 весьма жидкотекучи только при содержании в них 30% Si02.

Процесс производимого окисью кремния флюсования (шлакова­ния) заключается как в разжижении образующихся при резке шла­ков за счет разбавления тугоплавких соединений более легкоплав­кими, так и в частичном переводе тугоплавких окислов в более легкоплавкие соединения, как это, например, имеет место при вза­имодействии с FeO и МпО:

Si02 + FeO =FeSi03 (грюнерит) +30,2 кДж/моль (7,2 ккал/г-мол); 1713°С 1371 °С1570°С

Si02 + 2FeO =Fe2Si04 (фаялит) +35,3 кДж/моль (8,4 ккал/г-мол); 1713°С 1731 °С 1205°С

Si02 + Mn0=MnSi03 (родонит) + 12,6 кДж/моль (3 ккал/г-мол). 1713°С 1725°С 1270°С

Введение в состав флюса силикокальция вызывает взаимодей­ствие окиси кальция с другими соединениями, образующимися в зоне резки. Соединения окиси кальция с окислами железа и кремния дают легкоплавкие шлаковые смеси с температурой плавления, не превышающей 1030 °С.

С точки зрения качества кромок реза и легкости отделения от них шлака наилучшие результаты достигаются при составе флюса: 80—85% железа и 20—25% силикокальция.

Петрографический анализ шлака, образуемого при кислородно­флюсовой резке высоколегированной стали с применением флюса на железистой основе, показывает, что в основном шлак состоит из магнетита (Fe0-Fe203) с температурой плавления ^1460 °С и вяз­костью 0,2—0,3 Пз.

В небольших количествах кристаллизуется также фаялит (2FeO - Si02) состава: 70% FeO и 30% Si02 с температурой плавле­ния 1205 °С и вязкостью 0,5 Пз.

Добавка к железному порошку 10% по массе алюминиевого по­рошка приводит к появлению в шлаке, помимо магнетита, шпинели типа (Fe; Ni)0-(Fe; Сг, А1)203, достаточно жидкотекучей при вы­сокой температуре, развиваемой в зоне реза.

Флюсы для резки чугуна. Основная металлургическая задача при кислородно-флюсовой резке чугуна состоит в разбавлении рас­плавленного в объеме реза чугуна железом флюса и снижении в сплаве содержания углерода.

Другая также немаловажная задача — разжижение шлака, кото­рый обычно при плавлении чугуна отличается большой густоплав - костью из-за повышенного содержания в нем Si02, переходящей в шлак из основного металла и сильно повышающей вязкость шлака (содержание кремния в чугуне достигает 3,5% и более). Таким об­разом, в состав флюса для резки чугуна могут входить железный порошок (иногда с добавкой 10% алюминия, поднимающего тепло­вую эффективность процесса) и какой-либо флюсующий компонент, способствующий увеличению жидкотекучести шлака, например феррофосфор, кварцевый песок и др. (табл. 11).

Флюсы для резки меди и медных сплавов. Основная трудность резки меди, препятствующая процессу газовой резки этого металла,— это малый тепловой эффект образования окислов меди. Образова­ние СиО связано с выделением всего 156,8 кДж/моль (37,5 ккал/г - мол), а образование Си20 — с выделением 173,5 кДж/моль (41,5 ккал/г-мол). В то же время такой металл, как алюминий выде­ляет при окислении в 10 раз большее количество теплоты — 1672 кДж/моль (400 ккал/г-мол).

Для компенсации недостающей при окислении меди теплоты, в состав флюса целесообразно вводить значительные количества алюминия. Однако образующаяся в этом случае тугоплавкая окись алюминия А1203 сильно повышает вязкость шлака, поэтому в сос­тав флюса рекомендуется вводить такие флюсующие добавки, как кварцевый песок или железная окалина, понижающие вязкость шлака, или феррофосфор, способствующий получению легкоплавких шлаков.

Другая трудность резки меди связана с ее большой теплопро­водностью (А = 3,9 Дж/(см - с• К) [А = 0,92 кал/(см-с-°С)], препят­ствующей сосредоточенному нагреву меди подогревающим пламе­нем резака. В значительной мере эта трудность устраняется пред­варительным подогревом меди и применением флюсов большой тепловой эффективности, способствующей концентрированному нагреву металла в зоне резки (табл. 11).

Флюсы для кислородно-флюсовой и порошково-копьевой резки бетона и других неметаллических материалов. Если интенсивное окисление (горение) в кислородной струе металла всегда сопро­вождается выделением значительного количества теплоты в зоне ре­акции, то при воздействии кислородной струи на нагретый и рас­плавленный неметаллический материал, будь то бетон, шлак или огнеупор, никакого тепловьщеления не происходит. Объясняется это тем, что все подобные неметаллические материалы состоят в основном из окислов, дальнейшее окисление которых невоз­можно.

Для достижения необходимой тепловой эффективности флюса на железистой основе в состав его в повышенном количестве (до 20— 25%) вводят алюминий. Кроме того, флюс в этом случае применяют более мелких фракций, нежели при резке металлов.

Так, если при кислородно-флюсовой резке металлов основой флюса является железный порошок марок ПЖ4С (ПЖ5С) или ПЖ4М (ПЖ5М) по ГОСТ 9849—61, с размером частиц порошка в первом случае 0,16—0,25 мм и во втором 0,071—0,16 мм, то при резке неметаллических материалов применяется преимущественно порошок марки ПЖЗОМ с размерами частиц 0,056—0,071 мм. Такие размеры частиц, составляющие сотые доли миллиметра, характерны для порошков типа пудры, сохраняющих еще необходимую сыпу­честь. Кроме того, порошок марки ПЖЗ содержит 98% чистого железа, в то время как порошки ПЖ4 и ПЖ5 содержат чистого железа первый 96%, а второй 94%.

Таким образом, порошок для резки неметаллических материалов отличается особенно большой активностью благодаря более полному сгоранию мелких частиц, содержащих высокий процент чистого же­леза. Входящий в состав флюса алюминиевый порошок также имеет высокую тонину помола, соответствующую железному.

Помимо основного теплового действия, вводимый в зону реакции резки металлический порошок должен осуществлять также необхо­димое флюсование (шлакование) образующихся при резке тугоплав­ких окислов.

Алюминий, вводимый во флюс в количестве 15—25% (по объему), предназначен для еще большего повышения тепловой эффективно­сти флюса, поднятия температуры в зоне реакции резки, поскольку образование А1203 связано с выделением большого количества теп­лоты. Обычно флюс для разделительной кислородно-флюсовой (ре - заковой) и копьевой резки бетона и железобетона содержит 75— 85 об. % железного порошка ПЖЗОМ и 15—25 об. % алюминие­вого порошка АПП.

Для процесса прожигания порошково-кислородным копьем от­верстий в бетоне и других неметаллических материалах во избе­жание воспламенения флюса внутри трубки копья порошки должны быть менее чистыми и должны содержать более крупные фракции (т. е. быть менее активными). Последнее условие решается путем применения для прожигания отверстий железных порошков ПЖ5К или ПЖ5С и алюминиевого порошка АПВ той же тонины помола, что и железный порошок.

Железобетон, содержащий арматуру в виде стержней или про­волоки из низкоуглеродистой стали, благодаря окислению арматур­ной стали режется лучше, чем чистый бетон без армирования.

Для резки других неметаллических материалов, таких как зашлакованные низкоуглеродистая сталь и чугун, зашлакованный высоколегированный скрап, содержащий наряду со шлаком и кус­ками огнеупорной кладки высокий процент никеля, зашлакованные латуни и бронзы, огнеупоры (шамот, кварцит, магнезит) и различ­ные сочетания металлов с огнеупорами, применяют те же флюсы, что и для резки бетона. Колебания в содержании железа и алюми­ния во флюсе в этих случаях могут составлять не более 5—10%.