Производство слитков меди и медных сплавов
..pdfПолезный расход тепла |
|
|
На нагрев шихты |
443780 |
36,1 |
На расплавление. |
174196 |
14,4 |
На перегрев расплава. |
97400 |
8,7 |
В с е г о |
715376 |
59,2 |
Потери тепла |
|
|
Через каркас печи. |
58800 |
4,95 |
Через окно: |
|
|
открытое загрузочное |
12000 |
0,99 |
открытое для съема шлаков |
18 |
0,0015 |
закрытое для съема шлаков |
130 |
0,0107 |
для слива металла. |
90 |
0,0075 |
Через корпус индукционных единиц |
45800 |
33 |
С воздухом из зоны охлаждения печ |
|
|
ного трансформатора. |
110000 |
9,085 |
С охлаждающей индукторы водой. |
78 |
0,0065 |
С воздухом, поступающим для охлаж |
|
|
дения индукционных единиц . |
256000 |
21,039 |
На испарение: |
|
|
окиси цинка |
2490 |
0,205 |
влаги шихты . |
2360 |
0,1948 |
со шлаком |
6159 |
0,51 |
В с е г о |
493925 |
40,8 |
И т о г о . |
1209301 |
100,0 |
*1Расход воды на четыре индукционные единицы 3,2 л/ч, воздуха 15000м3/ч; начальная и конечная температуры воды и воздуха 15 и 35, 25 и 70°С соответст венно.
Материальный баланс печи ИЛК-6 за одну плавку выглядит так:
До плавки |
Масса, кг |
Состав шихты: |
|
катодная медь (с кис |
2910,0 |
лородом и влагой) |
|
чушковой цинк |
1745,2 |
(с влагой) |
После плавки |
Масса, кг |
Слиток. . |
4600,000 |
Металл в шлаке |
30,200 |
Влага, улетучивающаяся |
4,655 |
из шихты |
|
Кислород в катодной меди |
0,320 |
Угар цинка на восстановление |
|
меди из Си20 и образование |
17,510 |
ZnO. |
|
Неучтенные потери |
2,515 |
И т о г о . |
4655,2 |
И т о г о . |
4655,200 |
Технологические параметры цикла плавки и разливки следующие:
|
Продолжи |
Разливка |
Продолжи |
Плавка |
тельность, |
тельность } |
|
|
мин |
|
мин |
Плавление и перегрев. |
53 |
Литье. |
35 |
Перелив в миксер. |
8 |
Возврат печи в исходное |
|
положение после пере |
2 |
лива |
|
Простои печи по различным |
|
организационно-техничес |
10 |
ким причинам |
|
И т о г о . |
73 |
Продолжение
Удаление слитка и подготовка к литыо следующей плавки . . 21
И т о г о . |
56 |
Приведенные данные позволяют выработать в каждом конкретном случае организационные и технические мероприятия, направленные на улучшение коэффициента полезного действия установки и повышение выхода годного.
6. ОГНЕУПОРЫ И ФУТЕРОВКА ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ
Требования к огнеупорным материалам
Рабочее пространство плавильных печей и миксеров, переливные же* лоба, летки, разливочные устройства футеруют различными огнеупорны ми материалами.
Огнеупорные материалы должны быть химически инертными по отно шению к расплавам меди и медных сплавов, обладать высокой огнеупор ностью, механической прочностью и способностью противостоять колеба ниям температуры. Важнейшим условием удовлетворительной службы огнеупорных материалов является отсутствие усадок или роста как в процессе подготовки, так и при дальнейшей эксплуатации. К огнеупор ной футеровке, применяемой для вакуумных печей, предъявляются еще более жесткие требования: она не должна испаряться в вакууме при ра бочих температурах и образовывать с расплавом летучие соединения.
При производстве слитков меди и медных сплавов в качестве огне упорных материалов наибольшее распространение получили графит, кварцит, высокоглиноземистые огнеупоры.
Углерод обладает наиболее высокой температурой плавления по срав нению с огнеупорными материалами и является основой графитовых из делий.
Графит применяют для изготовления тиглей при плавке меди в индук ционных печах. Он имеет преимущества по сравнению с неэлектропровод ными тиглями на основе окислов: во-первых, увеличивается мощность печи за счет поглощения графитом электромагнитной энергии индуктора и, во-вторых, происходит восстановление металла за счет материала тигля.
Тигли изготавливают из графита марок ЭГО, ЭГ1, ГМЗ. Зазор между' индуктором и тиглем заполняют электрокорундом. Для плавки меди и медных сплавов в вакууме применяют малозольный тигельный графит марки ГМЗ-МТ, более плотный,, обладающий повышенной прочностью при сжатии и изгибе. Из графита также делают вставки для кристаллиза торов, втулки, детали стопорной и разливочной систем. Графитовые из*
делил обладают наибольшим постоянством объема при колебаниях тем пературы по сравнению с другими огнеупорами.
Вкачестве основы для приготовления набивных масс подового камня
ииндукционных единиц канальных печей в большинстве случаев приме няют кварцит. Характеристика применяемых кварцитов следующая:
Состав, свойства |
|
Месторождение |
|
|
|
Овручское |
Антоновское |
Первоуральское |
Тарасовское |
Состав, %: |
97,5-98,2 |
99,21 |
98,18-99,10 96,4-99,0 |
|
Si02 |
||||
А120 3 |
0,46-1,71 |
0,24 |
0,15-0,70 |
< 0,85 |
Fe20 3 |
0,10-0,57 |
0,11 |
0,14-0,42 |
0,12-0,59 |
СаО. |
0,06-0,50 |
0,10 |
0,08-0,50 |
0,19-0,76 |
MgO |
0,09-0,21 |
0,05 |
< 0,10 |
< 0,25 |
т ю 2 |
0,09-0,10 |
- |
0,10 |
- |
^ 2 ° 3 ................ |
0,18-0,30 |
0,13 |
0,15 |
- |
Прочие примеси . . 0,40—0,52 |
0,19 |
0,07-0,27 |
0,55—1,20 |
|
Огнеупорность, °С |
1770 |
1750-1770 |
1770 |
1760 |
Плотность, г/см3 |
2,65-2,66 |
2,64 |
2,65-2,66 |
2,42-2,52 |
Пористость, % |
0-1,1 |
2-3 |
0,15-0,30 |
2,4-13,5 |
Микроструктура. |
Кристалличес |
Цементная, |
Кристалличес |
Цементная, |
|
кая, очень |
средней |
кая, очень |
пористая |
|
плотная |
плотности |
плотная |
|
Основным преимуществом при использовании кварцитовой массы является увеличение объема в результате превращений, присущих квар циту. Это приращение объема компенсирует усадку при температурах спекания и эксплуатации.
Кварцит, поставляемый в виде отдельных кусков, измельчают в щековых дробилках, сортируют, затем размалывают в шаровых мельни цах и просеивают через сито с отверстиями 2,5 мм. Для образования легкоплавкой фазы, чтобы спекались отдельные зерна, добавляют бор ную кислоту НэВОэ или буру Na2B40 7 в количестве 1—2,5% (рис. 24). Рекомендуемый зерновой состав массы следующий:
Размер зерна, мм |
2,5-2,0 |
2,0-1,5 |
1,5-1,0 |
1,0-0,5 |
<0,5 |
Количество зе |
|
|
|
|
|
рен, % |
5-10 |
10-15 |
15-20 |
50-60 |
10 |
Применяют также кварцитовую массу с добавкой электрокорунда состава, %: кварцит 86, электрокорунд 11, бура 2, бой стекла 1.
Зерновой состав массы:
Размер зерна,мм. |
3 -2 |
2-1 |
1-0,5 |
0,5-0,09 |
<0,09 |
Количество зе |
|
|
|
|
|
р е н ^ |
4 -6 |
20-23 |
5 -7 |
10-12 |
Остальное |
Для уменьшения усадки |
кварцита |
рекомендуется: вводить гекса |
|
метафосфат натрия в количестве 5%. |
|
|
|
Зерновой состав массы должен быть следующий: |
|
||
Размер зерна, мм. . . . |
2-0,4 |
0,4-0,1 |
< 0,1 |
Количество зерен, % |
40 |
12 |
48 |
Для набивки индукционных единиц печи ИЛК-16 применяют увлаж* ненную массу марки МЭ-66, основой которой являются высокоглинозе мистые огнеупорные материалы: высокоглиноземистый шамот 66%
Рис. 24. Зависимость количества бор ной кислоты или буры от рабочей температуры футеровки
(размер зерна 5—0,5 мм ), тонкоизмельченная смесь 34% [корунд-20; глина 41-7 (ГОСТ 3226 - 65) ; глина К1-7]
Зерновой состав массы, содержащей 6070%А1гО3 (влажность 4±0,2) :
Размер зерна, мм . . |
5—3 |
3—2 |
2-0,5 |
0,5—0,088 |
<0,088 |
Количество зерен,% |
10 |
15—30 |
15-30 |
7-13 |
32-38 |
Для увеличения прочности массы вводят 6—6,5% ортофосфорной кис лоты (плотность 1,35—1,4 г/см3) . Указанная масса сочетает в себе высо кую огнеупорность с хорошими термической и, химической стойкостью, повышенной плотностью и механической прочностью.
Футеровка индукционных канальных печей
Печи емкостью до 1,5 т для замены футеровки демонтируются пол ностью с формой. Их монтаж осуществляется в мастерской.
Печи с отъемными индукционными единицами перефутеровывают непосредственно на месте, за исключением индукционных единиц, на бивка которых осуществляется в специально отведенном помещении. Набивка индукционной единицы (подового камня) — наиболее слож ная и ответственная операция при монтаже печей. Для плавки меди и медных сплавов применяют сухую кварцевую массу с добавкой бор ной кислоты.
Последовательность набивки подового камня следующая. Предва рительно внутреннюю поверхность кожуха подового камня выклады вают листовым асбестом толщиной > 4 мм. Огнеупорную массу засы пают слоями толщиной 80—100 мм и тщательно трамбуют. Поверхность огнеупорной массы перед засыпкой каждого слоя должна быть шеро ховатой. После того как подовый камень набит выше нижнего уровня шаблона на 10—15 мм, в месте установки шаблона скребком снимают слой массы на необходимую глубину. Шаблоны для образования кана лов отливают из меди в водоохлаждаемые изложницы, которые перед установкой тщательно обрабатывают.
Когда проверена правильность установки необходимого количества шаблонов, монтируют асбоцементные цилиндры и продолжают набйвку подового камня. Следует подчеркнуть, что процесс подготовки подово го камня —очень важная операция, от выполнения которой практичес ки зависит срок эксплуатации печи. Готовый подовый камень помещают
44
в ферму и крепят к нему кожух печи. На подовый камень устанавливают рамку из пластин меди, засыпают огнеупорную массу и равномерно уплотняют до уровня верхнего среза шаблонов. Внутреннюю поверх ность кожуха шахты печи облицовывают листовым асбестом. Шахту пе чи и верхний ее пояс выкладывают шамотным кирпичом. Рабочее про странство шахты делают овальной формы. Печь накрывают крышкой и проводят монтаж магнитопровода, индукторов, вентиляторов с элек тродвигателями и тд . По окончании монтажа проверяют работу меха низмов подъема печи, подачи и слива охлаждающей воды, определяют исправность электрической цепи ее кратковременным (~ 1 мин) вклю чением.
Размораживают печи по строго установленному режиму, обеспечи вающему постепенный разогрев и расплавление меди и спекание футе ровки подового камня. Предварительно подовый камень медленно су шат, используя древесный уголь или газ. В качестве примера приведем режим нагрева для сушки подового камня:
Напряжение, В . . |
38 |
92,5 |
127 |
152 |
228 |
Продолжительность, ч |
8 |
8 |
5 |
6 |
До рас |
плавления
Размораживание печи при литом шаблоне продолжается не менее 24—30 ч с постепенным увеличением используемой мощности трансфор матора. После первой плавки печь переводят на рабочее напряжение (500 В ). Со второго режима разморозки рекомендуется включать ох лаждение канальной части. Первые плавки следует вести медленно с целью равномерного удаления влаги и хорошего спекания футеровочного материала.
Футеровка индукционных единиц печей ИЛК-6 и ИЛК-16
Барабан печи ИЛК-6 выкладывается фасонными высокоглиноземи стыми блоками; стойкость шахты - не менее трех лет работы.
Индукционныеединицы футеруются в горизонтальном положении доарцитовои массой (так же, как подовый камень канальных печей)" или готовой огнеупорной высокоглиноземистой увлажненной массой МЭ-66. В первом случае после набивки и подсоединения индукционные единицы размораживают для расплавления медного шаблона и посте пенного спекания огнеупорной массы. Стойкость индукционных еди ниц с кварцитовой массой при плавке меди > 1 0 мес., при плавке ла туней > 1 года. Следует подчеркнуть, что для повышения мощности печи и удобства монтажа подового камня индукционные единицы должны иметь только круглые каналы. В идеальном случае форма каналов долж на соответствовать форме индукционной катушки.
Барабан печи ИЛК-16 футеруется фасонными блоками из высокогли ноземистой огнеупорной массы, стойкость шахты — пять лет работы
без замены.
Футеровку индукционных единиц выполняют из высокоглиноземистой огнеупорной увлажненной массы МЭ-66, поставляемой в готовом виде.
Съемные индукционные единицы набивают через отъемную боковую стенку на специальном стенде. Полости каналов выполняют с помощью металлических разъемных шаблонов, которые удаляют после набивки. Массу трамбуют пневмотрамбовками без перерывов до окончания на бивки. Зафутерованную индукционную единицу выдерживают при тем пературе 20°С в течение 20 сут, затем помещают в вакуум-камеру и су шат в следующем режиме:
Время, сут |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
1 |
|
Давление в каме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ре, мм вод. ст. . . . |
.300 |
500 |
500 |
500 |
500 |
500 |
|
500 |
500 |
500 |
500 |
Температура в каме |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ре, °С |
- |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
80 |
90 |
100 |
ПО |
Затем сушку единиц ведут на стенде, где в канал закладывается элек тронагреватель, при температуре около 200°С вплоть до применения (но не менее 20 сут). Непосредственно перрд установкой на печь индукцион ную единицу разогревают газовой горелкой до температур 1300—1400°С со скоростью 20—30 град/ч, выдерживают в течение 3 ч и подают к печи. В месте стыка индукционной единицы с корпусом печи вкладывают миканитовую прокладку, обмазанную с обеих сторон раствором метреля. После присоединения единицы печь поворачивают для заполнения кана лов жидким металлом. Стойкость футеровки индукционных единиц, из готовленных из высокоглиноземистой массы, составляет 2—2,5 года.
Г л а в а Ш СОВРЕМЕННАЯ ПРАКТИКА ПРОИЗВОДСТВА
СЛИТКОВ МЕДИ И СПЛАВОВ НА ЕЕ ОСНОВЕ
Технологический процесс получения слитков меди и медных сплавов состоит из нескольких операций (рис. 25). В зависимости от конкретных условий производства схема процесса получения слитков позволяет оп ределить последовательность операций для меди и каждого сплава на ее основе.
Рассмотрим подробнее практику производства слитков меди и мед ных сплавов в соответствии с приведенной технологической схемой.
1. ПОДГОТОВКА И РАСЧЕТ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Для получения слитков меди и медных сплавов используют шихтовые материалы, состоящие из первичных металлов и лигатур (50% от общей массы шихты), отхода собственного производства (35%), стружку и от ходы с баз Вторцветмета (15%).
Первичные ^еталлы поставляют в виде катодов, слитков, плит и гра нул. Условия их поставки оговорены в государственных стандартах. От ходы собственного производства в условиях заводов по обработке цвет ных металлов состоят из возвратных отходов литейного цеха (путцы
Рис. 25. Технологическая схема производства слитков
и донные части слитков, стружка, сплески и тд.) и отходов обрабаты вающих цехов (кромка и концы листов и лент, пресс-остатки, стружка, высечка и тщ.) . Отходы, поступающие со стороны, —это вышедшие из строя детали или отходы, образующиеся при переработке полуфаб рикатов.
Лигатуры (вспомогательные сплавы) применяются при введении эле ментов, резко отличающихся температурой плавления от основного ме талла, а также при получении сплавов более точного химического состава.
Непременным условием получения качественного слитка и увеличе ния производительности плавильного оборудования является тщатель-. ная подготовка шихты. Шихтовые материалы подвергают следующей об работке: выборочному контролю химического состава всех видов отхо дов; пакетированию негабаритных-отходов; брикетированию (струж ка) ; магнитной сепарации (стружка), особенно если стружка поступает из механических цехов; сушке (в зимнее время все шихтовые материа лы, в летнее - только стружка).
При выплавке слитков меди и ее сплавов на крупных плавильных пе чах разрезать катоды нецелесообразно. При плавке в печах небольшой емкости и вакуумных печах катодные листы разрезают на дисковых ножницах.
Для пакетирования отходов обрабатывающих цехов примейяют прес сы типа БА-1330 усилием 100 тс и типа Б-1334 усилием 250 тс. Размеры получаемых на этих прессах брикетов составляют соответственно 300X300X400 и 360X360X500 мм.
Брикетирование стружки выгодно в том случае, когда брикеты полу чаются плотными и погружаются при плавке ниже зеркала расплава. Лег
кие брикеты плавить нерационально. Хорошо зарекомендовал себя в практике брикетирования стружки брикет-пресс типа Б6838 усилием 630 тс. Диаметр брикетов 160 мм, высота 50 мм.
В последнее время предпринимаются попытки создать установку обез жиривания стружки перегретым паром или горячим воздухом с после дующим брикетированием. В установке предусматривается косвенный нагрев стружки, дожигание в специальной камере продуктов возгонки масла, полные механизация обслуживания и автоматизация технологи ческого процесса. Указанный способ подготовки особенно целесообра зен для стружки типов ’’вьюн” и ’’трубчатая” , образующихся при резке слщков на дисковых пилах и при фрезеровании горячего подката соот ветственно. Указанная стружкд в исходном состоянии, как правило, со держит 1 —5% масла и 2 —10% влаги.
Для сушки влажной шихты предусматривается установка мощных, высокопроизводительных печей типа ОКБ-4259 (печь конвейерного ти па, электрическая, четырехзонная, мощностью 700 кВт; температура рабочего пространства 300°С, максимальная производительность 10т/ч; загрузка и выгрузка шихты механизированы) .
Шихту в коробах навешивают на платформенных весах типа 854 п “20 грузоподъемностью 500 - 20000 кг.
Для составления и расчета шихты необходимо знать ее назначение; тре бования, предъявляемые к годному слитку по содержанию основных компонентов и примесей; характеристику шихтового материала; вели чину угара компонентов, входящих в шихту, и шихты в целом при плав ке и литье; выход годного.
В практике при производстве слитков меди и медных сплавов встре чаются следующие шихты: только из первичных металлов; из первичных
металлов вместе с лигатурами; из первичных металлов вместе с возврат ными отходами и лигатурами; только из возвратных отходов.
Расчет шихты состоит из трех последовательных этапов: расчета обще го необходимого количества шихтовых материалов; расчета на содержа ние Компонентов и расчета на содержание примесей.
В отличие от общеизвестных методик расчета шихта на 100 кг сплава с последующим пересчетом на необходимое количество шихты в настоя щей работе приведены принципиально новые единые формулы1, позво ляющие рассчитывать любое требуемое количество шихты с учетом угара.
Общую потребность шихты Ш (кг или т) определяют по формуле
Ш = 100 Гп с/ у ,
где Гп с - число годных слитков на последней стадии производства; 7 —выход годного, %.
Содержание основных и легирующих компонентов шихты рассчитыва ют следующим образом.
Количество искомого компонента хм , вводимого в шихту в виде пер вичного и возвратного (или только возвратного металла), с учетом по
правки на его угар |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
- х „ _ - х п |
|
шс* |
У *- Уш |
) - |
|
|
|
|
|
|
100 (1 + |
100 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
л , с |
0 + |
|
|
|
Л 2Сд. |
|
|
||
1<-Х. |
у* |
- У л |
- |
100 |
--(1 + |
100 |
|
||
100 |
|
|
100 |
|
|
|
|||
^п с хп |
(1 + |
Ухп - |
У ., |
) ш |
|
|
|
( 1 ) |
|
100 |
|
100 |
|
||||||
|
|
100 |
|
|
|
|
здесь |
X |
ХП, У ХП2 У |
■■■• Х л п |
|
ХР |
|
Сх |
CJC, » С х г у ■>Сх „
Сх
—общее количество искомого компонента, входяще го в состав годного слитка, кг (т) ;
—количество искомого компонента, вводимого в ших
ту с лигатурами и отходами (1 ,2 , |
, п) с учетом |
поправки на угар, кг (т); |
|
—количество искомого компонента, вводимого в
шихту с технологическими добавками;
—номинальное содержание искомого компонента в сплаве (принимается по ГОСТ или ТУ), %;
—фактическое содержание искомого компонента в
лигатурах, возвратах (1, |
2, ..., л ) , с которым он |
вводится в шихту, %; |
|
— фактическое содержание |
искомого компонента |
в технологических добавках, с которыми он вводит ся в шихту, %;
1 Формулы выведены В.П.Андроновым.
|
Ух |
— угар при плавке и литье искомого компонента (бе |
|
|
рется из таблиц), %; |
|
Уш |
— общий угар шихты, %; |
УХг >Ух |
у..-,Ух.„ |
— угары искомого компонента в лигатурах, возвратах |
|
|
(1, 2, ..., п ), с которыми он вводитоя в шихту (бе |
|
|
рется из таблиц), %; |
|
Р — количество вводимой технологической добав |
|
|
|
ки, кг (т); |
JIi, Л2, |
Лп |
— необходимое количество лигатур (1, 2 , и) , с ко |
|
|
торыми вводят в шихту искомый компонент, кг (т). |
Общее количество искомого компонента (входящее в состав годного слитка), которое вводят в шихту в виде металла, отходов, технологиче ских добавок, лигатур, с учетом поправки на угар:
ШCv |
|
У —У |
|
|
х = — |
(1 + |
/ |
х J ш ^ |
(2) |
100 |
|
100 |
||
|
|
|
|
Количество искомого компонента, вводимого в шихту с лигатурами
и отходами |
(1,2, ..., л) [второй, третий и тщ. включительно до предпо |
|||
следнего члена правой части формулы |
(1)1, с учетом поправки на угар: |
|||
Л1^ ......" |
Л 1,2...... п CXi ,2........п |
0 |
+ У*1)2...... |
1 1 , 2, ... , п ).(3) |
100 |
|
|
100 |
Величину х находят из уравнения
P C XI
'vp*
100
a Jli ^ , п определяют из выражения
Л1,2,... , л |
|
100 |
! 2,... ,п |
(4) |
|
|
y v |
*у _ |
|||
СХл - |
(1 + ----1,2,... ,я__.---- 1 |
}п \ |
|||
|
»-2•••••" |
|
100 |
7 |
|
Общий угар шихты подсчитьшают по формуле |
|||||
= УдСд * |
УЬСЬ + |
* УтРп + СУСУЭ |
|
||
где Уа , У&,..., Уп — угар компонентов сплава, %; |
|||||
Са » |
— номинальное содержание компонентов в сплаве |
||||
(принимается по ГОСТ или ТУ) |
|||||
|
|||||
|
— потребное количество технологической добавки, %; |
||||
-рэ |
— фактическое содержание |
технологической добавки |
(если она вводится в виде лигатуры), %;
УУ У — угары лигатур и возвратов (1,2,..., п ), с которыми
вводят искомый компонент, %.
50