способ получения заготовки из меди или ее сплавов

Формула изобретения

1. Способ получения заготовки из меди или ее сплавов, включающий изготовление расходуемого электрода из шихтовых материалов, его электрошлаковый переплав в кристаллизатор на поддон, формирование слитка и его деформацию с получением заготовки, отличающийся тем, что расходуемый электрод изготавливают путем расплавления шихтовых материалов в 6-12 тонном тигле в вакуумной индукционной печи, электрошлаковый переплав расходуемого электрода ведут в кристаллизатор диаметром 500-700 мм, при этом электрический режим переплава выбирают в зависимости от диаметра кристаллизатора, на поддон устанавливают семь затравок, одну - по центру и шесть - по периферии у стенки кристаллизатора, и производят рассредоточение электрического контакта на затравки, а после деформации заготовку охлаждают на воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве шихтовых материалов использую катодную медь марки M1, фосфористую медь, слитки меди, легирующие материалы и кусковые отходы, причем количество отходов в шихтовых материалах составляет не более 30%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при электрошлаковом переплаве используют в качестве флюса флюоритовый концентрат с расходом 230-270 кг на слиток.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед электрошлаковым переплавом расходуемого электрода на его головном торце предварительно фрезеруют кольцевую площадку шириной не менее 30 мм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию слитка проводят в горячем состоянии после извлечения из кристаллизатора или после охлаждения на воздухе с последующим нагревом перед ковкой или прокаткой до получения заготовки требуемых размеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к выплавке и деформации заготовок из меди и ее сплавов, и может быть использовано для производства заготовок с целью последующего изготовления холодильников доменных печей, кристаллизаторов МНЛЗ и других крупногабаритных изделий.

Известен способ электрошлакового переплава компактных материалов, согласно которому изготавливают из отходов производства заготовки, получают из них расходуемые электроды, вводят флюс, плавят расходуемый электрод и формируют слиток (1).

Недостатком известного способа является низкое качество микро- и макроструктуры, а также высокая газонасыщенность слитка, полученного путем электрошлакового переплава меди и (или) ее сплавов.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ электрошлакового переплава компактных материалов, включающий изготовление из отходов производства заготовок, получение из них расходуемых электродов, ввод флюса, плавление расходуемого электрода и формирование слитка (2). Данный способ принят за прототип.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: изготовление расходуемых электродов из меди и(или) ее сплавов, их электрошлаковый переплав под флюсом, формирование слитка, передача на деформацию и охлаждение заготовки на воздухе.

Недостатком известного способа является повышенное содержание кислорода в слитке после ЭШП переплава, а также большая вероятность попадания инородных частиц в тело формирующегося слитка в процессе переплава из расходуемого электрода, сформированного по указанному в прототипе способу. Повышенная газонасыщенность приводит к резкому ухудшению свариваемости меди и ее сплавов и снижению теплопроводности, что крайне нежелательно для заготовок, использующихся для изготовления холодильников, кристаллизаторов и т.д. Наличие же в них инородных включений в принципе недопустимо.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение плотного слитка оптимального развеса с однородной мелкозернистой структурой, без инородных включений и с низким уровнем газонасыщенности для обеспечения технологичности дальнейшего передела, хорошей свариваемости и высокой теплопроводности.

Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения заготовки из меди или ее сплавов, включающий изготовление расходуемого электрода из шихтовых материалов, его электрошлаковый переплав в кристаллизатор на поддон, формирование слитка и его деформацию с получением заготовки, причем расходуемый электрод изготавливают путем расплавления шихтовых материалов в 6-12-тонном тигле в вакуумной индукционной печи, электрошлаковый переплав расходуемого электрода ведут в кристаллизатор диаметром 500-700 мм, при этом электрический режим переплава выбирают в зависимости от диаметра кристаллизатора, на поддон устанавливают семь затравок, одну - по центру и шесть - по периферии у стенки кристаллизатора, и производят рассредоточение электрического контакта на затравки, а после деформации заготовку охлаждают на воздухе, в качестве шихтовых материалов используют катодную медь марки М1, фосфористую медь, слитки меди, легирующие материалы и кусковые отходы, причем количество отходов в шихтовых материалах составляет не более 30%, а при электрошлаковом переплаве используют в качестве флюса флюоритовый концентрат с расходом 230-270 кг на слиток, при этом перед электрошлаковым переплавом расходуемого электрода на головном торце его предварительно фрезеруют кольцевую площадку шириной не менее 30 мм, деформацию слитка проводят в горячем состоянии после извлечения из кристаллизатора или после охлаждения на воздухе с последующим нагревом перед ковкой или прокаткой до получения заготовки требуемых размеров.

В таблице приведен электрический режим электрошлакового переплава литого расходуемого электрода.

Замена открытой выплавки на вакуумную позволит уменьшить газонасыщенность слитков для обеспечения хорошей свариваемости и высокой теплопроводности изделий.

Увеличение доли отходов в структуре шихтовых материалов более 30% приведет к повышению газонасыщенности выше допустимого уровня и к появлению неметаллических включений окисного типа.

Снижение расхода флюоритового концентрата менее 230 кг на слиток приведет к росту концентрации кислорода в слитке. С другой стороны, увеличение расхода флюоритового концентрата более 270 кг приведет к ухудшению структуры формирующегося слитка.

Отклонения от режима переплава, указанного в таблице, более чем на 20% приведет к ухудшению структуры слитка и появлению поверхностных дефектов.

Применение кристаллизаторов диаметром менее 500 мм не позволит получить слиток с массой, необходимой для производства заготовок. Применение кристаллизаторов диаметром более 700 мм приведет к повышенному образованию отходов при обработке заготовок, что экономически нецелесообразно.

Рассредоточение электрического контакта “слитки ЭШП - поддон” на семь затравок (одна затравка - по центру слитка, шесть затравок - по периферии, у стенки медной гильзы кристаллизатора) и предварительная фрезеровка на головном торце расходуемого электрода кольцевой площадки шириной не менее 30 мм необходимы для разведения электрошлакового процесса при переплаве электродов, имеющих глубокую усадочную раковину, и формирования качественного слитка.

Количество затравок выбрано опытным путем, количество более семи нецелесообразно с целью экономии, а меньшее количество ухудшает структуру заготовки.

Пример исполнения

Выплавку меди проводили в 6-тонном тигле вакуумной индукционной печи ИСВ025. В качестве шихтовых материалов использовали катодную медь марки М1, фосфористую медь, слитки меди и кусковые медные отходы в количестве 20%. Расплав шихты производили в вакууме. Электрошлаковый переплав (ЭШП) литых медных расходуемых электродов проводили в кристаллизаторе диаметром 700 мм. В качестве шлакообразующего материала использовали флюоритовый концентрат. Расход флюоритового концентрата составлял 250 кг на слиток. Предварительно на головном торце расходуемых электродов была отфрезерована кольцевая площадка шириной 35 мм и установлено семь затравок диаметром 200 мм из стали Ст3 (одна затравка - по центру слитка, шесть затравок - по периферии, у стенки медной гильзы кристаллизатора).

Электрический режим переплава исполняли в соответствии с таблицей. Все слитки ЭШП имели хорошую ровную поверхность, что позволило исключить операцию зачистки поверхности перед последующей деформацией. По данной технологии было выплавлено 137 слитков. Проведенный химический анализ и анализ структуры показал низкую газонасыщенность всех слитков и отсутствие в них неметаллических включений.

Далее слитки подвергали горячей деформации ковкой и полученные заготовки использовали для изготовления медных холодильников для доменной печи. В процессе изготовления холодильников все заготовки показали высокую технологичность, трещин при сварке не обнаружено.

Источники информации

1. Патент РФ №2063455, кл. С 22 В 9/18, пр. 10.07.1996 г.

2. Патент РФ №2152447, кл. С 22 В 9/18, пр. 10.07.2000 г. - прототип.