Способ получения меднофосфористой лигатуры
Использование: при получении меднофосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислйтелёй и высокотемпературных припоев. Сущность: готовят шихту из меди и красного фосфора, осуществляют термообработку при 370- 420°С в течение 30-90 мин, охлаждают при непрерывном перемещении реакционной массы. В качестве меди используют частицы с удельной поверхностью 0,1-1 м2/кг. Приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:(1-4). 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУбЛИК (si)s С 22 С 1/02, 9/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ГАТЕНТНЬЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4878244/02 (22) 05,10,90 (46) 15,01,93. Бюл, ¹ 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт вторичных цветных. металлов (72) А.К.Воробьев, Л,Р.Потапенко, В.А.Радзиховский, Е.Д.Худяков, В.Д.Борисов, С,Х.Григоров (BG) и Н.А.Пеев (BG) (56) Курдюмов А.В., Пикунов М,В. Литейное производство цветных и редких металлов, М„Металлургия, 1972, с.188 — 189.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения меднофосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислителей и высокотемпературных припоев.
Известен способ получения лигатуры, медь-фосфор, сущность которого заключается в следующем. В тигель, футерованный шамотным кирпичом, засыпают красный порошкообразный фосфор из расчета 85150 кг фосфора на 1 т меди, фосфор уплотняют, например, с помощью вибростола, затем на уплотненный фосфор наносят слой измельченной медной стружки и утрамбовывают. На полученную массу заливают расплав меди с температурой t200 Ñ и выдерживают до завершения взаимодействия фосфора с мерью, После этого с поверхности сплава сни ают шлак, металл после перемешивания и тстаивания разливают в изложницы.
Недостатком способа является то, что обеспечивается относительно низкое содержание фосфора в сплаве (не превышает
„„5U „„1788059 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОФОСФОРИСТОЙ ЛИГАТУРЫ (57) Использование: при получении медно- фосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислителей и высокотемпературных припоев, Сущность. готовят шихту из меди и красного фосфора, осуществляют термообработку при 370—
420 С в течение 30 — 90 мин, охлаждают при непрерывном перемещении реакционнОй массы. В качестве меди используют частицы с удельной поверхностью 0,1 — 1 м /кг. При2 готовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:(1-4). 1 табл, 9,43%) и относительно высокие потери фосфора (до 8,8%)
Известен способ получения фосфористой меди, включающий плавление исходного сырья и контактирование жидкой меди с фосфором, причем в качестве исходного сырья используют медьсодержащие о ходы фосфорного производства и плавят в среде инертного газа при 1050 — 1150 С, Однако, этот способ характеризуется недостаточно высоким содержанием фосфора в получаемом сплаве, В качестве прототипа выбран способ получения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, взятых з определенном количественном соотношении, термообработку полученной шихты без контакта с атмосферой при температуре
350 — 360 С в течение 4 — 5 ч и охлаждение образовавшейся массы. Полученная этим способом лигатура может содержать до 30% фосфора.
Недостатками данного способа являются относительно высокие потери фосфора
1788059
20
30
40
50
55 (3 — 5%), относительно большая продолжительность процесса термообработки (4-5 ч), обусловленная сравнительно низкой скоростью взаимодействия фосфора с медью, Все это снижает эффективность способа.
Цель изобретения — повышение эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия фосфора и меди.
Поставленная цель достигается тем, что в способе меднофосфористой лигатуры, включающем приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение образовавшейся массы, предусмотрены следующие технологические отличия: для приготовления шихты используют частички меди с удельной поверхностью
0,1 — 1,0м /кг; шихту готовят чередованием слоев частичек меди со слоем красного фосфора при их соотношении 9:(1-4); термообработку шихты осуществляют при температуры 370 — 420 С и непрерывном перемешивании шихты по зоне термообработки в течение 30 — 90 мин.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
B аппарате, имеющем зону нагрева, готовят шихту послойной укладкой частичек меди и красного фосфора с чередованием слоев. Для осуществления способа используются частички меди (продукт измельчения медной проволоки. выштамповки, стружки и иных медных материалов) с удельной поверхностью 0,1 — 1,0 м /кг и порошкообраз2 ный красный фосфор, при этом их соотношение (по массе) равно 9:(1 — 4). Получен ную слоистую шихту подвергают термообработке при температуре 370 — 420 С, непрерывно перемещая в зоне термообработки, в течение 30 — 90 мин, Образовавшуюся при этом меднофосфористую лигатуру охлаждают и извлекают из аппарата. При необходимости полученную лигатуру подвергают брикетированию либо переплавке (для придания компактности). Лйгатура содержит до 9-30% фосфора, Потери фосфора ..:-:--:. при произвбдстве лигатуры не превышают
1,5 — 2,5 о/
Пример 1. В вертикальную трубчатую электрическую лабораторную печь (внутренний диаметр 70 мм), оборудованную снизу заслонкой, обеспечивающей перемещение шихты сверху вниз с заданной скоростью, загружали послойно измельченные проводники тока (максимальный размер
20 мм, удельная поверхность 0,1 м /кг) в количестве 0,015 кг, после чего загружали красный фосфор (ГОСТ 8655 — 75) в количестве 0,007 кг. Соотношение медь — фосфор равно 9:4. Эту последовательность слоев повторяли многократно в течение всего ripoцесса. Полученную сложную массу вводили в зону, нагретую до 370 С с перемещали сверху вниз со скоростью 0,0166 м/мин.
Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила
90 мин, При дальнейшем перемещении полученной лигатуры вниз той же скоростью, при этом произошло ее охлаждение.
Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2% Потери фосфора составили 2%, Продолжительность процесса 100 мин.
Пример 2, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 2 мм, удельная поверхность 1 м /кг). Скорость перемещения шихты составила 0,025 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 60 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,5%. Потери фосфора составили 1,7%, Продолжительность процесса 70 мин.
Пример 3, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 7 мм, удельная поверхность 0,5 м /кг). Время прохождения шихты нагретой зоны 70 мин со скоростью
0,021 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,4%.
Потери фосфора составили 2,0%. Продолжительность процесса 83 мин.
Пример 4. В условиях примера 1, сложную массу вводили в зону, нагретую до 420 С и перемещали со скоростью
0,018 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 80 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора
29,2% Потери фосфора составили 2 5%
Продолжительность процесса 97 мин.
Пример 5. В условиях примера 1, перемещение шихты осуществлялось со скоростью 0,021 м/мин. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне
30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 1,8%. Продолжигельность процесса 48 мин;
Пример 6, В условиях примера 1, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 40 мин. Скорость перемещения шихты 0,0375 мlмин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%, Потери фосфора
1788059 составили 2,5%, Продолжительность процесса 52 мин.
Пример 7. B условиях примера 2, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Скорость перемещения шихты 0,05 м/мин, Содержание фосфора в лигатуре было 9,8%. Потери фосфора составили 2,0% Продолжительность процесса 34 мин, Пример 8. В условиях примера 1 на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора, Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0435 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%. Потери фосфора составили 2,1%. Продолжительность процесса 102 мин, Пример 9. В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,81%. Потери фосфора составили 2,4%. Продолжительность процесса 38 мин.
Пример 10 В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,15 м/мин, Содержание фосфора в лигатуре было 9,74%. Потери фосфора составили 2,6%. Продолжительность процесса 100 мин.
Пример 11, В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 370 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,18 м/мин. Получена меднофосфооистая лигатура с содержанием фосфора 9,87%. Потери фосфора составили 2,2% Продолжительность процесса 97 мин.
Пример 12. В условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420ОC зоне 30 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,92%. Потери фосфора составили 1,7%. Продолжительность процесса 39 мин.
Пример 13, B условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,85% Потери фосфора составили 2,1%, Продолжительность процесса
102 мин.
Пример 14. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора
29,2%. Потери фосфора составили 2,5%.
Продолжительность процесса 38 мин.
Пример 15. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,32%. Потери фосфора составили 1,9%. Продолжительность процесса 39 мин, Пример 16. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,95%, Потери фосфора составили 2,4%, Продолжительность
15 процесса 99 мин.
Пример 17, В условиях примера 1, продолжительность нахождейия шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%. Потери фосфора составили
2,7%. Продолжительность процесса 38 мин.
Пример 18, В условиях примера 2, продолжительность чахождения шихты B нагретой до 360 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0166 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%, Потери фосфора
25 составили 5,0%. Из-за низкой температуры
30 часть фосфора не успела втвориться
Пример 19. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,6%. Потери фосфора составили
4,5%. Продолжительность процесса 87 мин, Повышение температуры термообработки
> 420 С приводит к увеличению потер фосфора за счет его интенсивного испарения.
Пример 20. В условиях примера 1, загружали послойно измельченные медные проводники тока (с максимальным размером 1 мм и удельной поверхностью
1,2м /кг), Продолжительность нахождения г шихты в нагретой зоне 100 мйн, Получена лигатура с содержанием фосфора 29,1%.
Потери фосфора составили 3%. Продолжи40
45 тельность процесса 114 мин, Увеличение удельной поверхности > 1,0 м /кг приводит к снижению газопроницаемости слоя из проводников тока, в результате чего увеличивается продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне для полного у<:воения фосфора медью.
Пример 21. В условиях примера 1, загружали измельченные медные проводники тока (с максимальным размером "0 мм и удельной поверхностью 0,09 м /кг). Про50
55 нагретой до 430 С зоне 70 мин, Скорость
35 перемещения шихты 0,021 м/мин. Получена
1788059
Соотношение мас с меди и фосфора
Содержание фосфора в лигатуре, Удельная поверхност составляющ., м /кг
Температура обработки шихты, ОС
Продолжительность термообработки, мин
Пример
Потери фосфо)а %
9:4
9;4
9:4
9;4
9,4
0,1
1,0
0,5
0,1
0,1
1,0
0,1
1,0
420
29,2
29,5
29,4
29,2
29,2
9,8
9,75
9,81
2,5
1,7
2,0
2,5
1,8
2,0
2,1
2,4
2
4
7
45 должительность нахождения шихты в нагретой зоне 110 минут. Потери фосфора составили 3,0%. Получена лигатура с содержанием фосфора 28,9%. Продолжительность процесса 126 мин. Снижение удельной поверхности измельченных проводников тока
< 0,1 м /кг замедляет процесс втворения фосфора в медь.
Пример 22. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в 10 нагретой зоне 25 мин. Фосфор втворился не полностью.
Пример 23. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 100 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 29,2%, Потери фосфора составили 2,5%. Увеличение времени прохождения шихты нагретой зоны > 90 мин не приводит к повышению содержания фосфора в лигатуре и снижает его потери, одна- 20 ко падает производительность процесса, поэтому экономически не целесообразно, Пример 24. В условиях примера 1, при соотношении медь:фосфор = 10:1. Продолжительность нахождения шихты в нагретой 25 зоне 60 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 8,6 /. Потери фосфора составили 4,0 /. При снижении содержания фосфора в шихте < 9%, получаемый на поверхности кусков меди фосфид меди более проч- 30 ный, плохо скалывается и поэтому скорость диффузии фосфора в медь резко снижается.
Пример 25, В условиях примера 1, при соотношении медь:фосфор = 9:5, Получена лигатура с содержанием фосфора 29,9%. 35
Потери фосфора составили 5%. Повышение содержания фосфора с шихте > 30% не целесообразно, поскольку максимальное втворение фосфора проходит до содержания его в лигатуре 30%, а остальной фосфор 40 остается s свободном состоянии.
Пример 26 (прототип). В графитовый тигель емкостью 5 кг загрузили смесь состоящую из 2300 r измельченных медных проводников тока с удельной поверхностью
1,0 M /кг и 700 г красного фосфора, В атмос2 фере аргона нагрели до температуры 360 С и при этой температуре смесь выдерживали в течение 4,5 ч. (При меньшей продолжительности и выдержки фосфор прореагировал не полностью), Получено 2865 r лигатуры с содержанием фосфора 23%. Потери фосфора составили 6 /.
Результаты примеров приведены в таблице, Предложенный способ обладает следующими преимуществами перед способом и рототи и ом. увеличивается скорость втворения фосфора в 3-5 раза, потери фосфора снижаются до максимуму 2,5 /О, процесс устойчив, не требует герметизации и защитной атмосферы, легко поддается механизации и автоматизации, может быть непрерывным; процесс экологически чист.
Формула изобретения
Способ полУчения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия компонентов шихты, медь используют в виде частиц с удельной поверхностью 0,1 — 1,0 м /кг, приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:1 — 4, термообработку ведут при 370 — 420 С в течение 30 — 90 мин, причем термообработку и охлаждение проводят при непрерывном перемещении реакционной массы.
1788059
Продолжение таблицы фосфор втворился не пол ностью
9:4
10:1
9.5
23
24
26 (прототип
0,1
0,1
0,1
1,0
360
29,2
8,6
29,9
23,0
2,5
4,0
5.0
6,0
270
15
/ фо
Составитель А. воробьев
Техред М.Моргентал
Редактор
Корректор Н. Король
Заказ 51 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по,изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательокий комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
11
12
13
14
16
17
18
19
21
1,0
1,0
0,1
0,1
1,0
1,0
1,0
0,1
1,0
0,1
1,2
0,09
0,1
9:1
9 .1
9:1
9:1
9;4
9:4
9:4
9:4
9:4
9:4
9:4
94
9. 4
370
9,?4
9,87
9,92
9,85
29,2
29,32
28,95
28,4
28,4
28,6
29,1
28,9
2,6
2,2
1,7
2,1
2,5
1,9
2,4
2,7
5,0
4,5
3,0
3.0
16 )
