Производство слитков меди и медных сплавов

Металл переливается в миксер при отключенных индукционных единицах через желоб с помощью поворота печи по достижении тем­ пературы 1200—1220°С. При литье полунепрерывным способом не­ обходимо тщательно подготовить кристаллизатор: установить его в рабочее положение, очистить рабочую поверхность, проверить кон­ тролирующие приборы. После этого до половины высоты кристалли­ затора вводят поддон, зазоры между ним и рубашкой кристаллиза­ тора плотно заделывают асбестовым шнуром. Полость кристаллиза­ тора сушат сжатым воздухом. На поддон укладывают медную пласти­ ну толщиной 3—10 мм. Рабочую поверхность кристаллизатора смазывают тонким слоем мине­ рального масла.

Рис. 31. Изменение содержания кис­ лорода в меди Ml после выдержки

Необходимым условием для нормальной работы является соосное расположение кристаллизатора и разливочной системы, состоящей из вертикальной и горизонтальной трубок, соединенных тройником. Для прогрева разливочной коробки миксер 2—3 раза приводят в ра­ бочее положение (наклоняют) и выдерживают при этом 1 -2 мин.

Литье слитков меди проводится в кристаллизаторы с подачей воды из нижней части рубашки непосредственно на слиток. Рубашки кристаллизатора выполнены из меди с гладкой рабочей поверхностью. В настоящее время в промышленных условиях эксплуатируются так­ же кристаллизаторы с рифленой рабочей поверхностью для литья круглых слитков (диаметр 200 мм). При этом резко снижается по­ верхностное трещинообразование, а стойкость рубашек рифленых кристаллизаторов по сравнению с гладкостенными выше в 5—6 раз.

Исследования теплоотвода и формирования медного слитка при полунепрерывном методе свидетельствуют о целесообразности пере­ хода к литью в кристаллизатор с узким каналом водяного охлажде­ ния (ширина 5 мм) при сохранении низкого термического сопротив­ ления стенки. Такое сочетание обеспечивает повышение отвода тепла в кристаллизаторе в 2—2,5 раза при одновременном снижении расхо­ да воды в 1,5-2 раза. Все это создает возможность повысить скоро­ сти литья слитков на 20—25%.

Подачу металла в кристаллизатор регулируют рычагом стопорно­ го устройства. После заполнения кристаллизатора металлом до уровня

Для снижения температуры металла при литье используют охлаждаю­ щие среды. Для меди применяют боросиликатные смеси Na20 - В20 3 — Si02, свойства которых в жидком состоянии при 800°С следующие:

Порядок применения смеси: сначала на затравку подают небольшую порцию жидкого металла, зеркало которого покрывают смесью, затем смесь периодически добавляют. Замена сажи в кристаллизаторе силикат­ ными смесями улучшает санитарно-гигиенические условия работы пла­ вильщиков. Использование смесей способствует также получению мелко­ зернистой структуры, уменьшается глубина лунки, возрастает плот­ ность литой меди (8,9353 г/см3) . Скорость литья слитков может увели­ чиваться на 15-20%.

При небольшом объеме производства слитки меди технической чисто­ ты отливают в водоохлаждаемые изложницы методом наполнительного литья. Температура литья 1170-1200°С. Непосредственно перед литьем расплав обрабатывают технологическими добавками (фосфором, магни­ ем, кремнием). Изложницы смазывают составом, %: масло машинное 34, мыло хозяйственное 33 и керосин 33. Металл заливают в изложницы че­ рез литейные воронки с графитовой втулкой и отверстиями. Диаметры отверстий в зависимости от габаритов слитков следующие:

Наполнительное литье в настоящее время вытесняется полунепрерыв­ ным методом.

Подучение слитков латуни

Латуни плавят исключительно в индукционных канальных печах типа ИЛК-1, ИЛК-2,5 и литейных установках ИЛКА-6. Однофазные и двух­ фазные канальные печи емкостью < 1 т также используют для плавления латуней; литье преимущественно наполнительное.

Основной технологической особенностью производства латунных слитков является высокая летучесть цинка (температура кипения 907°С), которая приводит к увеличению безвозвратных потерь. Поэтому улавли­ вание цинка —важнейшая задача литейного производства.

Для снижения безвозвратных потерь и предохранения металла от окисления применяют покровные и активные флюсы. В качестве защит­ ного покрова при плавке латуней используют древесный уголь, а актив­ ными наполнителями служат материалы на основе силиката натрия и хлористого натрия.

Свойства флюсов, состоящих из 10—30% криолита, 20—40% буры, ос­ тальное —силикат натрия (состав А ) и из 20—35% кальцинированной со­ ды, 5-16% криолита, остальное —хлористый натрий (состав Б ) , следую­ щие:

Показатели Состав А Состав Б

Флюсы технологичны: в расплавленном состоянии не препятствуют загрузке шихты; разрывы, образующиеся на поверхности ванны, быстро затягиваются. Применение флюса сокращает продолжительность чистки печи. Лучшие результаты при плавлении двойных латуней получены при использовании флюса на основе хлористого натрия. Флюс загружают в начале плавки из расчета 1,5-2,5 кг на 1 т шихты.

Применение указанных флюсов при плавке (например, латуни Л63) позволяет снизить потери металла со шлаком в 1,5 раза и в виде угара в 2 раза по сравнению с бесфлюсовой плавкой.

Шихтовыми материалами при плавке двухкомпонентных латуней служат катодная медь, цинк, отходы собственного производства и лом. Порядок загрузки шихты: медь, лом, отходы и в конце плавки цинк. Плавку латуни Л90 ведут под покровом сухого древесного угля, а ла­ туней марок Л70, Л68 и Л63 — под слоем флюса указанных составов. Металл переливают в миксер по достижении следующих температур (при плавке в печи ИЛК-6):

Слитки латуней, содержащих 4 —37% Z n,круглого или прямоуголь­ ного сечений в настоящее время в большинстве случаев отливают в мед­ ные водоохлаждаемые кристаллизаторы с однопоясным выходом воды непосредственно на слиток по технологическим режимам, приведенным в табл.7.

Для предохранение расплава от окисления верх кристаллизатора за­ крывают колпаком, под который непрерывно подают в качестве защит­ ной атмосферы генераторный газ или азот. Для уменьшения трения меж­ ду слитком И рубашкой через отверстия в верхней части кристаллизато­ ра периодически подают трансформаторное масло.

Т а б л и ц а 7. Технологические параметры литья слитков латуни полунепрерывным методом

Применение буры в твердом порошкообразном или жидком состоя­ ниях для защиты металла в кристаллизаторе дает хорошие результа­ ты. При замене сажи бурой улучшаются качество поверхности латунных слитков и санитарно-гигиенические условия работы плавильщиков.

Имеются данные о положительном опыте использования защитного покрытия расплава латуней в кристаллизаторе следующего состава, % (по массе) : двуокись кремния 40—50, окись бора 30-40, окись натрия 8-10 и дополнительно окись цинка 5-10.

При плавлении специальных латуней в первую очередь загружают наи­ более тугоплавкие компоненты (железо, марганец, никель и др .), если

они вводятся в сплав не в виде лигатур. Цинк, олово, свинец, алюминий загружают перед разливкой сплава. Применяемые отходы или лом вводях в расплав также в конце плавки. Плавление специальных латуней (см. табл. 7) проводят под слоем древесного угля, при добавке в шихту вторичных металлов защитный покров не применяют.

Готовность латуней к литью определяют по показаниям^гереносных или стационарных термопар. У латуней, содержащих более 20tfo Zn, на­ блюдается явление цинковой пульсации (яркие вспышки паров цинка в печи), что приводит к резкому колебанию стрелок приборов.

Латуни отливают также и в водоохлаждаемые изложницы. Применяют следующие составы смазок, %: 1) масло машинное 34, мыло хозяйствен­ ное 33, керосин 33; 2) голланская сажа 70, керосин 30; 3) обезвожен­ ный мазут 1 0 0 .

Металл заливают в изложницы через чугунные воронки с отверстиями (табл. 8 ) .

Т а б л и ц а 8. Технологические параметры литья латуней в водоохлаждаемые изложницы

Получение слитков бронз

Бронзы получают в индукционных плавильных печах (емкость от 500 —1500 кг, мощность 300—1000 кВт) , футерованных шамотным кир­ пичом. Печи имеют вертикальную шахту и раздаточную коробку.

Алюминиевые бронзы без добавок относятся к двойным, а с добавка­ ми железа, никеля, марганца и других элементов, повышающих проч­ ность и технологические свойства сплавов, — к многокомпонентным сплавам системы Си - А1. Влияние алюминия на механические свой­ ства алюминиевых бронз показано на рис. 32.

Шихтовыми материалами при плавке алюминиевых бронз служат медь, алюминий чушковой, отходы и переплавы медноалюминиевых

химический состав бронз по ГОСТу. Наличие стружки в отходах не должно превышать 1 0 %.

Порядок загрузки шихты следующий. В первую очередь загружают алюминий чушковой или лигатуру медь —алюминий, железо или лига­ туру медь — железо - алюминий, марганец или лигатуру медь - мар­ ганец, затем медь, отходы и переплавы медноалюминиевых сплавов. При плавлении алюминиевых бронз на стенках каналов печи могут образоваться настыли (окислы металлов), так как эти бронзы обла­ дают повышенной склонностью к окислению. Плавку ведут под покро­ вом древесного угля и криолита (по­ следний в количестве 1 0 0 г на 2 0 0 кг шихты).

Рис. 32. Зависимость механических свойств алюминиевых бронз от соста­ ва:

1 - 0 п .ц ; 2 - а в ; 3 - 8 ; 4 - ф

Приготовление расплава других марок бронз во многом сходно с при­ готовлением алюминиевых бронз. Технологические особенности плавле­ ния и литья подробно излагаются в стандартах предприятия.

Бронзы, в основном как сплавы горячеломкие, со значительными температурными и концентрационными интервалами затвердевания, от­ ливают в ’’глухие” кристаллизаторы, не имеющие непосредственного вы­ хода воды на слиток. Затвердевание слитка происходит за счет потерь тепла в водоохлаждаемом кристаллизаторе и на воздухе.

Вторичное охлаждение происходит в кольцевом спрейере, расположен­ ном на расстоянии 400—800 мм от нижнего фланца кристаллизатора. Оно не влияет на процесс затвердевания, а лишь понижает температуру полно­ стью затвердевшего слитка.

Как видно из данных табл. 9, слитки бронз отливают с относительно низкими скоростями, которые ограничены из-за возможности прорыва жидким расплавом корочки затвердевшего в кристаллизаторе металла.

В последнее время бронзу марки БрКМцЗ-1 отливают по схеме, пре­ дусматривающей непосредственное охлаждение слитка водой из кристал­ лизатора. Внедрение этой схемы для литья бронз всех марок позволит не только увеличить существующие скорости литья, но и улучшить каче­ ство слитков.

Плоские слитки из бериллиевой бронзы БрБ2 получают на установках бесструйного литья. В качестве шихты используют медь катодную (не ниже марки ;М 0 к ), катоды никелевые (не ниже марки Н 1), лигатуру медь — бериллий, отходы собственного производства. Применение стружки не допускается (последнюю используют после двойного пере-

Т а б л и ц а 9. Технологические параметры литья слитков бронз полунепрерывным методом

плава) '. Плавку ведут в индукционных печах типа ИЛК. Шихту загружа­ ют в следующем порядке: никель, медь, отходы и после расплавления медно-бериллиевую лигатуру. Покров металла в печи графитовый (раз­ мер кусков < 30-50 мм) или из древесного угля. Свежий графит пред­ варительно прокаливают в электрической печи при температуре 700750°С в течение 2 ,0 - 2 ,5 ч.

Установка бесструйного литья, обеспечивающая высокое качество за­ готовок, состоит из подвижной водоохлаждаемой изложницы, выполнен­ ной из трех кессонов,сменного медного водоохлаждаемого кристаллизато ра и медного поддона, ширина и длина которого отвечают размерам заго­ товки. Изложница установлена на подъемно-опускающемся столе. Непод­ вижную стенку кристаллизатора смазывают составом: масло индустри­ альное 15—20%, керосин осветительный —остальное. Жидкий металл по­ дают через распределительную воронку (тигель) с графитовбй трубкой. Уровень жидкого металла в тигле должен составлять не менее 2/3 высо­ ты тигля.

Параметры литья: температура сплава 1160—1190°С, подача металла через графитовую трубку с одним или двумя отверстиями диаметром 9 - 1 2 мм ( в зависимости от сечения слитка), скорость опускания излож­ ницы 1 1 - 1 2 м/ч.

Ряд новых жаропрочных медных сплавов, кроме кадмия и хрома, со­ держат небольшое количество циркония, титана, никеля и других эле­ ментов. Жаропрочные медные сплавы производят в индукционных ти­ гельных, вакуумных, а также в индукционных печах открытого типа.

Бронзу БрКд1 получают в индукционных печах открытого типа. По­ рядок загрузки шихты: отходы собственного производства, затем медь, кадмий с последними листами катодной меди. Покров — древесный уголь. Параметры литья слитков полунепрерывным методом приведены в табл. 9 ,

Получение бронзы, содержащей хром, связано с рядом трудностей, обусловленных специфическими свойствами расплавов системы медь — хром. Хром, склонный к повышенной окисляемости, при высоких тем­ пературах образует окисные плены, ухудшающие качество сплава. Луч­ шие условия для защиты от окисления обеспечивает вакуумная плавка. Получают хромовую бронзу путем сплавления меди с лигатурой медь — хром, содержащей 2 —8% Сг. Плавку в печах открытого типа начинают с расплавления меди под слоем флюса. Нагрев продолжают до 1400°С, медь обрабатывают технологическими добавками: бором, литием в виде соответствующих лигатур. Фосфор не применяют, так как он резко ухуд­ шает электрическую проводимость металла. Меднохромовую лигатуру можно вводить только в хорошо подготовленный расплав. После раство­ рения хрома расплав отстаивают и разливают. Усвоение хрома медью повышается при защите расплава от воздушной среды, отсутствии кис­ лорода и минимальном содержании некоторых примесей в меди (напри­ мер, алюминия), а также при уменьшении размеров кусков хрома.

Проведенные опыты позволяют сделать заключение, что возможно производство хромовой бронзы безлигатурным способом путем сплав­ ления Меди и хрома в индукционных канальных печах при 1350°С. Для этого необходимо измельчать хром до кусков размером < 7 мм и обес­ печивать надежную защиту расплава от окисления. Так как стойкость печей при выплавке хромовой бронзы низкая, то медь рекомендуется плавить отдельно в печах, а хром вводить в миксер, откуда и проводить литье слитков.

Для бронз, содержащих добавки титана, бериллия и никеля, порядок загрузки щихты следующий: никель, медь, отходы и после расплавления бериллий (в виде лигатуры медь - бериллий),перед литьем титан (в виде лигатуры медь —титан). Плавку ведут без покрова. Поверхность метал­ ла в кристаллизаторе защищают смесью состава, %: серебристый графит 25, саж* 75 .Технологические параметры литья слитков жаропрочных медных сплавов приведены в табл. 9 .

Получение слитков медноникелевых сплавов

Для плавки медноникелевых сплавов используют индукционные ка­ нальные печи с кислой футеровкой, которые обычно применяют для плавки латуней и других медных сплавов.

Медноникелевые сплавы склонны к науглероживанию. Поэтому дре­ весный уголь в качестве защитного покрова применяют только при плавлении сплавов, содержащих < 15—20% Ni. Сплавы с большим со­ держанием никеля плавят под слоем флюсов из смесей, содержащих, кроме древесного угля, силикаты и фтористые соли. Медноникелевые сплавы в большей степени, чем другие медные сплавы, склонны к по­ глощению водорода и кислорода.

Для плавки нейзильбера используют печи типа ИЛК с прикреплен­ ными к ним разливочными коробками. В качестве шихты используют катодную медь, никель катодный, электролитический цинк и отходы собственного производства .Перед разливкой сплав обрабатывают тех­ нологическими добавками: марганцем (0 ,1 %) или кремнием и магни­ ем (0,05% каждого). Для сокращения потерь металла в шлаке в конце плавки в состав защитного покрова вводят криолит (50—100 г на 100 кг шихты). Слитки нейзильбера отливают полунепрерывным спо­ собом (табл. 1 0 ).

Плавку мельхиора ведут под слоем прокаленного древесного угля. Шихтовые материалы загружают в печь в следующей последовательно­ сти: никель, отходы и затем медь. Расплав обрабатывают марганцем, кремнием и магнием.

При приготовлении мельхиора МНЖМЦ30-1-1 сначала загружают же­ лезо ( в виде лигатуры медь — железо), далее отходы собственного производства и марганец (или лигатуру медь —марганец), затем катод-

Т а б л и ц а 10. Технологические параметры литья слитков медноникелевых сплавов

ф1 Глухой кристаллизатор.

Кристаллизатор с выходом воды на слиток.