CS276483B6

CS276483B6 - Process for producing alloys of copper with metals being characterized by high melting point

Info

Publication number: CS276483B6
Application number: CS893051A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Cvrcek; Pavel Ing Sefl; Aftanas Ing Csc Galik
Original assignee: Vyzk Ustav Kovu
Priority date: 1989-05-22
Filing date: 1989-05-22
Publication date: 1992-06-17
Also published as: CS305189A3

Abstract

Způsob výroby slitin mědi s kovy o vyso-’ kó teplotě táni, například s chromém, na elektrické obloukové peci jednofázové nebo třífázová, která se upravuje na plazmovou pec nahrazením klasických elektrod dutými uhlíkovými nebo grafitovými elektrodami, jimiž se do elektrického oblouku vhání směs argonu s amoniakem. Kov o vysoké teplotě táni, například chrom, se potom přisazuje do místa, kde se plazma dotýká hladiny roztavené mědi, čímž ji místně přehřívá.Method of production of copper alloys with metals of \ t a melting point, e.g. electric arc furnace single phase or three-phase, which is converted to plasma furnace by replacing conventional electrodes hollow carbon or graphite electrodes into an electric arc injecting a mixture of argon with ammonia. High metal melting point, e.g. then it is placed in the place where the plasma is touches the level of molten copper, bringing it overheating locally.

Description

Vynález se týká způsobu výroby slitin mědi s kovy o vysoké teplotě tání, například s chromém, popřípadě výroby předslitiny mědi a vysokým obsahem těchto kovů, která je určena pro další legování.The invention relates to a process for the production of copper alloys with metals with a high melting point, for example with chromium, or for the production of a copper master alloy with a high content of these metals, which is intended for further alloying.

Přímé legování kovového elektrolytického nebo aluminotermického chrómu do roztavené mědi na běžných otevřených i vakuových pecích kelímkových nebo kanálových je spojeno s nepřekonatelnými výrobními potížemi, které způsobují, že takto vyrobená slitina obsahuje částečně nerozpuštěný chrom, má vysoký obsah oxidů nebo karbidů chrómu a je značně naplyněná. Výrobky, popřípadě polotovary z takovýchto slitin jsou nehomogenní a tedy použitelné jen omezeně. Stejné potíže nastávají i při výrobě předslitiny mědi s obsahem například 5 až 20 % hmot, chrómu, určené pro následné legování. Kovový chrom, vyznačující sa ve srovnáni s mědí nižší měrnou hmotnosti, mnohem vyšší teplotou tání a vysokou afinitou ks kyslíku, se ještě před svým roztavením, nebo rozpuštěním, povléká na povrchu vrstvou fluidů, které jsou překážkou jeho rozpouštěni v mědi. Zvýšeni rychlosti rozpouštěni chrómu v médi působením přehříváni tavsniny nsni ani na indukčních, ani na vakuových pecích realizovatelné z důvodu intenzivního odpařování mědi a také proto, že neexistuji vyzdívky pece, které by odolaly přehřáté slitině, popřípadě při přehřátí nezpůsobovaly oxidaci chrómu. Přehřátí taveniny mědi na vysokou teplotu blízkou teplotě tání chrómu, jakou lze dosáhnout ku přikladu při výrobě slitiny na obloukové psci, můžs sice napomoci urychleni rozpouštění chrómu nebo jiných kovů s vysokou teplotou tání, je však provázeno nežádoucím přechodem nižších oxidů chrómu do taveniny. Zmíněné oxidy potom již nelže žádným způsobem ze slitiny odstranit.Direct alloying of metallic electrolytic or aluminothermic chromium into molten copper on conventional open and vacuum crucible or channel furnaces is associated with insurmountable manufacturing difficulties which cause the alloy thus produced to contain partially undissolved chromium, a high content of chromium oxides or carbides and is highly gasified. Products or semi-finished products from such alloys are inhomogeneous and therefore of limited use. The same difficulties arise in the production of a copper master alloy with, for example, 5 to 20% by weight of chromium, intended for subsequent alloying. Metallic chromium, characterized by a lower specific gravity, a much higher melting point and a high affinity of oxygen compared to copper, is coated on the surface with a layer of fluids which prevent it from dissolving in the copper before it melts or dissolves. An increase in the rate of dissolution of chromium in the medium due to superheating of the melt is not feasible on either induction or vacuum furnaces due to intensive evaporation of copper and also because there are no furnace linings which resist overheated alloy or do not cause chromium oxidation when overheated. Overheating the copper melt to a high temperature close to the melting point of chromium, such as in arc dog alloy production, can help accelerate the dissolution of chromium or other high melting point metals, but is accompanied by the undesirable transition of lower chromium oxides into the melt. Said oxides can then no longer be removed from the alloy in any way.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby slitin mědi s kovy o vysoké teplotě táni, například s chromém, podle vynálezu, jehož podstatou je, že měň se roztavi v elektrické obloukové peci s dutými uhlíkovými nebo grafitovými elektrodami, při působeni argon-vodíkové plazmy, vytvářené například zaváděním směsi argonu a amoniaku do těchto elektrod se do takto roztavené měděné lázně přisazuje kov o vysoké teplotě táni, například chrom, do místa vymezeného na povrchu lázně mědi přímým působením plazmy, vznikající v elektrickém oblouku z plynů proudících nejméně jednou dutou elektrodou.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the process for the production of copper alloys with high-melting metals, for example chromium, according to the invention, which consists in melting the copper in an electric arc furnace with hollow carbon or graphite electrodes under argon-hydrogen plasma. by introducing a mixture of argon and ammonia into these electrodes, a high-melting metal, such as chromium, is added to the molten copper bath to a location defined on the surface of the copper bath by direct plasma formation in an electric arc from gases flowing through at least one hollow electrode.

V důsledku vysokého místního přehřátí lázně mědi v místě, kam je přisazován kov o vysoké teplotě táni, například chrom, se tento snadno a bez výše uvedených problémů v lázní médi rozpouští. Odlití slitiny, případně předslitiny na bázi mědi, se provádí například sklopením pece nebo odpichem do přistavené kokily. Kov o vysoké teplotě táni, například chrom, je v mědi rozpouštěn v redukující atmosféře, přičemž je přisazován do nejteplejši části lázně mědi, přehřáté místně plazmou vznikajicí průchodem plynu, jako je například argon ve směsi s amoniakem, dutými uhlíkovými nebo grafitovými elektrodami, mezi nimiž hoří elektrický oblouk.Due to the high local overheating of the copper bath at the point where the high melting point metal, such as chromium, is added, it dissolves easily and without the above-mentioned problems in the copper bath. The casting of the alloy or copper-based master alloy is carried out, for example, by tilting the furnace or tapping it into an ingot mold. A high-melting metal, such as chromium, is dissolved in the copper in a reducing atmosphere, added to the warmest part of the copper bath, superheated locally by a plasma formed by the passage of a gas such as argon mixed with ammonia, hollow carbon or graphite electrodes, burning electric arc.

Způsob výroby slitiny mědi s kovy o vysoké teplotě tání, například s chromém, podle vynálezu má řadu výhod. Lázeň roztavené mědi je plazmou přehřívána na teplotu potřebnou k rozpuštění kovu o vysoké teplotě táni, například chrómu, jen místně, takže lázeň mědi chrání vyzdívku nístěje před nadměrným tepelným namáháním. Kov o vysoké teplotě táni, například chrom, je rozpouštěn v redukční atmosféře, čímž jsou odstraněny problémy s jeho popřípadě přítomnými nebo vznikajícími oxidy. Uhlíkové nebo grafitové elektrody nejsou v přímém doteku a vyráběnou slitinou, takže nehrozí její nauhličeni. Předslitina vyrobená podle vynálezu je naplyněna vodíkem, který působí příznivě při následné výrobě slitiny obsahující například jedno hmotnostní procento chrómu, a to tím, že napomáhá odplyněni lázně mědi a odstraněni oxidických vměstků v ni popřípadě přítomných. V důsledku stabilizace oblouku argonem, proudícím z elektrod, klesají nároky na účinnost automatické regulace polohy elektrod. K vytvářeni plazmy je misto drahých plazmových hořáků využito podstatně lacinějších uhlíkových nebo grafitových elektrod, opatřených po celé délce otvorem pro průchod plynu, umístěným v ose elektrody.The process for producing a copper alloy with high melting point metals, such as chromium, according to the invention has a number of advantages. The molten copper bath is superheated by the plasma to the temperature required to dissolve the high-melting metal, such as chromium, only locally, so that the copper bath protects the hearth lining from excessive thermal stress. A high melting point metal, such as chromium, is dissolved in a reducing atmosphere, thereby eliminating problems with any oxides present or formed. Carbon or graphite electrodes are not in direct contact with the produced alloy, so there is no risk of its carburization. The master alloy produced according to the invention is gasified with hydrogen, which has a favorable effect in the subsequent production of an alloy containing, for example, one percentage by weight of chromium, by aiding in degassing the copper bath and removing any oxide inclusions present therein. Due to the stabilization of the arc by argon flowing from the electrodes, the demands on the efficiency of the automatic regulation of the position of the electrodes decrease. Instead of expensive plasma torches, substantially cheaper carbon or graphite electrodes are used to generate the plasma, provided along the entire length with a gas passage located in the axis of the electrode.

Uvedený způsob je dále popsán a blíže vysvětlen na konkrétních příkladech.The method is further described and explained in more detail by means of specific examples.

CS 275 483 B6 2CS 275 483 B6 2

Příklad 1Example 1

Výroba slitiny mědi, legované chromém na jednofázové peci;Production of chromium-alloyed copper alloy in single-phase furnaces;

Do kelímku jednofázové obloukové pece se na půdní elektrodu vsadí 20 kg elektrolytické mědi. Těsné nad vsazenou mě3 se spustí svisle umístěná grafitová elektroda průměru 100 mm, délky 700 mm, s osovým otvorem průměru 3 mm a pse se uzavře víkem. Do elektrody se počne zavádět argon tokem 7 litrů za minutu za normálního tlaku a teploty.20 kg of electrolytic copper is placed on the soil electrode in a crucible of a single-phase arc furnace. Just above the insert me3, a vertically positioned graphite electrode 100 mm in diameter, 700 mm long, with an axial hole 3 mm in diameter is lowered and the dog is closed with a lid. Argon is introduced into the electrode at a flow rate of 7 liters per minute at normal pressure and temperature.

Zapne se pecní trasformátor o napětí naprázdno 70 voltů, schopný dodávat taviči proud 2 000 ampér. Po vytěsněni vzduchu z tavícího prostoru pece se svislá elektroda sníží na dotek se vsazenou mědi, čímž se zapálí elektrický oblouk. Po roztaveni veškeré vsazené mědi se svislá elektroda ustaví do vzdálenosti 3 až 5 cm od hladiny mědi a do proudu argonu se počne mísit plynný amoniak tokem 0,3 litrů za minutu zá normálního tlaku a teploty. Po vyčištění hladiny mědi od popřípadě přítomných oxidických vměstkň se otvorem ve víku pece vpraví do prostoru mezi svislou elektrodou a hladinou mědi postupně cclken 2 kg drceného kovového chrómu. Po rozpuštění chrómu se zastaví přívod amoniaku, vypne se pecní transformátor a při nepřerušeném toku argonu svislou elektrodou se vyrobená slitina neprodleně odleje do předem vyhřátých kokil.A 70 volt no-load furnace transformer capable of supplying 2,000 amps melting current is turned on. After the air is expelled from the melting space of the furnace, the vertical electrode is lowered to contact the inserted copper, thereby igniting an electric arc. After all the copper charged has melted, the vertical electrode is set at a distance of 3 to 5 cm from the copper level and ammonia gas is stirred into the argon stream at a flow rate of 0.3 liters per minute at normal pressure and temperature. After cleaning the copper level of any oxide inclusions present, 2 kg of crushed metallic chromium are gradually introduced into the space between the vertical electrode and the copper level through an opening in the furnace lid. After the chromium has dissolved, the ammonia supply is stopped, the furnace transformer is switched off and, in the case of a continuous flow of argon through the vertical electrode, the alloy produced is immediately poured into preheated molds.

Příklad 2Example 2

Výroba slitiny mědi legované chromém na třífázové peci: 'Production of chromium-alloyed copper alloy in a three-phase furnace: '

Pro výrobu slitiny mědi s chromém se víko sklopné třífázové obloukové pece na 120.kg kovu upraví, a to tak, aby dovolovalo umístění tří elektrod v šikmé poloze, pod úhlem 30 až 45 stupňů od vodorovné roviny a tím, že osy elektrod se protínají uvnitř pece v bodě pod úrovní předpokládané nejvyěšl hladiny kovu, přičemž elektrody jsou umístěny souměrně okolo svislé osy pece. Ve středu víka se vytvoří uzavíratelný otvor pro přisazování chrómu. Tavba se zahájí zaváděním argonu tokem 7 litrů za minutu za normální teploty a tlaku, do každé ze tří grafitových elektrod průměru 40 mm, délky 1 000 mm, s osovým otvorem průměru 6 mm po celé délce elektrody. Po vypuzení vzduchu z pecního prostoru se zapne pecní transformátor o napětí naprázdno 70 voltů, schopný dodávat tavící proud 500 ampér každou ze tří elektrod a sblížením elektrod až na vzájemný dotek se zapálí elektrický oblouk. Postupně se sázecím otvorem ve víku vsadí celkem 100 kg elektrolytické mědi, přičemž jsou elektrody postupně vysouvány tak, aby se nedotýkaly tvořící se lázně kovu. Po vsazení veškeré mědi je na boční výpustný žlábek sklopné obloukové pece nasazena válcová grafitová kokila, a to tak, že uzaylrá prostor pece, potom je započato s míšením plynného amoniaku tokem 0,3 litrů za minutu za normálních teploty a tlaku, do výše uveděného proudu argonu, každou ze tři elektrod. Po roztaveni veškeré vsazené mědi a vyčištění její hladiny jako v příkladu 1, je středovým otvorem ve víku vsazeno postupně 20 kg drceného kovového chrómu. Po rozpuštění veškerého chrómu je pec sklopena na stranu upevněné kokily, čímž dojde k odlití vyrobené slitiny. Potom se vypns přívod amoniaku, vypne se pecní transformátor a kokila se odejme od pece, potom je pec sklopena zpět do vodorovné polohy a tak ihned připravena k další tavbě.For the production of a copper alloy with chromium, the lid of a tilting three-phase arc furnace on 120 kg of metal is adjusted to allow the three electrodes to be placed in an oblique position at an angle of 30 to 45 degrees from the horizontal plane and the electrode axes intersecting inside of the furnace at a point below the level of the assumed highest metal level, the electrodes being placed symmetrically about the vertical axis of the furnace. A closable opening for the addition of chromium is created in the center of the lid. Melting is initiated by introducing argon at a flow rate of 7 liters per minute at normal temperature and pressure, into each of three graphite electrodes 40 mm in diameter, 1,000 mm long, with an axial hole 6 mm in diameter along the entire length of the electrode. After expelling the air from the furnace space, the furnace transformer is turned on at a no-load voltage of 70 volts, capable of supplying a melting current of 500 amps to each of the three electrodes, and by bringing the electrodes closer to each other, an electric arc is ignited. A total of 100 kg of electrolytic copper is gradually inserted through the insertion hole in the lid, the electrodes being gradually extended so as not to touch the metal bath formed. After all the copper has been fed, a cylindrical graphite mold is placed on the side outlet of the tilting arc furnace by closing the furnace space, then mixing ammonia gas at a flow rate of 0.3 liters per minute at normal temperature and pressure into the above stream is started. argon, each of the three electrodes. After melting all the copper used and cleaning its level as in Example 1, 20 kg of crushed metallic chromium are successively inserted through the central hole in the lid. After all the chromium has dissolved, the furnace is tilted to the side of the fixed mold, whereby the produced alloy is cast. The ammonia supply is then switched off, the furnace transformer is switched off and the mold is removed from the furnace, then the furnace is tilted back to a horizontal position and is thus immediately ready for further melting.

Claims

PATENT CLAIMS

Process for the production of a copper alloy with high-melting metals, for example chromium, characterized in that the copper is melted in an electric arc furnace with hollow carbon or graphite electrodes under the action of argon-hydrogen plasma formed, for example, by introducing a mixture of argon and ammonia into the electrode so attaches a high-melting metal, such as chromium, to the molten copper bath to a location defined on the surface of the bath.

3 CS 276 483 B6 copper by the direct action of plasma, formed in an electric arc burning between the electrodes, from gases flowing through at least one hollow electrode. '