Способ выплавки медно-кадмиевой лигатуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АетОескомЮ СвИдатВЛьСав

Союз Советских

Социалистических

Реслублнк о>836178 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 050379 (21) 2732829/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетОпубликовано 07,06,81. Бюллетень ЙЯ 21

Дата опубликования описания 070681

С 22 С 1/02

Государствеииый комитет

СССР ио аеяам изобретеиий и открытий (53) УДК 669. 3. 5. .73(088.8) (72) Авторы изобретения

A,Е. Ерофеев и Ф.Н. Стрельцов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МЕДНО-КАДМИЕВОЙ ЛИГАТУРЫ.Известен способ выплавки меднокадмиевой лигатуры, включающий загрузку шихты в тигель с крышкой, нагрев и,иэотермическую выдержку шихты при заданной температуре. Шихту, содержащую медь и кадмий, нагревают в графито-шамотном тигле до температуры 650-700оС и выдерживают в течение 1,5-3 часов (1) .

Однако этот способ не нашел широкого промышленного применения ввиду его низкой производительности, связанной с необходимостью длительной выдержки сплава при температуре насыщения, охлаждением тигля вместе с печью и одноразовым использованием тигля. Величина потерь кадмия, доходящая до 1,0%, не может считаться удовлетворительной для производства промежуточного сплава, так как это составляет 7-10% общей величины потерь при производстве кадмиевой брон=ы. Кроме того, изложенным выше способом нельзя получить 30% лигатуру, в то время как этот состав дает большую величину усвоения легирующего компонента при вводе лигатуры в расплав меди.

Таким образом, известный способ получения медно-кадмиевой лигатуры

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам выплавки сплавов, содержащих легколетучие компоненты.

В настоящее время в отечественной электротехнической проьыаленности нашел ширОкое применение сплав меди с кадмием Бр-Кд- I (содержащий кадмия

0,9-1,2%). Этот сплав производится на предприятиях обработки цветных металлов методом ввода чистого кадмия в расплавленную медь без использования промежуточного сплава (лигатуры), что приводит к значительному угару дорогостоящего легирующего компонента.

Очень высокая упругость пара кадмия при температуре плавления меди, на 316 превышающей температуру кипения кадмия, является основной причиной больших потерь кадмия.

B силу этого очевидно, что эффективным средством снижения потерь при вводе легирующего компонента является повышение температуры кипения присадки, что возможно при легировании меди разбавленным раствором кадмия, в частности лигатурами состава медь +30-70% кадмия. 30

Государственный научно-исследовательский и проектный институт сплавов и обработки цветных металлов

"ГИПРОЦВЕТМЕТОБРАБОТКА"

836178

50. не удовлетворяет тербованиям, предьявляемым к современным промышленным способам изготовления аналогичных сплавов по двум параметрам: производительности и потерям кадмия.

Цель изобретения — снижение потерь кадмия и повышение производительности способа выплавки лигатуры.

Поставленная цель достигается тем, что температуру внутренней поверхности крышки тигля поддерживают в пределах 760-780ОС. В случае выплав-, ки лигатуры медь +50 вес.% кадмия шихту выдерживают при температуре

720-740ОС в течение 20-25 минут, а в случае выплавки лигатуры медь

+ 30 вес.% кадмия шихту выдерживают 5 при температуре 720-740 С в течение

20-25 мин, затем повышают температуру до 870-890 С и выдерживают в течение 10-12 мин.

Как показали лабораторные иссле- 20 дования, процесс переноса кадмия из расплава лимитируется в области температур до 1000ОС сопротивлением, оказываемым переносу газовой фазой.

В этих условиях движущей силой процесса является разность между давлением паров летучего компонента у поверхности расплава металла и над холодильником (конденсатором).

Ч ак как температурный интервал диффузионного насыщения медью кадмия в рассматриваемых случаях не превышает 900оС и лимитирующей стадией процесса в этих условиях является перенос вещества в газовой Фазе, то, 35, снижая разность температур между поверхностью металла в тигле и конденсатором (крышкой тигля), можно свести потери иа испарение практически до нуля. Таким образом при температуре крыаки 760-780"С, 40 близкой к температуре кипения кадмия, исключается термодинамическая возможность конденсации кадмия на крыше, т.е. практически полностью исключаются потери, связанные с ис- 45 парением и конденсацией кадмия вне расплава.

Результатом ведения процесса в защитной атмосфере является снижение безвозвратных потерь металла на окисление.

Процесс получения лигатуры основан.на иэотермическим растворении меди в жидком кадмии (температура плавления кадмия 321 C) с последовательным увеличением концентрации меди до заданного состава. Выплавка лигатуры может осуществляться в среде защитного газа.

Очевидно, что для полного растворения эашихтованного количества меди dO температура изотермической выдержки должна превышать, или, в пределе, быть равной температуре ликвидус данного состава. Для состава лигатуры медь + 50 вес.% кадмия равна 660ОС.

В то же время температура изотермической выдержки не должна превышать точки кипения чистого кадмия (7670C) так как в начальной стадии процесса растворения в тигле находятся медь и расплав чистого кадмия, перегрев которого выше температуры его кипения приведет к смене характера процесса переноса, а именно от переноса испарением на перенос кипением, то есть произойдет вскипание расплава, резкое возрастание давления в объеме тигля под крышкой, станет возможным выброс металла, его возгорание и, как следствие, значительно возрастут безвозвратные потери летучего компонента. Оптимальная темпера- тура процесса плавки и разливки лигатуры состава 50% Си и 50% Cd равна 730+10 С.

Время выдержки 20-25 мин для сплава данного состава равно времени полного растворения меди в кадмии при условии, что шихтовым материалом являются нарезанные на "карточки" стандартные листы катодной меди.

В силу вышеиэложенйого невозможно провести выплавку лигатуры медь +30% кадмия с одной иэотермической выдерж- . кой, так как температура ликвидус данного сплава равна 850оС, что значительно выше температуры кипения кадмия. Это приводит нак к необходивести процесс в две стадии, иэ них на первой получить расплав состава медь + 50% кадмия и остаток нерастворившейся меди по режиму плавки

50% лигатуры, после чего провести выдержку при 880С С в течение 10-12мин (время полного растворения остатка меди при заданной температуре) до получения сплава необходимого состава.

Температура 870-890ОС выбрана иэ условия, что температура выдержки меньше температуры кипения сплава состава медь + 50% кадмия, равной

8970С ° с

Пример . В графитовый тигель индукционной печи вворачивают сливной графитовый носок, закрывающийся асбестовой пробкой. На дно тигля укладывают "карточки" мелко нарезанной катодной меди, на медь кладут куски кадмия при соотношении

1:1. Тигель закрывают просушенной

1асбоцементной крышкой, снабженной со стороны расплава асбестовым экраном. В крышку для нагрева ее вмонтирован электрический нагреватель.

Контроль эа температурой на крышке печи осуществляется хров ельалюминиевой термопарой. ТемПература на поверхности крышки, обращенной к металлу, поддерживается равной 770оС.

Через штуцер, вмонтированный в крьиаку, ечь продувается и заполняется инертным газом. Включается нагрев шихты, и температура поднимается до

836178

Формула изобретения

Предложенный способ получения лигатуры медь

+ 50% кадмия

0,1-0,2 40-45 мин

Предложенный способ получения лигатуры медь — 30% кадмия

0,2-0,3 60-55 мин

М без учета подготовительных и заключительных операций.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет в 3 раза снизить величину потерь при плавке лигатур примерно в 3 раза, увеличить производительность процесса..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

45 1. Научные доклады Высшей школы, серия "Иеталлургия", 1958, 9 1, с. 71-75.

Составитель В. Бадовский

Редактор Н(. Рожкова Техред С,. Мигунова Корректор Н.Швыдкая

Заказ 2838/14, Тираж 681 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

730ВС, далее следует изотермическая выдержка 25 мин и слив готового металла через графитовый носок без разгерметизации тигля. После этого крышка снимается, тигель и носок счищаются от остатков металла, и процесс повторяется. Таким образом готовится лигатура медь + 50% кадмия.

Лигатура состава медь + 30% кадмия имеет те же предварительные технологические операции; состав шихты

3:7, однако вводится вторая выдержка при температуре 880оС в течение

10 мин, после чего осуществляется разлив готового металла. .Результаты опытных плавок, выполненных данным способом, приведены в табл..

Известный способ 0,5-1,0 1,5-3 ч

Кроме того, способ позволяет выплавить лигатуру медь + 30% кадмия, выплавка которой невозможна при ис.пользовании известного способа °

Предлагаемый способ выплавки ли-! гатуры в печи, закрытой обогреваемой крышкой, технически прост, не требует существенной модернизации серийно выпускаемых промышленных печей и может быть осуществлен практически в любых производственных условиях.

Выплавка лигатуры и собственно сплава с использованием лигатуры являются экономически целесообразными.

1. Способ выплавки медно-кадмиевой лигатуры, включающий загрузку шихты в тигель с крышкой, нагрев и

20 изотермическую выдержку шихты при заданной температуре, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения потерь кадмия и повышения производительности способа, температуру д внутренней поверхности крышки тигля поддерживают в пределах 760-780вС.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что,с целью выплавки лигатуры медь + 50 вес.% кадмия, шихту выдерживают при температуре720-740ОС в течение 20-25 мин.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю - шийся тем, что, с целью выплавки лигатуры медь + 30 вес.% кадмия, шихту выдерживают при температуре 720-7400С в течение 20-25 мин, затем повышают температуру до 870890ОС и выдерживают в течение 1012 мин.

4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а40 ю шийся тем, что выплавку лига- туры осуществляют в среде защитного газа.