Производство слитков меди и медных сплавов

Шихтой в печах электрошлакового переплава служит предварительно подготовленный расходуемый электрод. Куски шихтового материала (нарезанные медные катоды) сваривают или соединяют любым другим способом. Легирующие добавки вводят в сплав в виде прутков, при­ крепленных к электроду, или металлических порошков, помещенных в трубу.

Расходуемый электрод расплавляется за счет тепла, получаемого при прохождении переменного электрического тока через слой расплавлен­ ного шлака. Сначала электрод соприкасается с поддоном, а затем под­ нимается вверх на высоту, обеспечивающую устойчивый режим плавле­ ния. Расплавленный металл стекает в открытый медный водоохлаждае­ мый кристаллизатор. При плавке меди и ее сплавов для шлакообразова­ ния используют рафинирующую смесь следующего состава: 65% CaF2, 10% NaF, остальное - S i02 или 80% CaF2 + 20%ВаС12.

Техническая характеристика электрошлаковой установки типа А-550 для плавки меди и медных сплавов (например, меднохромовых) сле­ дующая:

Наличие активного флюса при электрошлаковом переплаве практи­ чески полностью исключает возможность попадания крупных включении в металл; получается плотный слиток. Этот способ является наиболее ра­ циональным из всех указанных. Недостатки метода - необходимость подготовки электродов и подбор флюса, активного лишь к нежелатель­ ным примесям сплава.

Индукционная печь с холодным тиглем

Значительный интерес для качественной металлургии представляет ин­ дукционная плавка в холодном тигле. Этот метод по сравнению с рас­ смотренными имеет ряд особенностей, сочетание которых позволяет ис­ пользовать его для рафинирования расплава от примесей, получения сплавов, состоящих из металлов с большой разницей температур плавле­ ния и т.п.

Плавку в холодном тигле (рис. 6) проводят в такой последовательно­ сти. Сначала при пониженной мощности индуктора часть шихты нагрева­ ется до температуры, близкой к температуре плавления. Далее на индук­ тор подается полная расчетная мощность; расплав, находящийся в зоне более сильного электромагнитного поля, будет плавиться первым и от­ дельными каплями стекать вниз, образуя настыли при соприкоснове­ нии с холодной стенкой тигля и поддоном. Опыт показывает, что доля расплавившегося металла составляет 15—25% от всей загрузки. Этот расплав, замерзнув на поддоне, вторично расплавить не удается. Осталь­ ную навеску шихты загружают в холодный тигель всей массой одновре-

I ю

Рис. 6. Схема индукционной печи с холодным тешем:

1 —корпус печи; 2 —расплав; 3 —смотровое окно; 4 —шихта; 5 —подвижный совок; 6 - вакуум-провод; 7 - индуктор; 8 —холодный тигель; 9 —поддон; 10 - вода

менно. Размер загружаемых кусков металла должен быть в два раза больше глубины проникновения электромагнитного поля в переплав­ ляемый металл, Загрузку шихты во избежание образования над распла­ вом мостов следует вести только в зоне тигля, охваченной индуктором. В качестве затравки служит крупный кусок шихты или часть слитка из переплавляемого металла. Расплав затвердевает в холодном тигле при уменьшении и последующем регулировании мощности, подаваемой на индуктор. Интенсивное движение расплава за счет электромагнитного перемешивания и быстрое его затвердевание позволяют получать спла­ вы, однородные по химическому составу.

Индукционные тигельные печи

Индукционная тигельная печь представляет собой многовитковый во­ доохлаждаемый индуктор с внутренней огнеупорной футеровкой в виде тигля или со вставным тиглем, в которые загружается шихта. Индуктор подключают к источнику переменного тока Промышленной (50 Гц) или повышенной (500/10000 Гц) частоты от машинных генераторов или тиристорных преобразователей частотой 150^3000 Гц или более высокой частоты (от 50 до > 400 кГ ц ). Независимо от частоты питающего тока

вого типа после расплавления шихты и литья камеру разгерметизируют. Из печи извлекают слиток и подают новую навеску шихты. Преимущест­ ва этих печей - простота конструкции, компактность и небольшая стои­ мость. Основным недостатком является крайне низкая производитель­ ность,

Техническая характеристика индукционных вакуумных печей перио­

Более совершенные конструкции вакуумных тигельных электропе­ чей полунепрерывного действия. Число плавок без нарушения вакуума у этих печей равно стойкости материала тигля. Эти печи состоят из сле­ дующих камер: для загрузки шихты, плавильной и для разливки метал­ ла. Все камеры сообщаются между собой посредством затворов. Печь подсоединяется к насосу, создающему в процессе плавления сильное раз­ режение (рис. 7).

Техническая характеристика установки полунепрерывного действия типа ИМВ-1-НК, предназначенной для плавки и разливки меди и медных сплавов в вакууме или в среде нейтрального газа, следующая:

Индукционные канальные печи

Основным плавильным агрегатом в современных литейных цехах для производства меди и медных сплавов служат индукционные канальные печи различной полезной емкости.

Несмотря на многообразие конструктивных особенностей применяе­ мых электропечей, в основу их работы положен принцип силового транс­ форматора. Энергия из первичной катушки (индуктора) передается на вторичную обмотку, в качестве которой используется постоянный оста­ ток (’’болото”) расплавленного металла. Более нагретые частицы метал­ ла, поднимаясь вверх, разогревают новые порции шихты, загружаемой

вшахту печи. В результате достигается хорошее перемешивание металла

иравномерный прогрев его по всему объему. За счет более совершенной

магнитной цепи (по сравнению с тигельными индукционными печами промышленной частоты) канальные печи имеют более высокий коэффи­ циент полезного действия и соответственно на 15—20% меньший удель­ ный расход электроэнергии.

Промышленность выпускает для плавки меди и ее сплавов печи, полу­ чившие наименование ИЛК (индукционные латунные канальные) с по­ следующей цифрой, показывающей полезную емкость печи.

Основные технические характеристики печей типа И Ж для плавки меди и медных сплавов следующие (число фаз равно 3):

П р и м е ч а н и е . Для печей всех типов: рабочая температура 1200-1400°С; расход электроэнергии при плавке латуней и бронз 200—300 к В т’ч/т, при плавке медноникелевых сплавов 320—400 кВт -ч/т.

Конструктивно печи И Ж состоят и^ футерованной ванны в кожухе и одной или нескольких индукционных единиц (рис. 8).

Печи И Ж -1, ИЛК-1,6 и ИЛК-2,5 имеют вертикальную шахту, заклю­ ченную в сборный каркас. У печи ИЖ -1 одна однофазная индукционная единица с двумя параллельными кольцевыми каналами. Печи И Ж -1,6 и ИЖ -2,5 имеют по одной трехфазной единице с двумя параллельными кольцевыми каналами на каждую фазу. Прямоугольное сечение коль­ цевых каналов для печей указанных типов составляет 22X90 мм. Индук­ торы всех печей типа И Ж выполнены из полой медной трубки, витки индуктора тщательно изолированы. Тепло, выделяемое в каналах печи, передается всей ванне. Допустимая удельная мощность, выделяемая в каналах, для меди 40—50 кВт/дм3, для латуней и бронз 50—60 кВт/дм3.

вается в нижней части канала. Это ведет к снижению срока службы футе­ ровки и ухудшает качество металла. Опробование канала переменного сечения, сужающегося в вертикальной плоскости, показало, что перегрев металла между каналом и ванной электропечи уменьшается в два раза, сокращается также продолжительность плавки латуней, бронз, меднони­ келевых сплавов и улучшается качество слитков.

2. ЛИТЕЙНЫЕ МИКСЕРЫ И МАШИНЫ

Миксеры

Для повышения производительности плавильных печей предусмотрена их работа совместно с миксером, куда переливают готовый металл. Не­ посредственно из миксера слитки отливают, а в печи в этот период пла­ вят новую навеску шихты. Миксер представляет собой индукционную канальную печь барабанного типа с диаметром и длиной ванны 1000 и 2600 мм соответственно (ИЛКМ-6). Он состоит из разъемного кожуха цилиндрической формы с ободами и футерованной ванной, одной отъем­ ной индукционной единицы, раздаточной коробки со стопорным устрой­ ством, механизма поворота, вентиляционной системы индукционной еди­ ницы.

Характеристика узлов миксера такая же, как и печей ИЛК-6 и ИЛК-16 (см. с. 25). Поворот миксера для полного слива металла осуще­ ствляется на 65 град.

Технические показатели раздаточных индукционных миксеров сле­ дующие:

Машины

Полунепрерывное итнепрерывное литье ведут на машинах различных конструкций, основное различие которых заключается в механизме, приводящем слиток в движение. Как показала практика, при литье слитков меди и ее сплавов используются преимущественно одно- и двух­

винтовые машины. При литье малотоннажных сплавов в один кристал­ лизатор применяются одновинтовые машины, состоящие из кристалли­ затора, подвижной траверсы, направляющих, вертикального винта и при­

вода. Поддон-затравка устанавливается на подвижной траверсе; к по­ следней снизу крепится тянущий винт. Вертикальное движение слитка в приямок обеспечивается за счет двух направляющих, с которыми тра­ верса соединена подшипниками скольжения. Максимальная длина слит­ ков, отливаемых на указанной машине, 2 м; диаметр до 300 мм (плос­ кие размером 200X600 м м ). Диапазон скоростей вытягивания состав­ ляет 2 - 2 0 м/ч.

Двухвинтовые литейные машины работают более устойчиво и позво­ ляют отливать одновременно с постоянной скоростью несколько слит­ ков длиной 5,0—5,5 м. Машина устанавливается в приямке. Кристаллиза­ тор помещается в откатной рабочей тележке на уровне пола. В конструк­ ции тележки предусмотрена возможность применять смазку для крис­ таллизатора и использовать защитную атмосферу. Машина оборудована приборами для контроля параметров литья.

Техническая характеристика литейной двухвинтовой машины конст­ рукции Иркутского завода тяжелого машиностроения (ИЗТМ) сле­ дующая:

3. ЛИТЕЙНЫЕ УСТАНОВКИ

Установки типа ИЛКА-6 и ИЛКА-16

Непрерывность технологического цикла является, как известно, одним из наиболее прогрессивных технических направлений при прои­ зводстве слитков цветных металлов и сплавов. В настоящее время в промышленности внедрены целые комплексные плавильные установ­ ки, работающие по схеме: индукционная канальная печь - индукцион­ ный миксер —литейная машина.

В большинстве случаев миксер компонуется с одной или двумя пла­ вильными печами и одной литейной машиной. Существуют также ком­ поновки с миксером, перемещающимся от одной литейной машины к другой.

Впечах ИЛК-1 и ИЛК-1,6 металл сливается в миксер через сливной носок при помощи гидравлического механизма наклона, а в печах ИЛК-2,5, ИЛК-6 и ИЛК-16 — через желоб, расположенный на торцовой стенке печи при повороте последней механизмом вращения.

Литейная установка ИЛКА-6 состоит из печи ИЛК-6, миксера ИЛКМ-6

илитейной машины конструкции ИЗТМ (рис. 10). Эксплуатация комп­ лекса осуществляется по следующей схеме.

Впечи расплавляется шихта, после чего расплав периодически перели­ вается в миксер. В процессе литья из миксера жидкий металл сливается

через кристаллизатор, в котором происходит формирование слитка, а затем снова последовательно миксер заполняется жидким металлом. Такой прерывистый режим работы имеет ряд недостатков (низкая стой-

Рис. 10. Схема литейной установки ИЛКА-6:

1 - площадка для обслуживания пе­ чи; 2 - плавильная печь ИЛК-6; 3 - тележка с кристаллизатором; 4 - миксер ИЛКМ-6; 5 - переливной же­ лоб; 6 - загрузочное окно; 7 — за­ грузочная тележка; 8 - площадка для съема шлака

кость футеровки, увеличенные потери металла, трудность автоматизации технологических операций и д р .).

Более прогрессивной является установка типа ИЛКА-16, в состав ко­ торой входят печь ИЛК-16, миксер ИЛКМ-6 и вертикальная литейная двухручьевая машина (рис. 11). По сути дела это автоматизированная линия для непрерывной отливки бескислородных медных слитковвайербарсов размером 90X90X1400 мм.

Все технологические операции по производству вайербарсов от загруз­ ки медных катодов в индукционную печь до выдачи слитков в штабелях на склад готовой продукции полностью механизированы. Система авто­ матизации, охватывающая все технологическое и вспомогательное обо­ рудование, сводит работу обслуживающего персонала к наблюдению за показаниями соответствующих приборов.

Загрузку печи медными катодами осуществляют сверху при помощи загрузочной машины. При падении в печь катодный лист отжимает за­ слонку, которая затем возвращается в первоначальное положение, отсе­ кая рабочее пространство печи от окружающей атмосферы.

Расплав в миксер переливается по электрообогреваемому металлопроводу, заключенному в цилиндрическую вакуум-камеру, которая имеет патрубки подачи и слива металла. Вакуум-камера смонтирована над желобами и миксером. При таком ее расположении можно прово-

J

Рис. 11. Литейная установка ИЛКА-16:

1 - плавильная печь ИЛК-16; 2 - переливной желоб; 3 - миксер ИЛКМ-6; 4 - мо­ ноблочный кристаллизатор; 5 - камера душирования; 6 —тянущие ролики ; 7 - гидравлические тиски; 8 — летучая1пила; 9 - стационарная пила; 10 - кантова­ тель; 11 - штабелеукладчик

дить непрерывное литье вакуумированного и невакуумированного ме­ талла без перемонтажа установки.

Высокие степень и интенсивность удаления газов в металле достигают­ ся не только применением указанного устройства, но и вакуумирова­ нием расплава при малой высоте слоя металла, протекающего в вакууме по спиральному металлопроводу.

Металл из миксера через разливочную коробку подается в два крис­ таллизатора двухручьевой машины. На установке создано специальное устройство, которое позволяет добиться постоянных давления и соста­ ва защитной атмосферы в полости над кристаллизатором. Это дает воз­ можность получить слитки высокого качества и сократить расход защит­ ного газа.

Литниковая система включает стопорное устройство, литейную втул­ ку и литниковую трубку. Все трй элемента выполнены из графита.

Литейная машина состоит из блока кристаллизаторов, системы вто­ ричного охлаждения, механизмов тянущего устройства, летучих пил, кантователей и горизонтальных рольгангов. Каждый кристаллизатор снабжен механизмами, сообщающими им возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. Вниз кристаллизатор движется