Спосіб одержання безперервнолитої заготовки з міді

1. Спосіб одержання безперевнолитої заготовки з міді або її сплавів у вакуумі, що включає переплавлення міді або її сплавів у графітовому тиглі, подачу розплаву в кристалізатор, розташований вертикально, витягування одержаної безперервнолитої заготовки через порожнисту графітову вставку, яку встановлюють по осі кристалізатора, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня порожнистої графітової вставки виконана конусною. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що одночасно з установкою порожнистої графітової вставки, внутрішня поверхня якої виконана конусною, по осі кристалізатора вертикально вводять придатну для одержання біметалевої безперервнолитої заготовки вставку з металу або сплаву іншого складу, наприклад, сталі. Винахід відноситься до металургії, зокрема, безперервного лиття металів і сплавів, а також метизному виробництву і може бути використаним як для одержання монолітної безперервнолитої заготовки з відходів кольорових металів або біметалічної безперервнолитої заготовки, так і для одержання сталевого або сталемідного дроту. Відомий спосіб [1], що представляє традиційну технологію одержання дротової заготовки-катанки з вторинної міді, відповідно до якого плавлення мідних відходів роблять у тиглі індукційної печі під шаром деревного вугілля і флюсу, після розплавлювання метал розливають на злитки, що піддаються електролітичному рафінуванню з наступним розплавлюванням катодних пластин, виливанням злитків круглого перетину, нагріванням і прокаткою їх на круглу заготовку. Недоліками відомого способу є складність і ненадійність забезпечення захисту від окислювання поверхні мідного розплаву при переплавленні, а також поверхні одержуваної заготовки; трудомісткість і велика тривалість здійснення процесу одержання заготовки, обумовлені численністю необхідних технологічних операцій; періодичність здійснення процесу одержання мідної заготовки; значні витрати енергії і матеріалів. Відомий спосіб одержання мідної катанки безпосередньо з рідкого металу на установках безперервного лиття фірми «Оутокумпу кастформ» [2], що припускає розплавлювання мідних відходів в індукційній печі під шаром деревного вугілля, виливання злитків, процес електролітичного рафінування і плавлення катодних мідних пластин в індукційній печі, подачу розплаву в індукційну роздавальну піч, з наступним безперервним литтям заготовки за допомогою графітового тигля, установленого вертикально, і витягаючої машини, розташованої над роздавальною піччю і постаченої притискними роликами, з наступним періодичним (рух - пауза) витягуванням і подачею отриманої заготовки до намотувального устаткування. Недоліками способу є труднощі в забезпеченні якісної поверхні одержуваної заготовки й у цьому зв'язку необхідність здійснення різнопланового, трудомісткого багатостадійного процесу підготовки мідного розплаву до безперервного розливання, що припускає для захисту дзеркала металу в плавильній печі покриття її шаром деревного вугілля товщиною 150...170мм, а в роздавальній - шаром (19) UA (11) 75731 (13) C2 (21) 20040503380 (22) 06.05.2004 (24) 15.05.2006 (46) 15.05.2006, Бюл. № 5, 2006 р. (72) Тітова Тамара Михайлівна, Большаков Вадим Іванович, Луньов Валентин Васильович, Бялік Гарій Абрамович, Адамчук Станіслав Іванович, Ноговицин Олексій Володимирович, Павлюченков Ігор Олександрович, Огурцов Анатолій Павлович (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ІМ. З.І. НЕКРАСОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 71857 A, пріор. 31.12.2003, публ. 15.12.2004 SU 1570838 A1, 15.06.1990, 15.06.1990 SU 1340891 A1, 30.09.1987 RU 2188097 C2, 27.08.2002 3 75731 4 лускатого графіту товщиною 80...100мм, а також Порівняння способу, що заявляється, із протопостійну подачу в розливну частину установки типом показує, що спосіб, що заявляється, відріззахисного газу під тиском, регульованому в проценяється тим, що в процесі подачі розплаву в криссі переливу розплаву; наявність декількох індукталізатор у ньому встановлюють порожню ційних печей, пристроїв і машин для формування графітову вставку конусоподібної форми. катанки (так, тільки довжина лінії для безперервВинахід пояснюється кресленням, де на Фіг.2 ного лиття катанки складає 24м); циклічність здійсхематично показано загальний вид пристрою для снення процесу одержання мідної безперервнолиздійснення способу одержання монолітної або тої заготовки, необхідної для очищення поверхні біметалічної безперервнолитої заготовки з відхощо формується безперервнолитої заготовки від дів міді у вакуумі. домішок. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким Відомий спосіб одержання заготовки з кольочином. рових і дорогоцінних металів і сплавів [3], що приМетал або сплав 1, розплавляють у графітопускає розплавлювання металевої шихти в графівому тиглі 2 і подають у графітову вставку 3, з котовому тиглі, встановленому в індукційній печі, нусоподібною внутрішньою поверхнею, розміщену надходження розплаву в порожню циліндричну у водоохолоджуваному кристалізаторі 4. графітову втулку, розміщену в порожнині кристаліДля одержання безперервнолитої біметалічної затора, подачу води в нижню частину кристалізазаготовки з конусоподібною внутрішньою поверхтора на заготовку, що формується, і циклічне витянею в порожню графітову вставку з конусоподібгування її з кристалізатора валками, що тягнуть. ною внутрішньою поверхнею вводять сталеву заНедоліком відомого способу є труднощі в заготовку 5 з металу або сплаву іншого складу. безпеченні якісної поверхні при подачі води для Отриману монолітну або біметалічну безпереохолодження безпосередньо на гарячу поверхню рвнолиту заготовку витягають з порожньої конусозаготовки, яка тільки що сформувалася, тому що подібної графітової вставки. при циклічному її витягуванні в момент початку Всі операції здійснюють у вакуумній камері 6. руху, так називаного «ривка», можливі обрив і Сутність способу, що заявляється, полягає в утворення неспаїв на поверхні заготовки, Поверхнаступному. ня такої заготовки показана на малюнку (Фіг.1). Установка порожньої конусоподібної графітоНайбільш близьким аналогом до способу, що вої вставки в кристалізаторі створює неоднакові заявляється, за технічною сутністю і результатом, умови для формування коркового шару безперерякий досягається, є відомий спосіб одержання мовнолитої заготовки, сприяє прискоренню протіканнолітних або біметалічних безперервнолитих загоня процесу спрямованої кристалізації поверхневотовок з мідних відходів або сплавів у вакуумі, що го шару безперервнолитої заготовки в нижній включає, переплав мідних відходів або сплавів у частині вставки і створює сприятливі умови для графітовому тиглі, подачу мідного розплаву в крипостійного витиснення домішок і интерметаллитсталізатор (одночасно з подачею сталевої заготоных фаз, що утворяться, локально зосереджених у вки у випадку одержання біметалічної безперервповерхневому шарі, у прилеглі верхні незатверділі нолитої заготовки) і витягування отриманої шари заготовки. Внутрішня конусна поверхня грамонолітної або біметалічної безперервнолитої фітової вставки сприяє зменшенню швидкості кризаготовки з постійною швидкістю. сталізації у верхній частині кристалізатора і збільНедоліком відомого способу є складність у дошенню тривалості перебування тут розплаву в сягненні якісної поверхні і безперешкодного витярідкому стані, що необхідно як для збільшення гування монолітної або біметалічної безперервнотеплопередачі через постійно наявну двофазну литої заготовки при її формуванні, можливість зону до переміщуваних нижніх шарів заготовки, обриву заготовки вже на самому початковому етатак і для надходження через неї в рідкий розплав пі процесу безперервного лиття. домішок і интерметалітів, що накопляються у нижЗадача, розв'язувана передбачуваним виначе розташованих шарах заготовки, що кристалізуходом, складається в досягненні безперервного, ються. рівномірного і безперешкодного витягування моЗатвердіння безперервнолитої заготовки здійнолітної або біметалічної безперервнолитої загоснюється в процесі переміщення її по порожній товки, що формується в кристалізаторі. графітовій вставці, у верхній частині якої, що розРішення поставленої задачі досягається тим, міщена в зоні нагріву, відбуваються процеси конщо в процесі подачі розплаву в кристалізатор у вективного теплообміну, а в нижній частині, що ньому встановлюють порожню графітову вставку знаходиться поза зоною нагріву, переважають конусоподібної форми, а при одержанні біметалічпроцеси дифузійного масопереносу. Розрахунки ної безперервнолитої заготовки в процесі подачі локальної концентрації домішкових елементів, розплаву в кристалізатор одночасно з установкою розчинених у міді, свідчать, що вміст кисню, свинпорожньої графітової вставки конусоподібної фоцю і миш'яку в 10-ти мікрометровому прошарку рми по осі кристалізатора вводять заготовку з мерозплаву, що безпосередньо примикає до фронту талу або сплаву іншого складу, наприклад, сталі. кристалізації, у кілька разів перевищує їхній вміст у Технічний результат, одержуваний при рішенні мідному розплаві, це дозволяє забезпечити рафіпоставленої задачі, складається в можливості нування розплаву. одержання монолітної або біметалічної безперерЗдійснення процесу формування безперерввнолитої заготовки з міцною і бездефектною повенолитої заготовки в порожній графітовій вставці з рхнею. конусною внутрішньою поверхнею створює також сприятливі умови для витиснення кисню, домішок 5 75731 6 свинцю і миш'яку, які є в мідних відходах, що перішньою конусною поверхнею, розміщену у водоореплавляються, і, що накопичуються по ходу плавхолоджуваному кристалізаторі; ки, у графітовій вставці, у тигель, де в умовах ва- витягування отриманої монолітної або бімекууму можливе видалення домішок з розплаву за талічної безперервнолитої рахунок випаровування. заготовки. При здійсненні процесу затвердіння безперерУ ході проведення 1-3-ї серій експериментів внолитої заготовки безпосередньо в порожній отримані монолітні і біметалічні безперервнолиті графітовій вставці також немає необхідності в часзаготовки, що відрізняються високоякісною повертих зупинках при переміщенні заготовки і постійхнею міді і її сплавів, а біметалічні - з бездефектному розігріві шарів, що закристалізувалися, для ною границею контакту шарі мідь-сталь. формування двофазної зони, необхідної для запоАналіз якості мідного та мідьвміщуючого шару внення вільного простору, що утвориться при вимонолітної і біметалічної заготовок, отриманих за тягуванні заготовки і є причиною формування неваріантами 1-3, показав відсутність на поверхні суцільностей, що ведуть до її обриву. дефектів ливарного походження: окислів, тріщин, Як приклад практичного здійснення способу рванин і т.д. одержання, що заявляється, монолітної або бімеВізуальний огляд поверхні монолітних безпеталічної безперервнолитої заготовки в умовах ларервнолитих заготовок, отриманих при проведенні бораторної бази Запорізького національного техні4-го експерименту, дозволив виявити наявність чного університету (ЗНТУ) зроблено випробування рванин і тріщин. Відзначено кілька випадків обриву запропонованого способу. заготовок у процесі їхнього витягування, що приВиконано кілька серій експериментів. водило до складного переналагодження устаткуЯк шихту для одержання мідного розплаву вивання для продовження експерименту. користовували відходи міді. Графітову вставку з Проведені експерименти показали можливість конусністю, що складає 5°, розміщали в кристаліодержання монолітних і біметалічних безперервзаторі, внутрішня поверхня якого мала таку ж конолитих заготовок з бездефектною поверхнею при нусність. виливанні і формуванні їх у порожній графітовій У першій серії експериментів одержували мовставці з внутрішньою конусною поверхнею в умонолітну безперервнолиті заготовки круглого перевах вакууму. тину діаметром 8...12мм. Як випливає з вищенаведеного, спосіб, що заВ другій серії експериментів одержували бімеявляється, дозволяє порівняно просто, використоталічні безперервнолиті заготовки, для чого одновуючи тільки порожню графітову вставку з внутрічасно з мідним розплавом, що надходить у порожшньою конусною поверхнею, здійснити ню графітову вставку, у неї подавали сталеву формування монолітних і біметалічних безперервзаготовку діаметром 2,5-3мм. нолитих заготовок з якісною і міцною поверхнею і У третій серії експериментів як шихту використаким чином вирішити, поставлену задачу. товували мідний сплав, що містить свинець і олоДжерела інформації, прийняті до уваги при во. У процесі одержання монолітної безперервноскладанні заявки: литої заготовки здійснювали переривчасте 1. Ватрушин Л.С., Осинцев В.Г., Козырев А.С. (поштовх - зупинка) витягування її з порожньої Бескислородная медь. -М.: Металлургия. - 1982. графітової вставки з внутрішньою конусною пове192с. рхнею, розміщеної в кристалізаторі. 2. Стасовский Ю.Н. Концепция современных У четвертій серії експериментів для одержаннаучных и технологических аспектов организации ня монолітної безперервнолитої заготовки викорипроизводства полуфабрикатов из цветных металстовували відходи міді. При цьому для формуванлов в Украине с комплексом качественных показаня монолітної безперервнолитої заготовки телей, соответствующих мировому уровню, с учевикористовували порожню циліндричну графітову том прогрессивных тенденций мировой практики // вставку. Металл и литье Украины. - 2000, №9-10.-С.39-45. Усі технологічні операції у всіх серіях експери3. Марукович Е.И., Брановицкий А.М., Харьков ментів робили у вакуумній камері при залишковоВ.А. Расчет затвердевания цилиндрической нему тиску 2х10-3мм. рт. ст. прерывнолитой отливки // Литье и металлургия. Одержання монолітної або біметалічної заго2001. - №2. - С.25-29. товки здійснювали при послідовному виконанні 4. Экологически безопасная ресурсосбереганаступних операцій: ющая технология производства нового вида мате- розміщення мідних відходів і сталевої загориалов на базе промышленных отходов / Т.М. Титовки усередині вакуумної камери; това, В.В. Лунев, И.А. Павлюченков и др. // - розплавлювання відходів міді в графітовому Сборник научных статей «Экология и здоровье тиглі індукційної печі; человека. Охрана водного и воздушного бассей- подача розплаву міді, а у випадку одержання нов. Утилизация отходов». - Харьков. - 2003.- т.2. біметалічних заготовок, одночасна подача сталеС.303-308. вої заготовки в порожню графітову вставку з внут 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 75731 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601