Development of technology for conducting melting and flux composition for melting copper alloys

АННОТАЦИЯ

В данной статье даётся описание агрегата для плавки медных сплавов  методом электрошлакового переплава, результаты исследования по определению состава флюсов для плавки медных сплавов, в том числе латуни и бронзы. Экспериментальные исследования по переплаву велись на установке однофазной электрошлаковой печи. Данная установка однофазная, питается от сварочного трансформатора ТС – 500. В качества измерительных прибор применяли К – 50, с помощью которого можно замерять силу тока как на одном электроде, так на двух или трех, вольтаж,  мощность.

ABSTRACT

Тhis article describes a unit for melting copper alloys by electroslag remelting, the results of a study to determine the composition of fluxes for melting copper alloys, including brass and bronze. Experimental research on remelting was conducted on the installation of a single-phase electroslag furnace. This unit is single-phase, powered by a welding transformer TS-500. As a measuring device used K-50, which can be used to measure the current strength on one electrode, so on two or three, voltage, power.

Ключевые слова: флюсы, медные сплавы, плавка, угар, шихта, диффундирования водорода, кокс, электрод, электродуговой (электрошлаковой) печь, индукционную печь, нагрева шихты.

Keywords: fluxes, copper alloys, melting, carbon monoxide, charge, hydrogen diffusing, coke, electrode, electric arc (electroslag) furnace, induction furnace, charge heating.

Во всем мире проводятся целевые научно-исследовательские работы по созданию научных основ усовершенствования конструкций плавильных агрегатов, разработке технологии ведения плавки медных сплавов, производство которых сильно сказывается на окружающую среду ввиду токсичности продуктов сгорания. В этом направлении приобретает особое значение проведение научных исследований как обеспечение эффективной технологии плавки, обеспечение ресурсосбережения и уменьшение выбросов в атмосферу.

Ведущие учёные мира разработали различные технологии ведения плавки медных сплавов и конструкции печей для осуществления разработанных технологий. Для снижения потерь металла в виде угара, были разработаны ряд конструкций плавильных агрегатов.

В Республике Узбекистан ведутся работы по усовершенствованию технологии плавки медных сплавов, позволяющих снизить угар металла, обеспечив тем самым ресурсосбережение, а также по разработке конструкций плавильных агрегатов, с целью повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции. В том числе, проводятся объемные исследования как повышение эффективности ведения плавки, применение новых защитных материалов и конструкций для обеспечения этих технологий. Ввиду этого, необходимо повысить приоритет проводимых научно-исследовательских работ по усовершенствованию конструкций плавильных печей, повышению ресурсосбережения металла и снижению вредного воздействия на окружающую среду.

Исследователи Узбекистана разработали технологию снижения безвозвратных потерь меди с отвальными шлаками, установлен механизм шлакообразования и определены возможные процессы взаимодействия твёрдых и жидких фаз при плавке, разработаны основы переработки отходов производства для снижения потерь металла.

Несмотря на большие достижения исследований в области плавки медных сплавов, существует немало нерешенных проблем. Например, не разработана технология ведения плавки медных сплавов обеспечивающая ресурсосбережение при оплавлении шихты. Все исследования проводились в основном в электрических печах сопротивления, газовых печах, индукционных печах, обработка флюсами велась только на поверхности жидкой ванны. Основные исследовательские работы проводились над физико-химическими процессами между металлом и атмосферой печи, исследовались процессы диффундирования водорода и окисных включений за счёт нарушения целостности окисной плёнки над жидкой ванной. Не были учтены изменения характера воздействия углерода при различных температурах. Не проводились исследования по изучению процесса перегрева металла, а также не учитывались восстановительные свойства углерода в составе флюса. Разработка технологии обработки при плавке меди и его сплавов, предотвращающей угар металла является актуальной и научно-практической задачей.

Экспериментальная часть

Так как удельное сопротивление кокса велико, то кокс под воздействием проходящего тока нагревается и доводится до белого каления. При этом на поверхности кокса образуются продукты сгорания, кокс горит только на поверхности, что приводит к неполному горению.

По мере нагревания кокса и его обгорания по поверхности, уровень засыпки снижается, и верхний электрод опускают ниже. После того, как кокс приобретает достаточную температуру, производят засыпку флюса из соответствующих компонентов.

Процесс ведения плавки осуществлялась как в электродуговой (электрошлаковой) печи, так и в индукционной печи и печи сопротивления. Процессы плавки проводились в нескольких режимах: с нагревом шихты перед загрузкой в индукционную печь, без нагрева шихты перед загрузкой в индукционную печь, с нагревом шихты перед загрузкой в печь сопротивления, без нагрева шихты перед загрузкой в печь сопротивления, с нагревом шихты перед загрузкой в электрошлаковую печь, без нагрева шихты перед загрузкой в электрошлаковую печь, с применением флюса перед загрузкой в индукционную печь, без применения флюса перед загрузкой в индукционную печь, с применением флюса перед загрузкой в печь сопротивления, без применения флюса перед загрузкой в печь сопротивления, с применением флюса перед загрузкой в электрошлаковую печь, без применения флюса перед загрузкой в электрошлаковую печь. Результаты исследования показали, что применение защитного покрова флюса позволяет снизить количество угара на несколько процентов. Однако состав флюса в значительной мере влияет на угар металла. В то же время нагрев шихты до температуры 400-450 ⁰С позволяет снизить содержание газовых и окисных включений в расплаве.

Как видно из проведенных исследований, содержание неметаллических включений в электрошлаковой печи наиболее высокие. Для определения оптимального режима нагрева шихты провели второй этап плавок медных сплавов. В таблице 1 приведены результаты исследований при различных температурах нагрева шихты перед загрузкой для плавки.

Таблица 1.

Результаты плавок при различных температурах нагрева шихты перед загрузкой для плавки

Для выявления эффективности плавки с нагревом шихты, процесс нагрева осуществляли в четыре температурных режимах: с нагревом до 200-250 ⁰С, 300-400 ⁰С, 450-550 ⁰С, 600-700 ⁰С. По результатам исследований можно сделать вывод, что наиболее эффективным режимом нагрева шихты является нагрев в интервале температур 450-550 ⁰С. Видимо это связано с тем, что с нагревом шихты свыше 600 ⁰С образуются поверхностные поры в шихте, которые в свою очередь поглощают газовые включения.

Список литературы:
1. Тарасов А.В. Новое в металлургии меди // Цветные металлы, 2002 г. №2. С 38-45.
2. Мечев В.В., Быстров В.П., Тарасов А.В. и др. Автогенные процессы в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1991. 413 с.
3. Санакулов К.С., Хасанов А.С. Переработка шлаков медного производства, Ташент «Фан», АН РУз., 2007 г. С. 225
4. Купряков Ю.П. Шлаки медеплавильного производства и их переработка. – М.: Металлургия, 1987. – 201 с.
5. Ожогина Е.Г., Браницкая Е.С., Ануфриева И. и др. Анализ и выбор способов переработки металлургических шлаков // Цветные металлы, 2002 г. №8. С. 26-30
6. Якубов М.М. Сравнительная оценка эффективности различных материалов при восстановлении магнетита в шлаковом расплаве //Кimyo va kimyo texnologiyasi, 2004. №3-4. С. 56-58