ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2024
Просмотров: 53
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3.2 Печи для выплавки вторичных бронз и латуней
При производстве меди и сплавов на ее основе из вторичного сырья на отечественных и зарубежных заводах используют различные плавильные агрегаты: стационарные, поворотные и вращающиеся отражательные печи; дуговые электропечи, индукционные канальные и тигельные печи, шахтные и печи других типов. На отечественных предприятиях вторичной цветной металлургии выплавку оловянных бронз осуществляют в отражательных печах, безоловянных - в отражательных и индукционных канальных печах. Латуни получают в основном в индукционных печах и реже - в отражательных.
Характеристика отражательных печей для выплавки сплавов на медной основе
| | Стационарные печи | | | |
| Показатели | | | | Поворотные печи |
| | I | п | Ш | |
| | 20 | 26,5 | 36 | 15 |
| Площадь пода, м2. | 9 | 7,4 | 9,6 | |
| Объем ванны, м3. | - | 3,2 | 4,36 | 2.0 |
| Габаритные размеры, мм: | | | | |
| | 7000 | 5200 | 7680 | 5500 |
| | 3900 | 3480 | 4140 | 3865 |
| высота (от уровня по- | | | | |
| ла) | 5500 | 3500 | 3830 | 4886 |
Выплавку вторичных оловянных и безоловянных бронз проводят в однокамерных отражательных печах двух типов: стационарных (рис.48) и поворотных (рис.49). Емкость стационарных отражательных печей составляет от 11,4 до 36 т, поворотных 15 т. Техническая характеристика печей дана в табл.24.
Для футеровки отражательных печей применяют хромомагнезитовый, магнезитохромитовый, динасовый и шамотный кирпич. Под и шлаковый пояс продольных и торцовых стен печи футеруют хромомагнезитовый и реже магпезитохромитовым кирпичом. Для кладки стен и свода используют перечисленные огнеупоры, исключая шамотный. Свод не имеет тепловой изоляции, что позволяет оперативно проводить его ремонт. Стойкость свода составляет 1,5-6,0 мес. Загрузочные окна и подвижные заслонки охлаждаются водой. Печи отапливают жидким или газообразным топливом. Движение топочных газов - подковообразное (печь рециркуляционного типа). Загрузку в печь шихты и флюсов, а также перемешивание расплава производят напольной мульдозавалочной машиной грузоподъемностью до 3 т. Шлак с поверхности металла снимают через рабочие окна в шлаковницы. Готовый металл выпускают непосредственно из летки на разливочную машину конвейерного типа или выливают в ковши.
Работа печей в комплексе с миксером позволяет сократить простой в период разлива металла и повысить производительность плавильного агрегата на 15-20%. Отходящие газы после предварительного охлаждения очищают от пыли и возгонов в рукавных фильтрах. В отдельных случаях тепло газов отражательных печей используют в воздухонагревателях.
Для плавки сплавов па медной основе из вторичного сырья наибольшее распространение получили электрические индукционные печи. По сравнению с пламенными печами они обеспечивают меньшие потери цветных металлов, просты по конструкции, создают лучшие санитарно-гигиенические условия труда.
3.3 Практика и показатели выплавки бронз и латуней
Выплавку бронз из вторичного сырья осуществляют в отражательных печах па переходящей ванне (остается от предыдущей плавки или наплавляется специально). Масса металла в переходящей ванне обычно составляет 30-40 % от массы загружаемой шихты. Перед загрузкой шихты печь разогревают до температуры 1350-1450° С, после этого грузят легковесное сырье (стружку, выштамповку, сетку, оборотные материалы). Крупногабаритный лом и черновую бронзу подают в печь в последнюю очередь. Компонентами покровного флюса являются кальцинированная сода [60 % (по массе)] и плавиковый шпат (40%). Расход покровного флюса составляет 1,2-2,4% от массы шихты. Рафинирующие флюсы могут иметь следующий состав, % (по массе): 96-медная окалина и 4-песок или 30-натриевая селитра, 45 - медная окалина, 15 - песок.
Перемешивание сплава в печи производят с помощью завалочной машины. Образующийся шлак скачивают через загрузочное окно в шлаковницу-отстойник; в последней происходит частичное отстаивание увлеченного шлаком сплава. Для удаления вредных примесей (железа, алюминия, кремния, сурьмы) загружают рафинирующий флюс, состав и количество которого определяют наличием примеси и ее количеством. По завершении рафинирования в печь вводят легирующие добавки (олово, свинец и др.) и ванну тщательно перемешивают для получения однородного сплава. Температуру металла перед разливом поддерживают на уровне 1100-1150°С.
При плавке расход условного топлива составляет 210-250 кг на 1 т готовой продукции. Съем сплава в сутки с 1 м2 площади пода печи равен 18-20 т. При плавлении шихты в печи поддерживают нейтральную или близкую к нейтральной атмосфере. Газы на выходе из печи содержат 0,6-2,0% 02 и 2-3% СО. Извлечение металлов в готовую продукцию составляет 93 - 94,5%, в оборотные материалы 3-4%, в шлаки переходит 1,5-2,5%. В шлаках от выплавки бронз содержание металлического сплава составляет 7-12%; содержание других компонентов характеризуется следующими данными, %: 22-28 Si02, 12-17 А120з, 5-9 Са, 8-14 Na20, 4-8 Fe. Шлаки используют при выплавке вторичной черной меди и бронзы.
Для производства безоловянных бронз используют поворотные отражательные и индукционные печи. В отражательную печь с переходящей ванной для предохранения металла от окисления загружают сухой древесный уголь. Вместо древесного угля применяют криолит (1 - 2% от массы металла), плавиковый шпат кальцинированную соду. Расход флюсов составляет 2-4% от массы шихты. Затем загружают расчетное количество легирующих элементов (алюминия, железа, марганца). В последнюю очередь грузят бронзовые и медные отходы. После полного расплавления шихты и тщательного усреднения расплава снимают шлак. Готовый металл разливают в чушки при температуре 1100-1150°С.
Технология получения безоловянной бронзы в электрических печах аналогична описанной. Перед выпуском из индукционной печи в ковш безоловянную бронзу разогревают до температуры 1200-1250°С. В отражательных печах извлечение металлов в готовую продукцию составляет 93,5-94,5%, в оборотные продукты 4,0 - 4,5%. Эти же показатели для индукционных печей равны 95-96 и 3,0-3,5% соответственно. Удельный расход условного топлива составляет 300-320 кг/т сплава, для получения 1 т сплава в индукционных печах расходуют 350-380 кВт-ч электроэнергии.
Латуни различных марок (свинцовистые, кремнистые и др.) из вторичного сырья получают в основном в индукционных канальных печах. Плавку ведут на переходящей ванне (так называемом "болоте"), объем которой составляет 35-45% общего объема. Химический состав "болота" должен соответствовать марке выплавляемой латуни. Если состав предыдущей плавки резко отличается от состава последующей, то в этом случае "болото" расшихтовывают. Иногда печь промывают подготовительным сплавом. В первую очередь в печь загружают стружку вместе с флюсом. Марганец или кремний вводят в расплавленную ванну металла и после их полного усвоения загружают очередную порцию шихты. Съем шлака производят при выключенной электропечи. Перед разливом латуни разогревают до температуры 1000-1080°С. Готовый сплав направляют в электромиксер или на разливочный конвейер. Миксеры используют при литье сплавов в кристаллизаторы машин непрерывного или полунепрерывного действия.
При выплавке латуней в индукционных печах извлечение металлов в готовую продукцию составляет 92,9 - 95,3%, в оборотные материалы переходит 3,0-4,7%; расход электроэнергии изменяется в пределах315-370 кВт-ч/т сплава, суточная производительность печей равна 36-50 т. Шлаки от выплавки латуней из вторичного сырья содержат (в виде сплава и окислов), %: 15-30 Си, 30 - 50 Zn, 0,5-1,0 Pb, 2-13 Si02, 1,5-6,0 Na20, 0,5-3,5 Fe. Их выход в зависимости от характера и состава перерабатываемого сырья изменяется от 3 до 5% от массы шихты. При выплавке свинцовистых латуней шлаки получаются "полусухими", и содержание в них металлической фазы достигает 35-40%.
Исследования, выполненные в Уральском политехническом институте (УПИ), показали, что наиболее рациональна отдельная переработка шлаков от выплавки вторичных бронз и латуней электротермическим способом. Электроплавка шлаков (после предварительного выделения крупных корольков сплава) с добавкой 5 - 6% коксика и 8-10% извести от их массы позволяет получать отвальные шлаки с содержанием 0,3-0,4% Си, 2,0-3,5% Zn. При этом в сплав, пригодный для получения бронз или латуней, извлекают 93-95% Си; 80% РЬ; 85-90% Sn и 8-10% Zn. В возгоны переходит 82 - 86% всего цинка.
3.4 Рафинирование бронз и латуней
Рафинирование медных сплавов проводят с целью снижения содержания растворимых газов (водорода, кислорода) и удаления взвешенных неметаллических включений и примесей {железа, серы, алюминия, кремния, марганца и др.).
Большинство вредных примесей в медных сплавах удаляют путем продувки расплава воздухом, паром или подачи медной окалины. Образующаяся или поступившая с окалиной закись меди окисляет металлы-примеси и серу:
Cu20 + Afe-"2Cu - | - МеО-2Cu20 + Cu2S->-6Cu + S02.
Окислительное рафинирование проводят при температуре 1100-1160°С. Расход твердых окислителей составляет 0,5-1,0% от массы расплава. Для ускорения процесса рафинирования окислители вмешивают в расплав. Продувка жидкого сплава воздухом и паром приводит к интенсивному окислению и возгонке цинка, в меньшей степени олова, поэтому этот метод рафинирования применим к бронзам, в которых содержание цинка не превышает 3%.
Для восстановления растворенной в медных сплавах закиси меди используют раскислители: фосфор, литий, бор, кальций и др. Но наиболее широко применимым раскислителем является фосфор, вводимый в виде фосфористой меди {8-15% Р). Процесс основан на образовании пятиокиси фосфора, возгоняющейся при 359°С:
5Cu20 + 2P-vP2
05 + 10Cu.
Для медных сплавов применяют и комбинированное раскисление. Так, в случае оловянистых бронз большую часть кислорода удаляют фосфором, а остатки кислорода - за счет присадки лития. При этом получают металл с мелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами. Для повышения эффективности п упрощения использования лития как раскислителя целесообразно использовать литиевые патроны - герметичные цилиндры из меди, наполненные литием (5 - 100 г), литиевые патроны вводят в готовый для разливки металл, затем сплав перемешивают, отстаивают в течение 2-3 мин и разливают.
Раскисление фосфором расплавленных латуней практически нецелесообразно, так как цинк медноцинкового сплава имеет высокое сродство к кислороду.
Другой важный источник водорода - углеводороды, присутствующие в восстановительной атмосфере пламенных нечем. Заметная диссоциация метана начинается с (500°С, при 800°С диссоциирует около 40% метана.
Для сокращения газонасыщенности металла водородом в плавильные печи должна поступать сухая шихта, процесс плавки следует вести при слабоокислительной или нейтральной атмосфере.
1 - зернистый фильтр; 2 - графитовая втулка; 3 - кристаллизатор
Дегазация медных сплавов в основном сводится к удалению из расплава водорода, так как из общего количества растворенных газов на его долю приходится 95-98%. Для дегазации сплавов на медной основе применяют продувку расплава инертными газами: азотом, аргоном. Установка для дегазации медных сплавов состоит из ковша для жидкого металла, вакуумной камеры и системы подачи азота или аргона. В днище ковша установлены пористые втулки, через которые вдувают инертный газ под давлением 200-300 к11а. Втулки (пористые элементы) изготавливают из огнеупорной массы, в состав которой могут входить графит, корунд, карборунд и глина. Продувка инертным газом в течение 6-10 мин позволяет снизить в 2-4 раза содержание водорода в сплаве.
Следует иметь в виду, что продувка вызывает дополнительные потерн цинка и свинца. Поэтому этот способ дегазации медных сплавов на нашел широкого распространения.
Простым и эффективным методом рафинирования сплавов от неметаллических включений является фильтрация. В качестве зернистых фильтров можно использовать дробленые алунд, магнезит, плавленые фториды кальция и магния. Толщина фильтрующего слоя составляет 60-150 мм, размер зерна 5-10 мм. Фильтрация позволяет в два-три раза снизить содержание в сплаве неметаллических включений. При фильтрации происходит также частичная дегазация металла.