Производство слитков меди и медных сплавов

ную медь. Поверхность металла покрывают флюсом: древесный уголь 30-40%, битое оконное стекло 45—60%, криолит 10-15%. Жидкий расплав обрабатывают кремнием и магнием. Показателем степени обра­ ботки расплава может служить остаточное содержание углерода в спла­ ве. Зависимость брака по газо­ вой пористости слитков от со­ держания в нем углерода показа­ на на рис. 3 3 .

Рис. 33. Зависимость брака по газо­ вой пористости п слитков МНЖМцЗО- 1-1 от остаточного содержания угле-

Р°даСОст

Куниали плавят под слоем древесного угля с добавкой криолита. Особое внимание уделяют подбору и чистоте исходных шихтовых мате­ риалов. Перед введением алюминия расплав должен быть хорошо обра­ ботан технологическими добавками (преимущественно марганцем).

Сплав ТП выплавляют в печи типа ИЛК. Порядок загрузки шихты: никель катодный, затем медь. Покров в печи —стекло.

Сплавы отливают полунепрерывным способом. Технологические пара­ метры литья приведены в табл. 1 0 .

5.СБОР И ПЕРЕРАБОТКА ШЛАКОВ

Впроцессе расплавления и подогрева жидкого сплава происходят окисление металлов и образование шлака.

Если принять переплавляемую шихту литейного цеха за 1 0 0 %, то количество получающихся в цехе шлаков составляет 1 ,5%, а содержание металлов в шлаках равно 92%. Шлаки необходимо подвергать перера­ ботке с целью максимального извлечения металла. Снятый с поверхно­ сти расплавленного металла шлак после остывания просеивают через решетку с отверстиями диаметром 25-30 мм непосредственно у печей. Куски металла с решетки подают в печь, а просеянную фракцию под­ вергают переработке (рис. 34).

В зависимости от применяемого оборудования используют и несколь­ ко другие схемы. При переработке латунных шлаков масса корольковой части составляет 30—40% от массы разрабатываемого шлака. Корольки содержат 90—93% металла, в том числе около 60% Си и 30% Zn. Король­ ки подвергают переплавке в печах ИЛК и используют при изготовлении латуней Л63, ЛС59-1 и др. Процесс плавления такой шихты крайне мало­ производителен. Извлечение металла относительно массы шихты при ин­ дукционной плавке 5 0 —56%.

При плавке меди и латуни в канальных печах образуется значительное количество отходов в виде печных выломок; рациональная переработка и использование их являются также важным резервом снижения notepb металла.

Разделка печных выломок, получающихся при демонтаже печей и миксеров,с целью отделения футеровки от металла проводится, как пра­ вило, вручную с помощью пневматических отбойных молотов. Этот спо­ соб очень трудоемкий и требует затрат тяжелого физического труда.

Рис. 34. Схема переработки просеянной фракции

В последнее время внедрен молот типа ПН1700М, основанный на исполь­ зовании электрогидравлического эффекта. Краткая техническая харак­ теристика молота ПН1700М следующая:

Крепление молота проводят на экскаваторе ’’Беларусь” . После раз­ делки выломок и снятия нагрузки на инструмент молот автоматически отключается.

6. ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК НА УСТАНОВКАХ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ

Вкачестве шихты при производстве заготовок из меди марок МОк, М1 к и латуни Л96 применяют катодную медь, первичный цинк и отходы

собственного производства. Подготовку расплава осуществляют в элек­ трических канальных печах; по достижении температуры металла в печи 1250°С расплав переливают в предварительно прогретый металлоприемник. Перед началом литья в кристаллизатор вводят затравку. Защитным покровом в печи и металлоприемнике служит прокаленный древесный уголь. По Достижении оптимальной температуры литья (табл. 11) вклю чают устройства автоматического вытягивания и вторичного охлаждения.

Чтобы достичь стабильности процесса и повысить скорости литья, це­ лесообразно контактное вторичное охлаждение заменять струйным и

тельного литья. Указанные термины отражают по существу один и тот же с металлургической точки зрения процесс, осуществляемый на машинах различных конструкций.

Методы непрерывного литья условно можно разделить на две группы. К первой группе относятся способы литья, при которых затвердеваю­ щая заготовка движется относительно кристаллизатора. Ко второй - способы литья, при которых заготовка неподвижна относительно движу­ щихся стенок кристаллизатора. Такое разделение методов дает более точное представление о металлургических процессах, происходящих при

непрерывном литье.

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл постоянно посту­ пает в кристаллизатор, где и затвердевает, а слитки непрерывно удаляют­ ся из кристаллизатора. Указанные три операции осуществляются одно­ временно и находятся в строгом взаимодействии.

Затвердевание металла начинается от стенок кристаллизатора немно­ го ниже зеркала жидкого металла. По мере опускания слитка образовав-., шаяся твердая корка утолщается и достигает центральной оси слитка. Таким образом, в верхней части слитка, находящейся в кристаллизаторе, постоянно сохраняется жидкий металл. Объем, занимаемый им, назы­ вается лункой. В общем случае лунка имеет форму конуса, и при устано­ вившемся процессе литья она сохраняет свою форму и не меняет поло­ жения в пространстве. Глубина и форма лунки оказывают существенное влияние на качество слитков.

Закон постоянства формы лунки выражается отношением

W = *л ° ° s а >

где v3 нул —скорости затвердевания и литья соответственно;

а— угол между направлением затвердевания и движением слитка.

Так же как и форма лунки, важнейшим показателем является ее глу­ бина. Глубина лунки h зависит от скорости литья и для слитков оди­ накового диаметра может быть выражена уравнением

А = к»я ,

здесь к —коэффициент пропорциональности.

При малых скоростях эта зависимость не сохраняется. С увеличением скорости литья увеличивается теплосодержание слитка, поэтому глубина лунки с полным основанием может служить критерием технологии веде­ ния процесса непрерывного литья. Для получения качественных слитков глубина лунки не должна быть слишком большой, иначе условия пита­ ния слитка, удаление неметаллических включений и газов затрудняются. Глубина лунки прямо пропорциональна уровню металла в кристаллиза­ торе (рис. 35).

Профиль лунки у слипса меди М2 при литье в медный кристаллиза­ тор приведен на рис. 36. Режимы литья при этом следующие: глубина лунки 270 мм, уровень металла относительно верхнего среза кристалли­ затора 2 0 мм, скорость литья 1 0 м/ч, давление охлаждающей воды 1 ати,

температура расплава в миксере 1180°С, диаметр слитка 180 мм. Вслед­ ствие высокой теплопроводности меди лунка имеет небольшую глубину (незначительно выходит из кристаллизатора). Для нормальных теплоот­ вода, питания затвердевающего металла, для получения хорошего каче­ ства поверхности слитков и стабильности процесса такую форму лунки следует считать идеальной.

Несколько другие форма и глубина лунки наблюдаются при литье прямоугольных слитков меди. Глубина лунки увеличивается по мере повышения скорости литья и несколько уменьшается в зависимости от расхода воды (рис. 37) .

Глубина лунки увеличивается и с возрастанием высоты кристаллиза­ тора. ЭтоПоложение справедливо не только для слитков меди, но и для слитков ее сплавов, в частности бронз (рис. 38) .Установлено,что лунка выходит за пределы малого кристаллизатора при скорости 6—7 м/ч и за пределы высокого кристаллизатора при скорости литья 8—10 м/ч. Сопо­ ставляя два фактора: усугубление резкости охлаждения при повышен­ ных скоростях и одновременное увеличение глубины лунки на медных слитках, можно предположить, что при выходе лунки за пределы крис­ таллизатора в слитке возрастают термические напряжения. Это приводит к образованию внутренних трещин, что и наблюдается в практике литья. Внутренние трещины располагаются обычно в двух местах перпендику­

лярно широким граням (рис. 39). Образование трещин связано с вол­ нистым характером лунки и выходом последней из области кристалли­ затора. Предотвратить возникновение трещин можно, изменив режим охлаждения слитка под кристаллизатором.

Как показала практика, создание кристаллизаторов с вторичной сис­ темой охлаждения при одновременном смягчении режима охлаждения слитка под кристаллизатором позволяет одновременно ликвидировать возможность образования трещин и увеличивать скорость литья.

Повышение скоростей литья, а следовательно, и производительности сводится к увеличению объема затвердевшего металла в единицу време­ ни. Это может быть достигнуто двумя путями —интенсификацией за­ твердевания и увеличением площади фронта затвердевания, т.е.

f = vK s фр,

;1

которой ведет к появлению центральных трещин. Увеличить площадь фронта затвердевания можно за счет повышения высоты кристаллиза­ тора, совершенствования технологической оснастки и снижения интен­ сивности вторичного охлаждения при кристаллизации, т.е. скорости литья могут быть повышены в 2—3 раза по сравнению с существующими.

8. ДЕФЕКТЫ СЛИТКОВ

Основной задачей при производстве слитков меди и медных сплавов является получение качественного слитка при максимальном выходе годного и минимальных затратах на производство. Под качественным понимается свободный от литейных и неметаллических дефектов слиток, имеющий требуемый химический состав и обеспечивающий необходи­ мый уровень свойств полуфабрикатов. Качество слитков зависит от многих факторов, что объясняется сложностью литейных процессов. Кроме того, влияние этих факторов часто совместное. Поэтому различ­ ные дефекты слитков нередко являются следствием влияния одной и

той же причины.

В зависимости от характера и причин дефекты, возникающие в слит­

1 ) несоответствие по химическому составу; 2 ) несоответствие разме­ ров; 3) поверхностные дефекты; 4) внутренние дефекты.

Несоответствие по химическому составу

Несоответствие по химическому составу - это повышенное или пони­ женное по сравнению с требованиями ГОСТа содержание основных ком­ понентов или повышенное содержание примесей. Брак по химическому составу может быть вызван ошибками в расчете шихты, нарушением технологического процесса плавления (неправильными порядком за­ грузки шихты, отбором пробы и т д .), смешиванием шихтовых материа­ лов и другими факторами. Для предотвращения дефектов этого вида не­ обходимо, чтобы в производство поступали только однородные и прове­ ренные анализом шихтовые материалы, необходимо также не допускать ошибок при составлении и расчете шихты и строго выполнять технологи­ ческие операции, регламентируемые заводскими стандартами. Несоответ­ ствие по химическому составу является неисправимым дефектом; слит­ ки с дефектом этого вида подвергают повторному плавлению.

Несоответствие размеров

Несоответствия геометрических размеров слитков, наблюдающиеся при полунепрерывном и непрерывном литье, требованиям технических

условий обусловливаются износом или усадкой рабочих стенок крис­ таллизатора. При полунепрерывном литье плоских слитков меди и лату­ ней часто наблюдается вогнутость по широкой грани. Это явление уса­ дочного происхождения (стрела прогиба слитка по широкой грани от­ клоняется на 3—4 мм в сторону), вызывающее излишние потери метал­ ла при механической обработке слитков. Причина образования вогну­ тости —неравномерное охлаждение боковых и широких граней слитка. Предотвратить возникновение этого дефекта можно, перераспределяя охлаждающую воду.

В ряде случаев при полунепрерывном литье наблюдается кривизна слитков, причиной которой являются смещение или перекос кристалли­ затора, а также блокировка части отверстий для выхода воды из крис­ таллизатора. Как указывалось, для предотвращения последней причины требуется очистка воды на централизованных очистных сооружениях. Если таковых нет, рекомендуется применять стружечные фильтры.

Поверхностные дефекты

К поверхностным дефектам относятся трещины, неслитины (кольцеватость), складки (гофры), шлаковые включения и окислы, проры­ вы, надиры, неровности на поверхности слитков, усадочные раковины, пористая донная кромка.

При полунепрерывном и непрерывном литье слитков меди и ее сплавов часто втречаются трещины в поперечном и продольном направ­ лениях слитка, различные по форме, характеру и глубине залегания. Главными причинами этого вида дефектов являются неравномерность охлаждения слитков по периметру, перекос кристаллизатора, отсутст­ вие или недостаток смазки в кристаллизаторе, зарастание стенок крис­ таллизатора окислами, некачественная шихта.

Как показала практика производства, при литье слитков меди из некачественных (хрупких, со слоистым строением) медных катодов наблюдается значительное трещинообразование. Замечено, что при со­ держании серы в слитках > 0,0015% изменение содержания кислорода от 0,0002 до 0,0008% приводит к резкому увеличению трещин. Брак по трещинам на слитках бескислородной меди отсутствует при < 0,0012% S. Количество трещин также зависит от макроструктуры ли­ той заготовки: наиболее неблагоприятной является структура со сты­ ковкой кристаллов по плоскости, параллельной двум боковым гра­ ням слитков.

Во избежание возникновения трещин необходимо устранять причины механического и термического торможения усадки металла, добиваться равномерного охлаждения отливки, следить за качеством шихтовых ма­ териалов.

Кольцевые неслитины, образующиеся на поверхности слитков, возни­ кают в результате перерывов при подаче расплава в кристаллизатор, из-за перекрытия стопора, колебания уровня жидкого металла в крис­ таллизаторе, низкой температуры металла.

Складки (гофры) на поверхности слитков получаются из-за низко­ го уровня жидкого металла в кристаллизаторе и нарушения темпера­ турного режима литья.

Шлаковые включения и окислы образуются при нарушении режима приготовления расплава, попадании шлака в кристаллизатор, недоста­ точной защите жидкого металла в процессе литья.

Прорывы жидкого металла возможны при перекосе кристаллизато­ ра, перегреве металла, превышении скорости литья, недостаточном ох­ лаждении или за счет деформации рабочей поверхности кристал­

лизатора.

Надиры (мелкие трещины) возникают при перекосе кристаллизатора в горизонтальном направлении, некачественной смазке рабочих стенок кристаллизатора.

Неровности на поверхности слитков образуются при плохом поступ­ лении смазки, недостаточном количестве воды при охлаждении.

Появление пористой донной кромки обусловлено образованием на донной кромке корольков затвердевшего металла как в первоначальный период полунепрерывного литья, так и при наполнительном литье. Приме­ нение расплавленной буры для покрытия жидкого металла в кристаллиза­ торе предотвращает возникновение этого дефекта.

Усадочные раковины образуются в результате изменения объема металла при затвердевании и располагаются в верхней литниковой части слитка, которую отрезают.

Как правило, поверхностные дефекты не приводят к окончательному браку. Они могут быть устранены при механической обработке слитков.

Внутренние дефекты

Квнутренним дефектам относятся газовые раковины и поры, осевая

иподкорковая пористость, внутренние трещины, неметаллические

включения, ликвация, межкристаллические несплошности.

Газовые раковины и пористость - наиболее частый вид дефектов ли­ тья. Причинами этих дефектов являются недостаточная обработка рас­ плава технологическими добавками, использование в шихту некачест­ венных катодов, применение плохо подготовленного флюса, низкая или °^ень высокая температура литья.

Газовые поры, возникающие из-за насыщения расплава газами, в отличие от усадочных раковин имеют малые размеры, округлую форму и рав­ номерно распределяются по всему объему слитка. Пористость по характе­ ру расположения делится на осевую (около оси слитка) и подкорковую (округлые газовые пустоты у поверхности слитков, обнаруживающиеся после механической обработки). Причины образования пористости —пе­ регрев расплава, повышенная скорость литья, некачественная обработка

Расплава технологическими добавками.

Внутренние радиальные и центральные трещины представляют собой несплошности по границам кристаллитов. Основной причиной появления трещин при полунепрерывном литье является увеличение скорости литья. Превышение скорости литья по сравнению с установленными пределами недопустимо.

К неметаллическим включениям, оказывающим существенное влия­ ние на качество литого металла, относятся частицы шлака, окислов, флю­ сов и другие загрязнения, попадающие в металл с шихтой и с футеровки печей. Некачественные шихтовые материалы и многократный переплав, увеличивающий общее содержание окислов в медных сплавах, —основ­ ные причины появления неметаллических включений.

При нарушении технологического процесса плавки и литья (темпера­ туры и скорости литья) наблюдается сильная ликвация (неоднородность химического состава в разных частях слитка), которая зависит от темпе­ ратуры начала и конца затвердевания расплава.

Межкристаллические несплошности, являющиеся усадочными пусто­ тами (слоевая пористость), возникают вследствие недостаточного пита­ ния при затвердевании слитков. По внешнему виду они ^напоминают трещины. Решающую роль в образовании этого вида дефектов играет температура перегрева расплава.

Все указанные виды дефектов приводят к окончательному (неиспра­ вимому) браку Слитков.

Г л а в а IV

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СЛИТКОВ

Получаемые слитки, помимо высокого качества, должны иметь ровную и чистую, свободную от литейных дефектов поверхность, так как качество полуфабрикатов определяется не только качеством литого металла, но и состоянием поверхности заготовок. Поэтому годные слитки подвергают механической обработке непосредственно в литейных цехах.

У круглых слитков отрезают литниковую и донную части. Слитки разрезают на мерные заготовки, поверхность их, как правило, не обраба­ тывают. Обнаруженные единичные дефекты, не соответствующие завод­ ским стандартам, устраняют маятниковыми шарошками, причем допус­ кается только пологое снятие слоев металла, не допускается резких уг­ лов и переходов, иначе дефекты могут появиться на поверхности полу­ фабрикатов.

У прямоугольных слитков отрезают литниковую и донную части. Слитки разрезают на мерные заготовки. Поверхность прямоугольных слитков фрезеруют на станках с жестко ус!ановленными (агрегат ГФ-503) и плавающими (станки типа ’’Бауэр”) фрезами. Масса стружки, снимаемая на агрегате ГФ-503, намного больше массы стружки, снимае­ мой на станке с плавающей фрезой.

Материальный баланс при фрезеровании прямоугольных слитков лату­ ни марки Л-63 и меди (в скобках) на агрегате ГФ-503 (в числителе) и на станке типа ’’Бауэр” (в знаменателе) следующий: