PL192694B1 - Sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej, składający się z przygotowania przedstopu cynku z miedzią i tytanem oraz wytwarzania z przedstopu i cynku czystego stopu cynku, zwłaszcza do produkcji blach, znamienny tym, że przedstop cynku z miedzią i tytanem przygotowuje się w piecu elektrycznym indukcyjnym niskiej częstotliwości wsadując do pieca w kolejności około 70% części wagowych cynku, po stopieniu którego i osiągnięciu temperatury około 800°C dodaje się określoną masę gąbki tytanowej i miedzi metalicznej oraz resztę cynku metalicznego, po czym stapia się składniki stopowe i następnie utrzymuje się temperaturę kąpieli na poziomie około 850°C przez okres do 1 godziny w czasie której dokonuje się homogenizacji stopu przez mieszanie prądami wirowymi, po czym ujednorodniony przedstop o temperaturze 850 - 860°C odlewa się do form w postaci wlewków, które wprowadza się do kąpieli cynku rektyfikowanego o temperaturze w granicach 690 - 750°C, korzystnie zawartej w zbiorniku poza syfonowym zamknięciem kondensatora kolumny redestylacyjnej cynku i wytwarza się stop cynku z miedzią i tytanem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej zawierającego miedź i tytan.

Znany sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej z polskiego opisu patentowego nr 72862 polega na tym, że oddzielnie przygotowuje się stop wstępny (zaprawę) złożony z cynku oraz tytanu i ewentualnie innych dodatków stopowych a z kolei otrzymany stop stapia się w kąpieli cynku metalicznego.

Stop wstępny (przygotowawczy) cynku z tytanem przygotowuje się w ten sposób, że na dno tygla lub wanny o znacznej głębokości pieca do topienia metali ogrzanej do temperatury 200°C ładuje się w kawałkach nieznaczną ilość cynku umożliwiającą przykrycie dna tygla lub wanny pieca. Cynk kierowany do wytwarzania zaprawy posiada czystość 99,99% wagowych Zn. Następnie na ściśle ubitą warstwę cynku ładuje się do tygla warstwę topnika (żużla). Topnik składa się z chlorku magnezu i chlorku sodu zmieszanych z nieznaczną ilością chlorku cynku uprzednio odwodnionym. Chlorki magnezu i sodu miesza się w stosunku wagowym jak 7:3.

Dodatek chlorku cynku ma głównie na celu obniżenie temperatury topnienia topnika.

Przed załadowaniem do tygla chlorki magnezu i sodu suszy się najpierw w temperaturze 150°C a następnie wspólnie stapia się je w temperaturze około 500°C i odpędza wodę związaną (higroskopijną). Operację obróbki chlorków prowadzi sięaż do uspokojenia kąpieli chlorków to znaczy do momentu odparowania wody. Sole pozbawione wody wylewa się z naczynia w którym dokonywano ich obróbki. Następnie rozdrabnia się skrzepnięte topniki i przechowuje w naczyniu hermetycznie zamkniętym.

Na warstwę topnika ładuje się do tygla z kolei metaliczny tytan najkorzystniej w postaci rozdrobnionej - proszku tytanowego o ziarnistości poniżej 5 mm. Kierowany do tygla metaliczny tytan może posiadać nawet dość znaczne zanieczyszczenia w zależności od sposobu jego otrzymywania. Tytan ten może stanowić rozdrobnioną gąbkę tytanową otrzymaną przykładowo przez redukcję TiCl4, przy pomocy zwłaszcza sodu. Gąbka, tytanowa zawiera znaczne ilości sodu i chlorku sodu. Te składniki nie muszą być usuwane przed skierowaniem gąbki tytanowej jako wsadu do tygla, znanymi metodami na przykład w procesie rektyfikacji lub przez traktowanie kwasem. Warstwę tytanu ściśle ubija się. Na warstwę metalicznego tytanu nakłada się warstwę czystego cynku, którą także ściśle ubija się. Z kolei na warstwę cynku nakłada się warstwę topnika, metalicznego tytanu i cynku. Ilość układanych na przemian warstw topnika, tytanu i cynku zależy od głębokości tygla lub wanny pieca, ale nie powinna przekraczać 2/3 jego wysokości. W warstwie topnika, tytanu i cynku, ilość tytanu a także topnika w stosunku do cynku nie przekracza 3% wagowych.

Na ułożoną ostatnią warstwę czystego cynku w tyglu układa się warstwę topnika, warstwę sproszkowanego tytanu oraz cynku i na wierzch warstwę rozdrobnionej miedzi elektrolitycznej najkorzystniej miedź beztlenową. Z kolei na warstwę miedzi ładuje się do tygla warstwę topnika, warstwę sproszkowanego tytanu, warstwę cynku i warstwę miedzi. Ostatnią warstwę miedzi przykrywa się topnikiem. W warstwie topnika, tytanu, cynku i miedzi ilość tytanu wynosi 27% wagowych Ti w stosunku do masy razem wziętej miedzi i tytanu a najkorzystniej 29% atomowych Ti w stosunku do całości miedzi i tytanu. Ilość natomiast cynku w stosunku do miedzi ma się co najmniej jak 1:1. Ilość topnika nie przekracza zawartości tytanu w stosunku do masy wszystkich metali zawartych w warstwie.

W całej masie przygotowywanego wsadu w stosunku do cynku ilość tytanu nie przekracza 3% wagowych, ilość miedzi 30% wagowych a ilość topnika wynosi od 3 do 5% wagowych w stosunku do wszystkich składników stopu wstępnego.

Po załadowaniu tygla materiałem wsadowym podgrzewa się go do temperatury 400°C po czym podwyższa się intensywnie temperaturę tygla, ale tylko do 900°C. W czasie podgrzewania najpierw stapia się cynk na dnie tygla oraz stopniowo w wyższych warstwach tygla. Już w tym okresie na samej granicy warstwy stopionego cynku i sproszkowanego tytanu dokonuje się dyfuzyjne rozpuszczanie tytanu w cynku i wytwarza się niskotopliwa eutektyka, przy czym tytan jako lżejszy ma tendencję poruszania się do góry w kierunku warstwy płynnego cynku a cynk natomiast spływa w dół do warstwy sproszkowanego tytanu. W miarę podnoszenia się temperatury całego wsadu topią się wszystkie warstwy cynku ułożone w tyglu oraz wszystkie warstwy topnika. Topnik po stopieniu jako lżejszy od tytanu przemieszcza się przez warstwę sproszkowanego tytanu. W czasie tego procesu sproszkowany tytan oczyszcza się z chlorku sodu, ponieważ ten związek topi się i przechodzi do kąpieli topników. Metaliczny sód zawarty w sproszkowanym tytanie podlega reakcji z chlorkiem cynku zgodnie ze wzorem:

PL 192 694 B1

ZnCl4 + 2Na = Zn + 2NaCl. Przechodzenie cynku do kąpieli metalowej następuje aż do momentu ustalenia równowagi między kąpielą metalową a kąpielą solną zawierającą chlorek sodu i cynku. Metaliczny magnez, który może być zawarty w sproszkowanym tytanie podlega reakcji z chlorkiem sodowym zgodnie ze wzorem: 2NaCl + Mg = MgCl2 + 2Na.

Powstały natomiast metaliczny sód oraz sód pozostający jeszcze w sproszkowanym tytanie wykorzystuje się jako odtleniacz stopu wstępnego lub także do związania chloru zawartego w tytanie. Płynny topnik po przejściu przez warstwę sproszkowanego tytanu przepływa warstwę cynku i kolejne warstwy wsadu aż do powierzchni kąpieli metalowej tworzącego się stopu wstępnego. W czasie tego ruchu topnik oczyszcza tytan z chlorku sodowego, sodu chloru i ewentualnie magnezu oraz z kolei powstały sód odtlenia zwłaszcza miedź lub tytan oraz redukuje zawarty w tytanie TiCl4 do tytanu metalicznego. W górnej części tygla po stopieniu cynku następuje od dołu oddziaływanie na tę warstwę cynku warstwą tytanu i topnika a od góry w warstwę cynku opada miedź i rozpuszcza się w płynnej kąpieli cynkowej. Nie rozpuszczone kawałki miedzi lub powstała faza międzymetaliczna cynku i miedzi o wyższej temperaturze topnienia od 900°C przechodzi do następnej niższej warstwy kąpieli metalowej, ale nie osiąga dna tygla, ponieważ rozpuszcza się w cynku zawierającym mniejsze ilości miedzi. Po stopieniu całej masy wsadu przegrzewa się kąpiel w temperaturze około 50°C powyżej linii likwidus stanowiącej początek zakresu krzepnięcia wytworzonego stopu wstępnego a najkorzystniej w temperaturze do 850°C. Temperatura przegrzanej kąpieli metalowej nie powinna przekraczać 900°C. W przypadku stwierdzenia, że stop cynku zawiera jeszcze znaczne ilości zanieczyszczeń Na lub Mg albo Al, stop rafinuje się gazowym chlorem w temperaturze do 850°C. W czasie tej operacji tworzą się przede wszystkim chlorki sodu a także magnezu i aluminium, a na końcu dopiero tytan, a w dalszej kolejności cynku. Straty tych składników stopu są bardzo nieznaczne, przy utrzymaniu stechiometrycznie potrzebnej ilości gazowego chloru. Chlorki metali powstałe w czasie tej operacji wypływają z kąpieli i topią się z topnikiem (żużlem) pływającym na powierzchni kąpieli. Następnie utrzymując temperaturę kąpieli powyżej likwidusu miesza się kąpiel metalową przez okres do pół godziny przy pomocy mieszadła odpornego na korodujące działanie cynku. Wirnik mieszadła umieszcza się na 1/2 wysokości płynnej kąpieli metalowej. Tak przygotowany stop poddaje się uspokojeniu i po zdjęciu z jego powierzchni roztopionych soli odlewa się do form metalowych podgrzanych uprzednio od 150 do 200°C.

Roztopione sole zawraca się do następnej szarży wytwarzania wstępnego stopu cynku w ilości co najmniej 1/3 w stosunku do nowych składników topnika (chlorków).

Czysty cynk stapia się w oddzielnym piecu, najkorzystniej piecu indukcyjnym lub oporowym pod warstwą żużla w ilości około 2% wagowych w stosunku do kąpieli cynku, powstającego przy otrzymywaniu wstępnego stopu cynku. Warstwa żużla zawiera dodatek węgla drzewnego. Po stopieniu cynku temperaturę kąpieli podnosi się intensywnie do 500°C lub powyżej tej granicy i wprowadza się porcjami stop wstępny cynku z tytanem i miedzią do kąpieli macierzystej cynku. Ilość dodawanego stopu zależy od składu stopu końcowego. Oprócz przygotowanego stopu do kąpieli cynku kieruje się inne dodatki stopowe najkorzystniej w postaci zapraw przygotowanych zgodnie ze sposobem według wynalazku. W czasie dodawania zapraw miesza się kąpiel cynkową oraz także po dodaniu ostatniej porcji zaprawy przez około do pół godziny kontynuuje się mieszanie.

Następnie gwałtownie obniża się temperaturę kąpieli stopu cynkowego do temperatury 480°C lub poniżej tej granicy i ściąga się z powierzchni kąpieli żużel i zgary. Po czym odlewa się stop cynku o temperaturze około 480°C do form metalowych uprzednio ogrzanych od 150 do 200°C.

Znany sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej umożliwia uzyskanie stopu cynku zawierającego tytan, który ma tylko nieznaczne ilości wtrąceń gazowych jak: wodór, azot i tlen. Osiągnięcie tak niskiej zawartości gazowych wtrąceń w stopie cynku osiąga się dzięki sporządzeniu zaprawy cynku z tytanem przy współudziale topników. Sposób sporządzania zaprawy cynku z tytanem i innymi metalami umożliwia stosowanie tytanu o znacznej ilości zanieczyszczeń, które usuwa się w trakcie sporządzania tej zaprawy. Proces wytwarzania przedstopu i stopu dokonuje się w piecach topielnych elektrycznych lub płomiennych co może powodować zagazowanie stopu i utlenianie cynku spowodowane dużą różnicą temperatur topnienia cynku i składników stopowych oraz wysoką prężnością par cynku. W efekcie tego powoduje to straty w postaci zgarów a także nierównomierne rozłożenie składników w stopie cynkowym.

Znany sposób wytwarzania stopu cynkowego do produkcji blach z polskiego opisu patentowego nr 179322 (P-310265) polega na tym, że do kąpieli cynkowej o temperaturze od 650 do 800°C znajdującej się w kondensatorze pieca rektyfikacyjnego oraz ciśnieniu par cynku nad kąpielą od 10 do 100 mm słupa H2O albo do zbiornika usytuowanego pod kolumną rektyfikacyjną wprowadza się por4

PL 192 694 B1 cjami gąbkę tytanową w ilości od 0,1 do 0,3% wagowych w stosunku do ciężaru kąpieli cynkowej lub tytan w postaci metalicznej (litej). Kąpiel cynkowa zawiera minimum 99,995% wagowych Zn oraz maksimum do 0,003% wagowych Pb, oraz 0,003% wagowych Cu, oraz 0,002% wagowych Fe, 0,001% wagowych Sn, 0,001% wagowych Cu, 0,001% wagowych Al. Kierowana do kąpieli gąbka tytanowa zawiera minimum 99,7% wagowych Ti oraz maksimum do 0,01% wagowych C, 0,02% wagowych Fe, 0,01% wagowych Si, 0,03% wagowych Ni i 0,04% wagowych O2. Następnie do kąpieli cynkowej wprowadza się miedź w postaci granulatu lub metalicznej w ilości 0,1 do 1,2% wagowych w stosunku do ciężaru kąpieli cynkowej. Wprowadzana do kąpieli cynkowej miedź zawiera minimum 99,50% wagowych Cu, oraz maksimum do 0,003% wagowych Bi, 0,05% wagowych Pb, 0,05 wagowych Sb, 0,05% wagowych As, 0,05% wagowych Fe, 0,002% wagowych Ni i 0,002% wagowych Sn. Składniki stopowe mogą być spojone z cynkiem. Wtedy odważoną ilość dodatku stopowego ładuje się do formy odlewniczej i zalewa cynkiem zawierającym minimum 99,995% wagowych Zn a po skrzepnięciu poszczególne gąski kieruje się do kąpieli cynkowej.

Dodatki stopowe do kąpieli cynkowej kieruje się przez otwór wykonany w bocznej ścianie kondensatora pieca rektyfikacyjnego lub do otworu wypływu cynku z kondensatora pieca rektyfikacyjnego albo do syfonowego zbiornika usytuowanego pod kolumną rektyfikacyjną bezpośrednio lub za pomocą ceramicznego wtapniaka. Ceramicznym wtapniakiem obciąża się w kąpieli cynkowej zwłaszcza gąbkę tytanową lub tytan w postaci litej żeby składnik stopowy nie wypłynął na powierzchnię kąpieli cynkowej. Kąpiel cynkowa wraz z dodatkami stopowymi przepływa korzystnie przez półki kolumny rektyfikacyjnej co powoduje wprowadzenie w płynny cynk składników stopowych i wytworzenie roztworu w postaci kąpieli stopowej, która przepływa do odbieralnika i jest odlewana do form w postaci płyt lub bloków. Od wprowadzenia dodatków stopowych do kąpieli cynkowej do wypływu kąpieli stopowej czas związany ściśle z rektyfikacją wynosi do 8 godzin.

Uzyskiwany stop cynkowy zawiera co najmniej od 0,08 do 1,0% wagowych Cu oraz od 0,06 do 0,2% wagowych Ti a gdy zawartość tych składników jest wyższa żądany skład uzyskuje się, przez dodanie cynku o zawartości minimum 99,95% wagowych Zn w piecu przygotowującym stop do odlewania przykładowo taśmy, którą następnie poddaje się walcowaniu.

Znany sposób wytwarzania stopu cynkowego do produkcji blach umożliwia wprowadzenie tytanu do kąpieli cynkowej w warunkach bez dostępu powietrza tylko z kontaktem par cynku w hermetycznej przestrzeni. Pomimo tego warunki panujące w kondensatorze kolumny rektyfikacyjnej oraz różnice w szybkościach rozpuszczania w cynku, miedzi i tytanu, spowodowane różnicami w ich temperaturach topnienia oraz wielkościami powierzchni międzyfazowej ciało stałe - ciecz oraz pewnym stopniem utlenienia wprowadzanej do cynku zwłaszcza gąbki tytanowej ze względu na duże powinnowactwo do tlenu i czasokres przebywania cynku w kondensatorze, wynikający z wielkości produkcji i wymiarów kondensatora, w praktyce trudno ustalić takie parametry (warunki) technologiczne, które przy tym postępowaniu wprowadzenia miedzi i tytanu do cynku zapewniałyby otrzymywanie stopów cynkowych o stabilnym składzie chemicznym. Znany sposób ma również tą niedogodność, że produkowanie w kondensatorze kolumny rektyfikacyjnej stopów cynku z dodatkiem miedzi i tytanu ogranicza efektywność wykorzystywania cynku otrzymywanego w tej kolumnie do produkcji innych stopów cynku, gdyż będą one zanieczyszczone przez dłuższy okres czasu tymi metalami.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest ulepszenie sposobu wprowadzania tytanu i miedzi do cynku rektyfikowanego, który zapewni otrzymanie jednorodnego, pod względem składu chemicznego stopu cynku z miedzią i tytanem.

Wytyczone zadanie rozwiązuje sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej, składający się z przygotowania przedstopu cynku z miedzią i tytanem oraz wytwarzania z przedstopu i cynku czystego stopu cynku, zwłaszcza do produkcji blach, charakteryzujący się tym, że przedstop cynku z miedzią i tytanem przygotowuje się w piecu elektrycznym indukcyjnym niskiej częstotliwości wsadując do pieca w kolejności około 70% części wagowych cynku, po stopieniu którego i osiągnięciu temperatury około 800°C dodaje się określoną masę gąbki tytanowej i miedzi metalicznej oraz resztę cynku metalicznego, po czym stapia się składniki stopowe i następnie utrzymuje się temperaturę kąpieli na poziomie ok. 850°C przez okres do 1 godziny w czasie której dokonuje się homogenizacji stopu przez mieszanie prądami wirowymi, po czym ujednorodniony przedstop o temperaturze 850 860°C odlewa się do form w postaci wlewów, które wprowadza się do kąpieli cynku rektyfikowanego o temperaturze w granicach 690 - 750°C korzystnie zawartej w zbiorniku poza syfonowym zamknięciem kondensatora kolumny redestylacyjnej cynku i wytwarza się stop cynku z miedzią i tytanem. Stosunek wagowy zawartości miedzi do tytanu w stopie cynku wynosi 1,1:1,4. Stop cynku zawiera od

PL 192 694 B1

0,09 do 1,3% wagowych Cu oraz od 0,07 - 0,11% wagowych Ti. Przedstop cynku zawiera od 10 do 15% wagowych tlenu oraz od 8-15% wagowych tytanu. Wprowadzenie do kąpieli cynkowej o temperaturze 800°C gąbki tytanowej, miedzi oraz reszty cynku dokonuje się w dwóch etapach.

Sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej według wynalazku rozwiązuje trudności techniczne, przy otrzymywaniu przedstopu Zn-Cu-Ti i stopu cynku Zn-Cu-Ti wynikające głównie z różnicy temperatur topnienia miedzi i tytanu w stosunku do cynku, a także z niskiej temperatury wrzenia cynku 907°C, która jest niższa od temperatur topnienia składników stopowych i zróżnicowania w ciężarach właściwych cynku, miedzi i tytanu, które może doprowadzić do segregacji grawitacyjnej oraz z dużego powinnowactwa do tlenu tytanu i cynku. Postępowanie według wynalazku nie powoduje w czasie wytwarzania przedstopu i stopu cynku pojawiania się nadmiernej ilości fazy tlenkowej w zgarach. Sposób według wynalazku umożliwia przy niskich stratach cynku a szczególnie tytanu wytwarzanie przedstopu cynku zawierającego od 10 do 15% wagowych miedzi oraz od 8-15% wagowych tytanu, który nieoczekiwanie według przeprowadzonych oznaczeń ma temperaturę topnienia w granicach 675 do 685°C. Wzajemna relacja w zawartościach między miedzią i tytanem w przedstopach cynku może ulegać wahaniom w zależności od zapotrzebowania na skład chemiczny gotowych stopów Zn-Cu-Ti. Zmniejszenie zawartości tytanu i miedzi w wytwarzanych przedstopach nie obniża wyraźnie temperatury topnienia przedstopu cynku, ale powoduje konieczność stosowania wielkiej ilości przedstopu do wytwarzania stopu cynku. Odwrotnie zwiększenie zawartości tytanu w przedstopach powoduje podniesienie ich temperatury topnienia co w efekcie powodowałoby większe straty cynku wskutek parowania i utleniania. Wytworzenie stopu cynku sposobem według wynalazku w zbiorniku kolumny redestylacyjnej cynku nie powoduje zalegania miedzi na dnie zbiornika kondensatora i ma miejsce równomierne rozprowadzenie miedzi razem z tytanem w cynku rektyfikowanym. Powoduje to że stopień wykorzystania dodatków stopowych zwłaszcza tytanu w sumie przy wytwarzaniu przedstopu i stopu cynku jest znacznie wyższy niż w znanym sposobie wytwarzania stopu cynku do produkcji blach. Ponadto dzięki wprowadzeniu przedstopu cynku do kąpieli metalowej w zbiorniku kolumny redestylacyjnej cynku zmniejszyła się ilość tlenu w wytworzonym stopie cynku do przeróbki plastycznej.

Sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej według wynalazku polega na tym, że przygotowuje się przedstop cynku z miedzią i tytanem a następnie otrzymany stop wstępny stapia się w kąpieli cynku rektyfikowanego korzystnie w kąpieli cynku rektyfikowanego w zbiorniku poza syfonowym zamknięciem kondensatora kolumny redestylacyjnej cynku.

Wytwarzanie przedstopu cynku z tytanem i miedzią prowadzi się w piecu elektrycznym indukcyjnym niskiej częstotliwości. W tym celu przygotowuje się określoną masę cynku rektyfikowanego oraz gąbki tytanowej i kawałki miedzi katodowej lub korzystniej miedzi beztlenowej w zależności od przewidywanego składu chemicznego przedstopu. Do pieca najpierw wsaduje się około 70% masy cynku rektyfikowanego, który stapia się a następnie kąpiel metalową podgrzewa się do temperatury około 800°C i wprowadza się do stopionego cynku w kolejności gąbkę tytanową, miedź oraz resztę cynku. Dla lepszego wykorzystania pojemności roboczej pieca dodawanie gąbki tytanowej, miedzi i reszty cynku wykonuje się w dwóch etapach. Po wprowadzeniu tych składników piec zamyka się, ażeby ograniczyć dostęp tlenu. Kolejność wprowadzania poszczególnych składników stopowych odgrywa dużą rolę, związaną głównie z ograniczeniem utlenienia gąbki tytanowej. Tytan wprowadzony w pierwszej kolejności do stopionego cynku jest w nim częściowo zanurzony a wprowadzenie na niego miedzi oraz reszty cynku powoduje zanurzenie gąbki tytanowej w kąpieli metalowej cynku co ogranicza jej utlenianie. Po załadowaniu składników stopowych piec intensywnie ogrzewa się, ażeby nastąpiło nagrzanie i rozpuszczenie składników stopowych w cynku. Topiący się cynk w górnej partii wsadu spływa w dół ograniczając tym samym utlenianie gąbki tytanowej. Pod koniec topienia zmniejsza się intensywność ogrzewania pieca, ażeby ograniczyć straty cynku przez parowanie. Po osiągnięciu przez kąpiel temperatury około 850°C przeprowadza się proces homogenizacji stopu przez mieszanie go prądami wirowymi przy takich parametrach które nie powodują wzrostu temperatury metali. Proces homogenizacji prowadzi się przez okres 30 minut do 1 godziny. Po homogenizacji stopo temperaturze około 850°C odlewa się do formy.

Sposób wytwarzania stopu cynku z tytanem i miedzią jest bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.

Przykład I

Do pieca indukcyjnego wsaduje się 15 części wagowych cynku rektyfikowanego. Cynk ten zawiera minimum 99,995% wagowych Zn oraz maksimum do 0,003% wagowych Pb, do 0,003 wagowych Cd, do 0,002% wagowych Fe, 0,001% wagowych Sn, do 0,001% wagowych Al. Cynk rektyfiko6

PL 192 694 B1 wany topi się w piecu i po osiągnięciu przez kąpiel temperatury 800°C wprowadza się około dwie części wagowe gąbki tytanowej oraz około 2 części wagowe kawałków drutu miedzianego. Kierowana do kąpieli gąbka tytanowa ma granulację od 12 - 25 mm i zawiera minimum 99,60% Ti, 0,021% wagowych Fe, 0,002% wagowych Si, 0,012% wagowych Ni, 0,005% wagowych Al, 0,009% wagowych Cr, 0,002% wagowych Sn, 0,031% wagowych Mg, 0,002% wagowych Mn, 0,005% wagowych C, 0,05% wagowych O2, 0,004% wagowych N2 i 0,083% wagowych Cl. Wprowadzona do kąpieli cynkowej miedź zawiera minimum 99,99% wagowych Cu + Ag oraz maksimum do 0,0001% wagowych Bi, 0,0006% wagowych Pb, 0,0001% wagowych Sb, 0,0001% wagowych As, 0,0006% wagowych Fe, 0,0005% wagowych Ni, 0,0001% wagowych Sn, 0,0005% wagowych Zn, 0,0015% wagowych S, 0,0020% wagowych Ag, 0,0002% wagowych Te i 0,0002% wagowych Se. Na powierzchni drutu miedzianego kładzie się wlewek albo wlewki cynku rektyfikowanego o masie 3 części wagowych. Następnie piec zaczęto intensywnie nagrzewać celem stopienia wsadu. Po stopieniu składników stopowych wsaduje się resztę gąbki tytanowej, miedzi i cynku. Operacja wsadowania i topienia trwa około 20 minut. Łącznie do przygotowania przedstopu zużyto 20 części wagowych cynku oraz po 3,73 części wagowych gąbki tytanowej oraz miedzi. Przewidywana zawartość miedzi i tytanu w otrzymanym przedstopie, przy założeniu braku strat cynku wskutek parowania i utleniania oraz tytanu wskutek utleniania winny wynosić: 13,39% wagowych miedzi oraz 13,39% wagowych tytanu. Po stopieniu całości wsadu piec zasilano małym prądem wystarczającym do utrzymania temperatury kąpieli na poziomie 850°C, który równocześnie zapewnia mieszanie kąpieli i homogenizację przedstopu indukowanymi prądami wirowymi. Temperaturę kąpieli mierzono za pomocą termopary PtRh-Rh zanurzonej w kąpieli. Po 1 godzinie homogenizacji przedstop odlano do formy. Uzyskano 25,5 części wagowych przedstopu oraz 2 części wagowe zgarów. Analiza chemiczna przedstopu wykazała w nim następujące zawartości: 13,43% wagowych Cu i 11,17% wagowych Ti. W zgarach zawartość miedzi kształtowała się na poziomie 12,5% wagowych a tytanu - 14,8% wagowych. Oznaczona temperatura topnienia przedstopu wynosiła 685°C.

W przynależnym do kolumny redestylacyjnej cynku kondensatorze skrapla się średnio 1000 części wagowych cynku rektyfikowanego na 1 godzinę, które zbiera się w zbiorniku rozdzielonym zamknięciem syfonowym. Cynk rektyfikowany wypływający ze zbiornika kondensatora zawiera minimum 99,99% wagowych cynku i do 0,005% wagowych Cd. Do cynku rektyfikowanego o temperaturze 720°C zawartego w zbiorniku kondensatora kolumny redestylacyjnej poza zamknięciem syfonowym w ciągu 1 godziny wprowadza się w sposób ciągły partiami 8,2 części wagowych jednolity przedstop cynku z miedzią i tytanem o zawartości 13,43% wagowych Cu i 11,17% wagowych Ti. Przedstop cynku wtapia się w cynk rektyfikowany i dodatkowo na drodze do zbiornika odlewniczego wytwarzany stop cynku ulega uśrednieniu. Stop cynku o temperaturze do 500°C odlewa się w jednotonowe bloki. Stop ten zawiera 0,09% wagowych Ti i 0,11% wagowych Cu.

P r z y k ł a d II

Do pieca indukcyjnego wsaduje się 18 części wagowych cynku rektyfikowanego. Cynk ten zawiera minimum 99,99% wagowych Zn oraz maksimum do 0,005% wagowych Pb, 0,005% wagowych Cd, 0,003% wagowych Fe, 0,001% wagowych Sn i 0,002% wagowych Cu. Cynk rektyfikowany stapia się w piecu i po osiągnięciu temperatury 800°C do kąpieli metalowej wprowadza się około 2 części wagowych gąbki tytanowej oraz około 2 części wagowych kawałków drutu miedzianego. Kierowana do kąpieli metalowej gąbka tytanowa ma granulację od 12-25 mm i zawiera minimum 99,60% wagowych Ti i 0,066% wagowych Cl, 0,02% wagowych Fe, 0,033% wagowych O2, 0,003% wagowych Si, 0,014% wagowych Ni, 0,005% wagowych C, do 0,005% wagowych Al, 0,012% wagowych Cr, 0,002% wagowych Sn, 0,016% wagowych Mg, do 0,002% wagowych Mn i 0,01% wagowych N2. Wprowadzona do kąpieli cynkowej miedź zawiera minimum 99,99% wagowych Cu+Ag oraz maksimum do 0,0005% wagowych Bi, 0,001% wagowych Pb, 0,001% wagowych Sb, 0,001% wagowych As, 0,001% wagowych Fe, 0,001% wagowych Ni, 0,001% wagowych Sn, 0,001% wagowych Zn, 0,002% wagowych S oraz 0,001% wagowych O2 i 0,0005% wagowych P. Na powierzchnię drutu miedzianego kładzie się wlewek albo wlewki cynku o masie około 3,5 części wagowych. Następnie piec intensywnie nagrzewa się celem stopienia wsadu. Po stopieniu zawsadowano resztę gąbki tytanowej, miedzi i cynku. Operacja wsadowania i topienia trwała około 20 minut. Łącznie do przygotowania przedstopu zużyto 24 części wagowe cynku rektyfikowanego oraz po 3,73 kg gąbki tytanowej oraz miedzi. Przewidywane zawartości miedzi i tytanu w otrzymanym przedstopie, przy założeniu braku strat cynku wskutek parowania i utleniania oraz tytanu wskutek utleniania winny wynosić: 11,85% wagowych miedzi oraz 11,85% wagowych tytanu. Po stopieniu całości wsadu piec zasilano małym prądem wystarPL 192 694 B1 czającym do utrzymania temperatury na poziomie 850°C, który równocześnie zapewnia mieszanie kąpieli i homogenizację przedstopu indukowanymi prądami wirowymi. Temperaturę kąpieli mierzono za pomocą termoelementu PtRh-Pt zanurzonego w kąpieli. Po 1 godzinie homogenizacji przedstop odlewano do formy. Uzyskano 30 części wagowych przedstopu oraz 1 część wagowa zgarów. Analiza chemiczna przedstopu wykazała w nim następujące zawartości: 12,64% wagowych Cu i 9,74% wagowych Ti. Zawartość miedzi w zgarach kształtowała się na poziomie 12,01% wagowych Cu a tytanu 13,68% wagowych Ti. Oznaczona temperatura topnienia przedstopu wynosiła 675°C.

Cynk rektyfikowany o zawartości 99,995% wagowych Zn w ilości 100 części wagowych stapia się w oddzielnym piecu indukcyjnym i kąpiel cynku metalicznego ogrzewa się do temperatury 700°C. Do ogrzanej kąpieli metalicznego cynku wprowadza się 0,9 części wagowych uprzednio przygotowanego przedstopu cynku i utrzymuje się w temperaturze 700°C, po czym kąpiel homogenizuje się przez mieszanie prądami wirowymi w czasie pół godziny. Ujednorodniona kąpiel stopu cynku zawiera: 0,11% wagowych Cu i 0,085% wagowych Ti. Po obniżeniu temperatury kąpieli stopu cynku do 500°C odlano wytworzony stop cynku w jednotonowe bloki.

Przykład III

Przeprowadzono 8 wytopów przedstopu cynku zgodnie z postępowaniem przedstawionym w przykładach I i II. Łącznie zawsadowano 155 części wagowych cynku rektyfikowanego, 29 części wagowych gąbki tytanowej oraz 29 części wagowych drutu miedzianego. Wzajemne relacje między składnikami stopowymi odpowiadają przedstawionym w przykładzie I. Uzyskano 198 części wagowych przedstopu i 12,5 części wagowych zgarów. Średnia analiza chemiczna przedstopu cynku wykazała w nim następujące zawartości: 13,63% wagowych Cu (odchylenie standardowe 0,83%) i 10,72% wagowych Ti (odchylenie standardowe 0,61%). Zawartość miedzi w zgarach kształtowała się na poziomie około 13,5% wagowych Cu a tytanu 14% wagowych Ti. Oznaczone temperatury topnienia kilku losowo wybranych przedstopów nie wykazały większych różnic i wynosiły 685°C.

Z uzyskanych wytopów wlewki przedstopu cynku wprowadzano do kąpieli cynku rektyfikowanego jak w przykładzie I i II oraz wytwarzano stop cynku do przeróbki plastycznej.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania stopu cynku do przeróbki plastycznej, składający się z przygotowania przedstopu cynku z miedzią i tytanem oraz wytwarzania z przedstopu i cynku czystego stopu cynku, zwłaszcza do produkcji blach, znamienny tym, że przedstop cynku z miedzią i tytanem przygotowuje się w piecu elektrycznym indukcyjnym niskiej częstotliwości wsadując do pieca w kolejności około 70% części wagowych cynku, po stopieniu którego i osiągnięciu temperatury około 800°C dodaje się określoną masę gąbki tytanowej i miedzi metalicznej oraz resztę cynku metalicznego, po czym stapia się składniki stopowe i następnie utrzymuje się temperaturę kąpieli na poziomie około 850°C przez okres do 1 godziny w czasie której dokonuje się homogenizacji stopu przez mieszanie prądami wirowymi, po czym ujednorodniony przedstop o temperaturze 850 - 860°C odlewa się do form w postaci wlewków, które wprowadza się do kąpieli cynku rektyfikowanego o temperaturze w granicach 690 - 750°C, korzystnie zawartej w zbiorniku poza syfonowym zamknięciem kondensatora kolumny redestylacyjnej cynku i wytwarza się stop cynku z miedzią i tytanem.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek wagowy zawartości miedzi do tytanu w stopie cynku wynosi 1,1:1,4.
3. 3. Sposób według zastrz. 1albo 2, znamienny tym, że stop cynku zawiera od 0,09 do 1,3% wagowych Cu oraz od 0,07 - 0,11% wagowych Ti.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przedstop cynku zawiera od 10 do 15% wagowych miedzi oraz od 8-15% wagowych tytanu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadzenie do kąpieli cynkowej o temperaturze 800°C gąbki tytanowej, miedzi oraz reszty cynku dokonuje się w dwóch etapach.