1236

Ниже описана последовательность операции огневого рафини­ рования.

Осмотр-заправка. После слива всей меди подину печи осматри­ вают, и если в ней есть изъяны, заделывают их огнеупорной мас­

Плавление меди — наиболее длительная операция, она продол­ жается до 10 ч. Плавление совмещается в некоторой мере с окис­ лением.

Окисление меди и снятие шлака. Расплавленную медь окис­ ляют воздухом, который подают в ванну на глубину 600—800 мм через стальные трубы. Часто железо не растворялось в жидкой меди, поверхность труб защищают огнеупорной обмазкой. Окисле­ ние ведут 3—4 ч. Кислород воздуха окисляет медь до образования оксида меди (С112О). Последний равномерно растворяется в ванне до концентрации 10—12%, что соответствует предельному содер­ жанию 1,1—1,3 % 0 2.

Растворенный Си20 (кислород) окисляет примеси (Me) по обратимой реакции Me + Cu20 = MeO + 2Cu. Оксиды MeО вместе с избытком Си20 сплавляются и образуют на поверхности ванны шлак. Наиболее полно окисляются и удаляются в шлак примеси, имеющие наибольшее сродство к кислороду: алюминий, цинк, железо, олово. На полноту удаления влияет, кроме сродства, еще и растворимость примеси в меди. Так, железо растворимость которого в меди достигает только 5%, может быть удалено до остаточного содержания 0,001 %. Никель, неограниченно раство­ римый в меди, несмотря на почти равное с железом сродство к кислороду, удаляется только до 0,3 %. Мышьяк при содержании 0,1—0,2 % практически не удаляется и поэтому должен быть вы­ делен ранее. Остаются в меди золото, серебро, селен, теллур и платиноиды.

Дразнение. Раньше эту операцию производили, вводя в рас­ плавленную медь сырое бревно. В настоящее время в ванну по­ дают мазут или природный газ. При разложении природного

мися газами. Это способствует полноте протекания вправо реакции Cu2S -J- 2CU20 = 6Cu -f- S02.

В итоге дразнения (восстановления) получают плотную крас­ ную медь (0,01 % и 0,15—0,2 % 0 2).

Розлив меди. Розлив меди ведут из печи через промежуточный ковщ с весовым дозирующим устройством (не везде) в изложницы карусельной машины. Розлив — длительная операция (4—5 ч). Получаемые в изложницах аноды имеют длину 800—900 мм, ши­

рину 800—900 мм и толщину 35—40 мм. Их масса составляет 250—320 кг. Обычно в анодах содержатся сотые доли процента серы, железа, свинца, мышьяка, сурьмы, от сотых долей до 0,6 % никеля. Большую ценность в анодах представляют селен, золото

исеребро.

§13. Электролитическое рафинирование меди

задача передела, так как их ценность во много раз превосходит затраты на передел.

Устройство электролитных ванн и циркуляция электролита.

Электролиз ведут в ваннах ящичного типа длиной 4 м, шириной почти всегда около 1,0 м, глубиной — около 1,25 м. Ванны монти­ руют из сборного железобетона с кислотоупорной защитной обли­ цовкой из винипласта (асфальта, керамики) изнутри и по бортам. По коротким сторонам (торцам) ванны имеются карманы и сливные коробки. С помощью карманов в ванну подают электро­

быть такой, чтобы заменить раствор, находящийся в ванне, при­ мерно за 3 ч. Электролит, прошедший через ванну, собирают с желоба и насосами закачивают в баки-подогреватели. Оттуда через напорные баки электролит вновь возвращают в ванны.

Установка и подключение электродов. Для осуществления электролиза в ванны завешивают аноды и тонкие медные листы — катоды. Катоды заготавливают в цехе. Они по размеру несколько больше анодов (шире и длиннее). Для установки анода служат его литые ушки. Для подвески катода к ним приваривают два ушка (петли) из тонкой медной ленты, через которые пропускают медный ломик или штангу. Обычно аноды устанавливают на рас­ стоянии 100—105 мм друг от друга, считая от средней плоскости одного анода до средней плоскости соседнего. При толщине ано­ дов 40 мм расстояние между ними равно 100 — 20 — 20 = 60 мм. Катодную основу устанавливают строго между ними, не допуская никаких перекосов. Таким образом, толщина слоя электролита между катодом и анодом равна около 30 мм. Число катодов в ванне на одно больше, чем анодов.

Электрическая цепь состоит из шин, анодов, раствора, катодов, шин и далее анодов следующей ванны, ее электролита и т. д. Все аноды и катоды в каждой ванне соединены параллельно, а ванны —

состав вводят в небольших количествах раздельно или комплексно алюминий, железо, марганец, никель, олово и свинец (многоком­ понентные латуни). Название таких латуней определяется введен­ ной добавкой или комплексом их (алюминиевая, железо-марган­ цовая и т. д.).

Бронзы — сплавы меди с алюминием, железом, никелем и дру­ гими металлами и неметаллами (исключая цинк).

Состав некоторых бронз, обрабатываемых давлением (ГОСТ 18175—78), следующий:

вразличных агрессивных средах.

Впоследнее время в промышленности нашли широкое приме­ нение жаропрочные сплавы меди, отличающиеся высокой электро­ проводностью и жаропрочностью. Эти свойства достигаются за счет легирования меди небольшими добавками циркония, кадмия, ко­ бальта, хрома и титана (до 2,0 %).

Во избежание ухудшения механических, физических и техно­

логических свойств медных сплавов количество примесей в них резко ограничивается. Наиболее часто встречающимися вред­ ными примесями являются висмут, свинец, сурьма, сера, кисло­ род. Так, висмут и свинец резко ухудшают горячую обработку сплавов.

Современная практика производства слитков меди и ее сплавов.

Технологический процесс производства слитков меди и медных сплавов состоит из ряда операций (рис. 37). В зависимости от конкретных условий производства схема процесса получения слит­ ков позволяет определять последовательность операций для меди и каждого сплава на ее основе.

Подготовка и расчет шихты. Для получения слитков меди и медных сплавов используют шихтовые материалы, состоящие из

(стружка), особенно, если стружка поступает из механических цехов: сушке (в зимнее время всех шихтовых материалов, в лет­ нее — только стружки).

Современное производство слитков меди и медных сплавовсвязано с необходимостью обработки расплава малыми техноло­ гическими добавками для раскисления, дегазации, десульфуриза­ ции и модифицирования расплава.

В общем виде процесс раскисления может быть представлен уравнением МеО + М е'-+М е'0 + Me, где MeО — оксид металла;

меди, можно разделить на две категории: пассивные и активные. К первой категории относится углерод, который образует с кис­ лородом газообразный оксид, удаляющийся из расплава. Обычно раскисление меди углеродом осуществляется за счет применения защитных флюсов и атмосферы, графитовой оснастки. Раскисле­ ние кислородсодержащей меди протекает путем непосредственного ее контакта с углеродом. Таким образом, углерод, обладая неко­ торыми преимуществами перед металлическими добавками (не­ растворимостью в меди и образованием газообразного продукта реакции восстановления), все же уступает металлическим раскислителям.

одновременно раскисляют ее во всем объеме. В этом отношении эффективность металлических раскислителей намного выше газо­ образных. При использовании металлических добавок не нужны длительные выдержки металла (как в случае применения угле­ рода), колебания содержания кислорода в шихте не сказываются на его содержании в слитках. Кроме того, некоторые элементы, обладая большим сродством к кислороду, являются активными десульфуризаторами: связывают легкоплавкие вредные примеси в тугоплавкие, менее вредные соединения, а также модифицируют расплав.

Модифицирование — способ улучшения механических свойств металла за счет введения в расплав малых количеств присадок, практически не изменяющих химический состав расплава, но из­ меняющих структуру меди и ее сплавов. В качестве таких приса­ док при производстве меди и медных сплавов широко применяют фосфор (в виде 8—12%-ной лигатуры Си—Р), кремний, магний,

кальций, литий и бор.

Одной из актуальных проблем при производстве меди и ее многотоннажных сплавов на крупных плавильных агрегатах с большой открытой поверхностью зеркала ванны является сни­

меньше плотности металла. При плавлении флюс должен быть химически нейтральным по отношению к жидкому металлу, футе­ ровке печи и материалу емкостей. Наконец, очень важное требо­

применяют древесный березовый уголь. Угли хвойных пород со­ держат повышенное количество золистых веществ и поэтому непригодны при производстве слитков меди.

Древесный уголь — хороший теплоизолятор, имеющий коэффи­ циент теплопроводности 0,54 Вт/(м2-К). Перед употреблением дре­ весный уголь прокаливают в коробках при 900 °С в течение 2,5—3 ч в специально оборудованных газогенераторах с вытяжной вентиляцией. После прокаливания отверстие в коробах перекры­ вают, чтобы исключить возможность контакта поверхности дре­ весного угля с атмосферой воздуха. Особое внимание уделяют хранению древесного угля (желательно хранить его до использо­ вания подогретым выше температуры окружающей среды). Опти­ мальный размер кусков 10—30 мм. Особенно тщательно уголь должен быть высушен и прокален при использовании его в про­

активных металлов насыщение жидкого расплава газами из угля протекает очень интенсивно).

При плавлении медных сплавов применяют флюсы различного состава, содержащие силикатную глыбу, техническую буру, кри­ олит, хлористый натрий, кальцинированную соду, плавиковый шпат, кремнефтористый натрий и другие элементы.

Одним из ответственных этапов в технологическом процессе является расчет шихты. Для получения сплавов с определенным химическим составом перед плавкой производят точный расчет количеств загруженных материалов. При расчете шихты учиты­ вают наличие в цехе имеющихся материалов, химический состав исходной шихты и приготовляемого рабочего сплава, угар и другие безвозвратные потери отдельных компонентов сплава.

Рабочий сплав должен иметь не только нужный химический состав, но и быть дешевым, т. е. иметь низкую себестоимость Реко­ мендуется больше применять в шихте отходов производства, бра­ кованных деталей (от 30 до 70%) и вторичных сплавов (до 100%), естественно, без малейшего ущерба для качества рас­ плава.

Расчет шихты ведут обычно на 100 кг (100 %) готового сплава. Затем количество шихтовых материалов увеличивают в зависи­ мости от массы садки металла в печи, т. е. ее емкости. Ведут расчет либо по среднему содержанию компонентов в сплаве, регламентированному ГОСТом для данного сплава, либо по опти­ мальному химическому составу (также в пределах ГОСТа или ТУ) на такое содержание компонентов, при котором сплав получит наилучшие механические, литейные и эксплуатационные свойства.

Оптимальный состав может отличаться от среднего в меньшую или большую сторону.

Расчетное содержание того или иного элементу в шихте опре­

марки Л90 состава: 89,ф% Си, 11,0% Zn. Принимаем потери меди при плавлении в трехфазной индукционной канальной печи 0,3%, цинка 0,8 %.

Потребное количество каждого металла на 100 кг сплава рас­

Определяем количество первичных металлов для приготовления 1500 кг сплава с учетом потерь:

89,26 15= 1339 кг

11,09 15= 166 кг

Всего: 100,35 15= 1505 кг.

Количество цинка, необходимое для подшихтовки 100 кг меди при приготовлении сплава марки Л90, находят по формуле

меди на заданный сплав, кг; Мц — содержание цинка в сплаве, %;

Если количеством шихты не задаются, а определяют по массе

Л90 необходимо 12,4 кг цинка умножить на 13,32, что даст 165 кг Цинка.

Необходимое количество шихты составит 1497 кг (1332 кг меди

и 165 кг цинка).

Литье слитков меди и ее сплавов. Слитки меди технической чистоты используют для изготовления листов, труб, прутков, про­ филей и проволоки.

Расплав для получения слитков приготовляют в индукционных канальных печах различной емкости, которые работают в компо­ новке с миксером или без него. В последнем случае литье осущест­ вляется непосредственно в кристаллизатор машины полунепрерыв­ ного литья или в водоохлаждаемую изложницу.

В качестве шихты используют катодную медь и кусковые от­ ходы меди собственного производства. После загрузки очередной порции шихты поверхность расплава засыпают прокаленным дре­ весным углем в таком количестве, чтобы он покрыл жидкую ванну слоем 150—200 мм.

Особенностью технологического процесса производства слитков меди технической чистоты является обработка расплава техноло­ гическими добавками: фосфором, кремнием, магнием. Наибольшее распространение при плавке меди марок М1р, М2р, МЗр имеет присадка фосфора, благоприятно сказывающегося на механиче­ ских свойствах меди. Количество вводимой фосфористой меди зависит от марки выплавляемой меди и колеблется в пределах

туней заключается в высокой летучести цинка, имеющего низкую температуру кипения (907°С). Приготовление латуней ведут в индукционных канальных печах, подовые камни которых футе­ рованы кварцем или высокоглиноземистой смесью.

При плавке двойных и свинцовистых латуней в качестве за­

корректировки состава цинк вводят в миксер. Медь перед введе­ нием цинка не раскисляют, так как цинк является хорошим раскислителем, а его оксиды не растворяются в расплаве и легко всплывают. Плавку кремнистых латуней ведут в окислительной атмосфере под слоем флюса (30 % Na2C03; 40 % CaF2; 30 % Si02).

Плавку и литье латуни ведут по той же технологической схеме, что и меди, и на том же оборудовании.

Шихтовыми материалами при плавке алюминиевых бронз слу­ жат медь, чушковый алюминий, отходы и переплавы медно-алю­ миниевых сплавов, лигатуры (Си—Al, Fe—Си—А1, Си—Мп, Си— Fe—Мп), гарантирующие химический состав бронз по ГОСТу. Наличие стружки в отходах не должно превышать 10 %.

Порядок загрузки шихты следующий: в первую очередь загру­ жают чушковый алюминий или лигатуру Си—А1, железо и л и ли­ гатуру Си—Fe—А1, марганец, затем медь, отходы и переплавы медно-алюминиевых сплавов.

При плавке алюминиевых бронз на стенках каналов печи мо­ гут образоваться настыли (оксиды металлов), так как эти бронзы обладают повышенной склонностью к окислению. Плавку ведут под покровом древесного угля и криолита (последний в количестве 100 г на 200 кг шихты).