Способ получения слитков из меди и ее сплавов

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии, в частности к получению сплавов из меди вакуумным дуговым переплавом расходуемого электрода. Осуществляют загрузку расходуемого электрода в установленный в печи кристаллизатор соосно закрепленному в электрододержателе огарку, вакуумирование печи, зажигание дуги между нижним торцом огарка и верхним торцом расходуемого электрода, наплавление лунки жидкого металла на верхнем торце расходуемого электрода, приварку расходуемого электрода к огарку путем опускания электрододержателя с огарком до упора в торец расходуемого электрода, охлаждение, вскрытие печи и оценку качества приварки, вакуумирование печи, вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода в кристаллизатор. Перед наплавлением лунки жидкого металла верхний торец расходуемого электрода разогревают дугой с удельной мощностью 0,05-0,06 кВт/см² в течение времени, определяемого выражением: τ≥a×[1-exp(-b×M×q)], где τ - время разогрева расходуемого электрода, с; а=1200 с; b=4×10^-2 см²/кВт×кг; М - масса расходуемого электрода, кг; q - удельная мощность дуги при разогреве расходуемого электрода, кВт/см²; затем поднимают удельную мощность дуги и после наплавления лунки производят приварку расходуемого электрода к огарку. Изобретение позволяет увеличить производительность цикла плавки и выхода годного, а также снизить трудозатраты на операции приварки за счет обеспечения надежного соединения расходуемого электрода и огарка. 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам получения слитков из меди и ее сплавов, в том числе специального назначения, вакуумным дуговым переплавом.

Известен способ вакуумно-дугового переплава («Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального назначения» под ред. А.Д.Свенчанского, 2 изд., М., Энергоиздат, 1981 г., с.217), при котором расходуемый электрод крепится к электрододержателю вакуумной дуговой печи механическим способом с помощью муфты с цанговым или клиновым зажимом.

Недостатком данного способа является необходимость высокоточной токарной обработки верхней части расходуемого электрода, что повышает трудозатраты и снижает выход в годное.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ вакуумно-дуговой плавки (Б.В.Линчевский «Вакуумная металлургия стали и сплавов», М., «Металлургия», 1970 г., с.154), при котором расходуемый электрод приваривают дугой к огарку, соединенному с электрододержателем, непосредственно в камере печи. Расходуемый электрод загружают в кристаллизатор, производят откачку воздуха из камеры печи, зажигают дугу между нижним торцом огарка и верхним торцом расходуемого электрода, наплавляют лунку жидкого металла и опускают электрододержатель с огарком до упора. Этим обеспечивают выдавливание жидкого металла из лунки на верхнем торце расходуемого электрода и сварку по периферии между огарком и расходуемым электродом.

Недостатком данного способа при вакуумно-дуговой плавке меди и ее сплавов является невозможность наведения на верхнем торце расходуемого электрода при приварке огарка достаточно глубокой лунки жидкого металла при осуществлении процесса приварки на мощности, соответствующей плавлению металла, что приводит к преждевременному его вытеканию из лунки и как следствие не обеспечивает надежной сварки огарка и расходуемого электрода и создает опасность обрыва электрода во время плавки.

Технической задачей, решаемой с помощью данного изобретения, является разработка способа вакуумно-дуговой плавки меди и ее сплавов, который обеспечивает повышение технико-экономических показателей процесса, в частности увеличение производительности цикла вакуумно-дуговой плавки и выхода в годное, а также снижение трудозатрат на операции приварки за счет обеспечения надежного соединения расходуемого электрода и огарка.

Решение поставленной задачи достигают тем, что в отличие от известного способа перед наведением лунки жидкого металла на верхнем торце расходуемого электрода производят его разогрев дугой с удельной мощностью 0,05-0,06 кВт/см² в течение времени, определяемого выражением:

τ≥а×[1-ехр(-b×M×q)],

где τ - время разогрева расходуемого электрода, с;

а=1200 с;

b=4×10^-2 см²/кВт×кг;

М - масса расходуемого электрода, кг;

q - удельная мощность дуги при разогреве расходуемого электрода, кВт/см²;

затем поднимают удельную мощность дуги и после наплавления лунки производят приварку расходуемого электрода к огарку.

Результаты проведенных экспериментов, представленные в таблице, показывают, что при вакуумно-дуговой плавке надежную приварку к огарку расходуемых электродов из меди и ее сплавов при их разогреве со значением удельной мощности дуги q≥0,07 кВт/см² с первого раза и без потери металла осуществить не удается из-за перегрева верхнего торца расходуемого электрода и стекания с него металла.

В то же время значения q<0,05 кВт/см² не обеспечивают достаточной степени прогрева электрода. В этом случае, как и при значениях (0,05≤q≤0,06) кВт/см² и недостаточном времени прогрева расходуемого электрода τ, также происходит отекание металла с его торца при последующем повышении q до значений, соответствующих наплавлению лунки жидкого металла перед опусканием электрододержателя с огарком, в результате чего качество приварки получается неудовлетворительным, и этот процесс приходится повторять, производя после вскрытия печи переустановку электрода и огарка, что значительно увеличивает общее время цикла плавки и снижает его производительность.

При соблюдении значений q и τ, определенных по приведенной зависимости, во всех случаях удается осуществить качественную приварку расходуемого электрода из меди и ее сплава с оловом с первого раза.

Примером осуществления предлагаемого способа является получение слитка бронзы (Cu+14 мас.% Sn) в вакуумной дуговой печи типа ДКВ-3,2 в кристаллизатор диаметром 33 см. Расходуемый электрод диаметром 26,2 см и массой 755 кг, отлитый в вакуумной индукционной печи, загружали в кристаллизатор и после вакуумирования печи приваривали к огарку, соединенному с электрододержателем печи, осуществляя предварительный разогрев электрода при удельной мощности дуги q=0,06 кВт/см² в течение времени τ=1010 сек, после чего поднимали удельную мощность дуги до q=0,17 кВт/см², наводили лунку жидкого металла на верхнем торце расходуемого электрода, опускали огарок до упора в торец электрода и отключали питание печи.

Последующий визуальный осмотр места приварки расходуемого электрода к огарку показал высокое ее качество: приварка огарка произошла по всему его торцу без утечки металла. После контроля качества приварки печь вакуумировали и проводили вакуумно-дуговой переплав. Производительность цикла вакуумно-дуговой плавки составила 82,6 кг/час. По такой технологии были получены 4 слитка бронзы массой от 755 кг до 907 кг.

Кроме того, был выплавлен слиток бронзы (Cu+14 мас.% Sn) такого же диаметра и массой 760 кг по способу, предложенному в прототипе и включающему проведение операции приварки при удельной мощности дуги q=0,17 кВт/см² без предварительного разогрева электрода. Осуществить надежную приварку расходуемого электрода с огарком удалось только с третьего раза, при этом потери металла, вытекшего из лунки, составили 41 кг (5,4% от массы электрода), а производительность цикла плавки снизилась на 25% по сравнению с предлагаемым способом.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о решении поставленной технической задачи и получении нового технического результата: создание способа повышения технико-экономических показателей процесса получения слитков из меди и ее сплавов путем вакуумно-дугового переплава за счет обеспечения качественной приварки расходуемого электрода к огарку, что позволило поднять производительность цикла плавки до 25%, увеличить выход в годное до 5% и снизить трудозатраты по сравнению с прототипом.

Предложенный способ может быть использован в промышленном производстве для выплавки слитков из меди и ее сплавов, в том числе для производства сверхпроводников.

Таблица - Влияние технологических параметров на качество приварки расходуемого электрода из меди и ее сплавов и технико-экономические показатели процесса вакуумного дугового переплава
№№п/п	Металл / сплав	Масса расходуемого электрода М, кг	Удельная мощность при разогреве расходуемого электрода q, кВт/см2	Время разогрева дугой расходуемого электрода, факт./расчетн.τ, с	Качество приварки	Кол-во процессов приварки до получения требуемого качества	Производительность цикла вакуумно-дуговой плавки, кг/час*
1	Cu	603,6	0,07	980/979	Неудовл., отекание металла	2
2	Cu	155,5	0,04	270 / 264	Неудовл., стекание металла	2
3	Cu	603,1	0,06	900/918	Неудовл. стекание металла	2
4	Cu	602,5	0,06	920/917	Удовл.	1
- 5	Cu+14%Sn	309,4	0,05	520/554	Неудовл.	2
6	Cu+14%Sn	308,6	0,05	555/553	Удовл.	1
7	Cu+14%Sn	755	0,06	1010/1004	Удовл.	1	82,6
8	Cu+14% Sn (по прототипу)	760	0,17	-	Неудовл., стекание металла	3	61,6
* - Производительность цикла рассчитана с учетом длительности операций загрузки, приварки, плавки, охлаждения и выгрузки

Способ получения слитков из меди и ее сплавов вакуумным дуговым переплавом расходуемого электрода, включающий загрузку расходуемого электрода в установленный в печи кристаллизатор соосно закрепленному в электрододержателе огарку, вакуумирование печи, зажигание дуги между нижним торцом огарка и верхним торцом расходуемого электрода, наплавление лунки жидкого металла на верхнем торце расходуемого электрода, приварку расходуемого электрода к огарку путем опускания электрододержателя с огарком до упора в торец расходуемого электрода, охлаждение, вскрытие печи и оценку качества приварки, вакуумирование печи, вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода в кристаллизатор, отличающийся тем, что перед наплавлением лунки жидкого металла верхний торец расходуемого электрода разогревают дугой с удельной мощностью 0,05-0,06 кВт/см² в течение времени, определяемого выражением:

τ≥a·[1-exp(-b·M·q)],

где τ - время разогрева расходуемого электрода, с;

а=1200 с;

b=4·10^-2 см²/кВт·кг;

М - масса расходуемого электрода, кг;

q - удельная мощность дуги при разогреве расходуемого электрода, кВт/см²;

а затем поднимают удельную мощность дуги и производят приварку расходуемого электрода к огарку после наплавления лунки жидкого металла.