способ выплавки сплавов на основе меди

Формула изобретения

1. Способ выплавки сплавов на основе меди, включающий расплавление исходного сырья под слоем флюса, содержащего хлористый натрий, плавиковый шпат и соду кальцинированную, отличающийся тем, что используют указанный флюс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

NaCl - 20 - 25

CaF₂ - 25 - 30

Na₂CO₃ - 45 - 50

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав дополнительно выдерживают под слоем флюса, в который вводят углеродсодержащие отходы нефтехимического производства в соотношении по массе (50 - 100) : 1.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выплавку сплавов осуществляют при температурах кипения сплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к металлургическому способу выплавки медных сплавов из вторичного сырья.

Рост цен на тяжелые цветные металлы (катодные медь, никель, цинк и т.д.) привели к тому, что в настоящее время их выплавку проводят с вовлечением в состав большого количества дешевого вторичного сырья (низкосортных ломов и отходов). Это позволяет значительно понижать себестоимость продукции, а также способствует утилизации металлургического лома.

Обычно плавку сплавов тяжелых цветных металлов ведут под жидкими солевыми и твердыми покровными флюсами, химический состав которых либо полностью индифферентен к химическому составу сплава, либо способен создать над расплавом восстановительную атмосферу.

Так, латуни марок типа ЛС-59-1, Л63, Л70 выплавляют под солевыми покровными флюсами на основе солей типа NaCl и KCl, либо их смесей [1-4]; никелевые и медно-никелевые сплавы - под древесным углем [5, 6].

В результате обработки расплавов вышеназванными флюсами резко снижаются безвозвратные потери металла с угаром и шлаком по сравнению с процессом открытой (беcфлюсовой) плавки металла.

Однако данные флюсы не оказывают никакого влияния на содержащиеся в расплаве примеси. Наоборот, в ряде случаев они способствуют росту концентрации примеси в расплаве, восстанавливая их из шлака (например, древесным углем).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является флюс для обработки медных сплавов, содержащий, мас.%: NaCl - 15-25; криолит - 15-25; CaF₂ - 5-15; Na₂CO, - 8-10; торфяной кокс - 28-57 [7] . В описании к данному изобретению раскрыт технологический процесс выплавки медных сплавов с использованием флюса указанного состава. За счет высокой восстановительной способности флюса снижаются потери металла со шлаком, однако при этом не происходит рафинирования металла от содержащихся в нем примесей. В ряде случаев, особенно при переплаве вторичного сырья, получаемые слитки по своему химическому составу не отвечают требованиям ГОСТ. Для утилизации бракованных слитков металла требуется дополнительный переплав, что приводит к резкому снижению эффективности всей технологии в целом.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени рафинирования сплава от содержащихся в нем примесей таких металлов, как Si, Pb,Sn, Ni и др.

Технический результат достигается тем, что в известном способе выплавки сплавов на основе меди, включающем расплавление исходного сырья под слоем флюса, содержащего хлористый натрий, плавиковый шпат и соду кальцинированную, согласно изобретению, используют указанный флюс при следующем соотношении компонентов (мас.%):

NaCl - 20-25

CaF₂ - 25-30

Na₂CO₃ - 45-50

В частном случае реализации изобретения расплав дополнительно выдерживают под слоем флюса, в который вводят углеродосодержащие отходы нефтехимического производства в соотношении по массе (50-100):1.

В другом частном случае реализации изобретения выплавку сплавов осуществляют при температурах кипения сплава.

В источниках научно-технической и патентной информации не обнаружено технических решений, содержащих признаки, аналогичные отличительным признакам заявляемого решения.

Сущность изобретения заключается в том, что осуществление процесса рафинирования металла обусловлено избирательным термохимическим взаимодействием компонентов флюса и примеси, содержащейся в расплаве. При этом заявляемые соотношения компонентов флюса обеспечивают снижение содержания примеси в расплаве до пределов, регламентированных ГОСТ.

Понижение указанных выше концентраций составляющих флюса нецелесообразно, поскольку приведет к изменению состава флюса и изменению его термохимической активности. Превышение верхних пределов концентраций компонентов флюса также нецелесообразно, поскольку приведет к удорожанию флюса.

Дополнительная выдержка расплава под слоем флюса с добавкой кусковых углеродосодержащих отходов в заявляемых соотношениях обеспечивает более глубокую его очистку от некоторых примесей за счет создания определенного количества локальных зон горения. Эти зоны являются зонами активного контакта между флюсом, жидким металлом и шлаком. В результате обеспечивается интенсивное перемешивание реагентов с их подводом в зону протекания термохимической реакции, а также вывод из нее продуктов термохимического взаимодействия с переводом примеси в шлак. Количественное содержание отходов нефтехимического производства во флюсе обусловлено эффектом наилучшей очистки расплава от примесей.

Проведение процесса при температурах кипения способствует также улучшению эффективности очистки расплава от примесей.

Пример 1

Лом кремнистой латуни марки ЛК75-0,5 (табл. 1) массой 6000 г переплавляют в тигельной лабораторной печи. Лом загружают под слой расплавленного флюса составом ( мас. %); NaCl - 25; CaF₂ - 25; Na₂CO₃ - 50. Плавку ведут в течение 2 ч при температуре 1100^oC. Расплав анализируют на содержание меди, а затем разбавляют цинком для получения латуни марки типа Л63. После проведения процесса плавки с поверхности расплава снимают шлак, а оставшийся в тигле металл сливают в чугунную изложницу. После остывания металл и шлак взвешивают и анализируют на содержание основных компонентов сплава и примеси. Анализ металла проводят согласно действующим стандартам. Химический состав металла соответствует латуни марки ЛС 59-1 (табл. 1). Степень использования шихты составила 95% мас. (табл. 2). Потери металла со шлаком и угаром 1,2 и 3,3 мас.% соответственно.

Пример 2

Аналогично примеру 1 под флюсом следующего химического состава ( мас.% ): NaCl - 25; CaF₂ - 30; Na₂CO₃ - 45 ведут переплав (1100^oC) стружки (7000 г) кремнистой латуни марки типа ЛК 75-0,5. Плавку ведут в течение 30 мин. Затем снимают сухой шлак и во флюс вводят кусковой графит фракцией - 10+30 мм при соотношении массы флюса и массы графита 50:1 и выдерживают расплав в течение 1 ч. После этого в расплав добавляют катодной меди с целью получения томпака типа Л90. Образовавшиеся при плавке шихты шлак и металл анализируют на содержание основных компонентов сплава и примесей. Химический состав полученного металла соответствует сплаву типа томпак Л90. Степень использования шихты составила 98,2 мас. % (табл. 2). Потери металла со шлаком и угаром 0,5 и 1,3 маc.% соответственно.

Пример 3

Аналогично примеру 2 ведут выплавку латуни марки типа Л90 из латунного лома в течение 1 ч (табл. 1). По завершении процесса плавки снимают сухой шлак и во флюс добавляют нефтекокс при соотношении массы флюса и массы нефтекокса 100: 1. Расплав выдерживают около 1 ч. В результате получают слиток металла, химический состав которого соответствует химическому составу латуни марки типа Л70. Степень использования шихты составила 98,5 мас.%. Потери металла со шлаком и угаром 0,4 и 1,1 мас.% соответственно.

Пример 4

Аналогично примеру 3 ведут выплавку латуни марки типа Л90 при температуре кипения сплава в течение 2,2 часов. После проведения процесса плавки шихты степень использования шихты составила 98 мас.% (табл. 2). Потери металла со шлаком и угаром 0,3 и 1,7 мас.% соответственно.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает снижение содержания примеси в выплавляемых сплавах до пределов, регламентированных ГОСТ, что особенно важно при переплаве вторичного сырья.

Источники информации:

[1] . Гутов В.А., Лазарев В.В., Круковский Л.И., Суворов А.И., Вьюгин Л. Ф. Покровный флюс для плавки сплавов на медной основе. - Авторское свид-во СССР N 441318. Опубл. в БИ N 32, 1974.

[2]. Адонина Л.М., Артамонов В.А. Базилевский В.М., Брезгунов М.М., Ковалева Э. М. и др. Покровный флюс для плавки сплавов на медной основе. - Авторское свид-во СССР N 555158. Опубл. в БИ N 15. 1977.

[3] . Молдавский О.Д., Герасимова Я.С. О снижении потерь металла при выплавке латуней в индукционных канальных печах. - Цветные металлы. 1982. N 11, с. 71-72.

[4] . 3адиранов А.Н., Стрельцов Ф.Н. Способ получения сплавов на основе меди из вторичного сырья. - Патент РФ N 1836473. Опубл. в БИ N 31, 1993.

[5] . Орлова Л.М., Измайлов В.А. Состав и структура шлаков медно-никелевых сплавов. - Цветные металлы. 1990, N 1, с. 96-98.

[6] . Смирягин А. Л., Смирягина Н.А., Белова В.М. Промышленные цветные металлы и сплавы; - М. Металлургия, 1974, 488 с.

[7]. Косинцев В.А., Епанешникова Т.Р. Флюс для обработки медных сплавов. Авторское свид-во СССР N 1293238. Опубл. в БИ N 8, 1987.