RU2167214C1

RU2167214C1 - Process of making of copper-based alloys

Info

Publication number: RU2167214C1
Application number: RU2000120030A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Симонов; Л.Ф. Вьюгин; В.А. Гутов; О.С. Еремин; А.Н. Задиранов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красный выборжец"
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy. SUBSTANCE: process is related to making of copper-based alloys from secondary basic materials. Process of making of copper-based alloys is conducted under layer of flux having following composition, mas. %: NaCl, 20.0-25.0; CaCaF₂, 25.0-30.0; Na₂CO₃, 45.0-50.0. In this case proposed proportions of components of flux provide for reduced content of impurity in alloy to limits specified by State Standard. Alloy can also be made under flux with addition of carbon-carrying waste of petrochemical industry as well as at temperature of boiling of alloy. EFFECT: increased degree of refining of alloy from metal impurities contained in it. 2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к металлургическому способу выплавки медных сплавов из вторичного сырья. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to a metallurgical method for smelting copper alloys from secondary raw materials.

Рост цен на тяжелые цветные металлы (катодные медь, никель, цинк и т.д.) привели к тому, что в настоящее время их выплавку проводят с вовлечением в состав большого количества дешевого вторичного сырья (низкосортных ломов и отходов). Это позволяет значительно понижать себестоимость продукции, а также способствует утилизации металлургического лома. Rising prices for heavy non-ferrous metals (cathode copper, nickel, zinc, etc.) have led to the fact that they are currently smelted with the involvement of a large amount of cheap secondary raw materials (low-grade scrap and waste). This allows you to significantly reduce the cost of production, and also contributes to the disposal of metallurgical scrap.

Обычно плавку сплавов тяжелых цветных металлов ведут под жидкими солевыми и твердыми покровными флюсами, химический состав которых либо полностью индифферентен к химическому составу сплава, либо способен создать над расплавом восстановительную атмосферу. Typically, melting of heavy non-ferrous metal alloys is carried out under liquid salt and solid coating fluxes, the chemical composition of which is either completely indifferent to the chemical composition of the alloy or capable of creating a reducing atmosphere over the melt.

Так, латуни марок типа ЛС-59-1, Л63, Л70 выплавляют под солевыми покровными флюсами на основе солей типа NaCl и KCl, либо их смесей [1-4]; никелевые и медно-никелевые сплавы - под древесным углем [5, 6]. So, brass grades of the LS-59-1, L63, L70 type are smelted under salt coating fluxes based on salts of the NaCl and KCl types, or their mixtures [1-4]; nickel and copper-nickel alloys - under charcoal [5, 6].

В результате обработки расплавов вышеназванными флюсами резко снижаются безвозвратные потери металла с угаром и шлаком по сравнению с процессом открытой (беcфлюсовой) плавки металла. As a result of processing the melts with the above-mentioned fluxes, the irretrievable losses of metal with carbon burn and slag are sharply reduced compared to the process of open (flux-free) melting of metal.

Однако данные флюсы не оказывают никакого влияния на содержащиеся в расплаве примеси. Наоборот, в ряде случаев они способствуют росту концентрации примеси в расплаве, восстанавливая их из шлака (например, древесным углем). However, these fluxes do not have any effect on the impurities contained in the melt. On the contrary, in some cases they contribute to an increase in the concentration of impurities in the melt, reducing them from slag (for example, charcoal).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является флюс для обработки медных сплавов, содержащий, мас.%: NaCl - 15-25; криолит - 15-25; CaF₂ - 5-15; Na₂CO, - 8-10; торфяной кокс - 28-57 [7] . В описании к данному изобретению раскрыт технологический процесс выплавки медных сплавов с использованием флюса указанного состава. За счет высокой восстановительной способности флюса снижаются потери металла со шлаком, однако при этом не происходит рафинирования металла от содержащихся в нем примесей. В ряде случаев, особенно при переплаве вторичного сырья, получаемые слитки по своему химическому составу не отвечают требованиям ГОСТ. Для утилизации бракованных слитков металла требуется дополнительный переплав, что приводит к резкому снижению эффективности всей технологии в целом.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a flux for processing copper alloys, containing, wt.%: NaCl - 15-25; cryolite - 15-25; CaF ₂ - 5-15; Na ₂ CO, - 8-10; peat coke - 28-57 [7]. In the description of this invention, a technological process for smelting copper alloys using flux of the specified composition is disclosed. Due to the high reducing ability of the flux, the loss of metal with slag is reduced, however, there is no refining of the metal from the impurities contained in it. In a number of cases, especially during remelting of secondary raw materials, the obtained ingots in their chemical composition do not meet the requirements of GOST. Recycling of defective metal ingots requires an additional remelting, which leads to a sharp decrease in the efficiency of the entire technology as a whole.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени рафинирования сплава от содержащихся в нем примесей таких металлов, как Si, Pb,Sn, Ni и др. The technical result of the proposed technical solution is to increase the degree of refining of the alloy from the impurities of metals such as Si, Pb, Sn, Ni, etc.

Технический результат достигается тем, что в известном способе выплавки сплавов на основе меди, включающем расплавление исходного сырья под слоем флюса, содержащего хлористый натрий, плавиковый шпат и соду кальцинированную, согласно изобретению, используют указанный флюс при следующем соотношении компонентов (мас.%):
NaCl - 20-25
CaF₂ - 25-30
Na₂CO₃ - 45-50
В частном случае реализации изобретения расплав дополнительно выдерживают под слоем флюса, в который вводят углеродосодержащие отходы нефтехимического производства в соотношении по массе (50-100):1.The technical result is achieved by the fact that in the known method for smelting copper-based alloys, including melting the feedstock under a flux layer containing sodium chloride, fluorspar and soda ash, according to the invention, the flux is used in the following ratio of components (wt.%):
NaCl - 20-25
CaF ₂ - 25-30
Na ₂ CO ₃ - 45-50
In the particular case of the invention, the melt is additionally kept under a flux layer into which carbon-containing waste from petrochemical production is introduced in a weight ratio (50-100): 1.

В другом частном случае реализации изобретения выплавку сплавов осуществляют при температурах кипения сплава. In another particular case of the invention, the smelting of the alloys is carried out at the boiling points of the alloy.

В источниках научно-технической и патентной информации не обнаружено технических решений, содержащих признаки, аналогичные отличительным признакам заявляемого решения. In the sources of scientific, technical and patent information, no technical solutions were found containing features similar to the distinguishing features of the proposed solution.

Сущность изобретения заключается в том, что осуществление процесса рафинирования металла обусловлено избирательным термохимическим взаимодействием компонентов флюса и примеси, содержащейся в расплаве. При этом заявляемые соотношения компонентов флюса обеспечивают снижение содержания примеси в расплаве до пределов, регламентированных ГОСТ. The essence of the invention lies in the fact that the implementation of the metal refining process is due to the selective thermochemical interaction of the flux components and the impurities contained in the melt. Moreover, the claimed ratio of the components of the flux provide a decrease in the content of impurities in the melt to the limits regulated by GOST.

Понижение указанных выше концентраций составляющих флюса нецелесообразно, поскольку приведет к изменению состава флюса и изменению его термохимической активности. Превышение верхних пределов концентраций компонентов флюса также нецелесообразно, поскольку приведет к удорожанию флюса. Reducing the above concentrations of the components of the flux is impractical, since it will lead to a change in the composition of the flux and a change in its thermochemical activity. Exceeding the upper limits of the concentration of flux components is also impractical, since it will increase the cost of flux.

Дополнительная выдержка расплава под слоем флюса с добавкой кусковых углеродосодержащих отходов в заявляемых соотношениях обеспечивает более глубокую его очистку от некоторых примесей за счет создания определенного количества локальных зон горения. Эти зоны являются зонами активного контакта между флюсом, жидким металлом и шлаком. В результате обеспечивается интенсивное перемешивание реагентов с их подводом в зону протекания термохимической реакции, а также вывод из нее продуктов термохимического взаимодействия с переводом примеси в шлак. Количественное содержание отходов нефтехимического производства во флюсе обусловлено эффектом наилучшей очистки расплава от примесей. Additional exposure of the melt under the flux layer with the addition of lumpy carbon-containing waste in the claimed ratios provides a deeper cleaning of it from some impurities by creating a certain number of local combustion zones. These zones are zones of active contact between flux, molten metal and slag. As a result, intensive mixing of the reagents with their supply to the zone of the thermochemical reaction, as well as the removal of thermochemical reaction products from it with the conversion of the impurity to slag, is ensured. The quantitative content of petrochemical production wastes in the flux is due to the effect of the best cleaning of the melt from impurities.

Проведение процесса при температурах кипения способствует также улучшению эффективности очистки расплава от примесей. Carrying out the process at boiling points also contributes to improving the efficiency of cleaning the melt from impurities.

Пример 1
Лом кремнистой латуни марки ЛК75-0,5 (табл. 1) массой 6000 г переплавляют в тигельной лабораторной печи. Лом загружают под слой расплавленного флюса составом ( мас. %); NaCl - 25; CaF₂ - 25; Na₂CO₃ - 50. Плавку ведут в течение 2 ч при температуре 1100^oC. Расплав анализируют на содержание меди, а затем разбавляют цинком для получения латуни марки типа Л63. После проведения процесса плавки с поверхности расплава снимают шлак, а оставшийся в тигле металл сливают в чугунную изложницу. После остывания металл и шлак взвешивают и анализируют на содержание основных компонентов сплава и примеси. Анализ металла проводят согласно действующим стандартам. Химический состав металла соответствует латуни марки ЛС 59-1 (табл. 1). Степень использования шихты составила 95% мас. (табл. 2). Потери металла со шлаком и угаром 1,2 и 3,3 мас.% соответственно.Example 1
Scrap siliceous brass brand LK75-0.5 (table. 1) weighing 6000 g is remelted in a crucible laboratory furnace. Scrap is loaded under a layer of molten flux composition (wt.%); NaCl - 25; CaF ₂ - 25; Na ₂ CO ₃ - 50. Melting is carried out for 2 hours at a temperature of 1100 ^o C. The melt is analyzed for copper, and then diluted with zinc to obtain brass brand type L63. After the melting process, the slag is removed from the surface of the melt, and the metal remaining in the crucible is poured into a cast iron mold. After cooling, the metal and slag are weighed and analyzed for the content of the main components of the alloy and impurities. Metal analysis is carried out in accordance with applicable standards. The chemical composition of the metal corresponds to brass grade LS 59-1 (table. 1). The degree of use of the mixture was 95% wt. (tab. 2). Loss of metal with slag and fumes 1,2 and 3.3 wt.%, Respectively.

Пример 2
Аналогично примеру 1 под флюсом следующего химического состава ( мас.% ): NaCl - 25; CaF₂ - 30; Na₂CO₃ - 45 ведут переплав (1100^oC) стружки (7000 г) кремнистой латуни марки типа ЛК 75-0,5. Плавку ведут в течение 30 мин. Затем снимают сухой шлак и во флюс вводят кусковой графит фракцией - 10+30 мм при соотношении массы флюса и массы графита 50:1 и выдерживают расплав в течение 1 ч. После этого в расплав добавляют катодной меди с целью получения томпака типа Л90. Образовавшиеся при плавке шихты шлак и металл анализируют на содержание основных компонентов сплава и примесей. Химический состав полученного металла соответствует сплаву типа томпак Л90. Степень использования шихты составила 98,2 мас. % (табл. 2). Потери металла со шлаком и угаром 0,5 и 1,3 маc.% соответственно.Example 2
Analogously to example 1 under a flux of the following chemical composition (wt.%): NaCl - 25; CaF ₂ - 30; Na ₂ CO ₃ - 45 lead remelting (1100 ^o C) shavings (7000 g) of silicon brass brand type LK 75-0.5. Melting lead for 30 minutes Then dry slag is removed and lumpy graphite with a fraction of 10 + 30 mm is introduced into the flux at a ratio of the flux to graphite mass of 50: 1 and the melt is held for 1 hour. After this, cathode copper is added to the melt in order to obtain an L90 tompak. The slag and metal formed during the melting of the mixture are analyzed for the content of the main components of the alloy and impurities. The chemical composition of the obtained metal corresponds to an alloy such as tompac L90. The degree of use of the mixture was 98.2 wt. % (table. 2). Loss of metal with slag and fume 0.5 and 1.3 wt.%, Respectively.

Пример 3
Аналогично примеру 2 ведут выплавку латуни марки типа Л90 из латунного лома в течение 1 ч (табл. 1). По завершении процесса плавки снимают сухой шлак и во флюс добавляют нефтекокс при соотношении массы флюса и массы нефтекокса 100: 1. Расплав выдерживают около 1 ч. В результате получают слиток металла, химический состав которого соответствует химическому составу латуни марки типа Л70. Степень использования шихты составила 98,5 мас.%. Потери металла со шлаком и угаром 0,4 и 1,1 мас.% соответственно.Example 3
Analogously to example 2, smelting of brass grade L90 type from brass scrap is carried out for 1 hour (Table 1). At the end of the smelting process, dry slag is removed and petroleum coke is added to the flux with a ratio of flux to petrocoke weight of 100: 1. The melt is held for about 1 hour. As a result, a metal ingot is obtained whose chemical composition corresponds to the chemical composition of L70 type brass. The degree of use of the mixture was 98.5 wt.%. Loss of metal with slag and fumes of 0.4 and 1.1 wt.%, Respectively.

Пример 4
Аналогично примеру 3 ведут выплавку латуни марки типа Л90 при температуре кипения сплава в течение 2,2 часов. После проведения процесса плавки шихты степень использования шихты составила 98 мас.% (табл. 2). Потери металла со шлаком и угаром 0,3 и 1,7 мас.% соответственно.Example 4
Analogously to example 3 are smelting brass brand type L90 at a boiling point of the alloy for 2.2 hours. After the process of melting the charge, the degree of use of the charge was 98 wt.% (Table. 2). Loss of metal with slag and fume 0.3 and 1.7 wt.%, Respectively.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает снижение содержания примеси в выплавляемых сплавах до пределов, регламентированных ГОСТ, что особенно важно при переплаве вторичного сырья. Thus, the inventive method reduces the content of impurities in the melted alloys to the limits regulated by GOST, which is especially important when remelting secondary raw materials.

Источники информации:
[1] . Гутов В.А., Лазарев В.В., Круковский Л.И., Суворов А.И., Вьюгин Л. Ф. Покровный флюс для плавки сплавов на медной основе. - Авторское свид-во СССР N 441318. Опубл. в БИ N 32, 1974.Sources of information:
[1] . Gutov V.A., Lazarev V.V., Krukovsky L.I., Suvorov A.I., Vyugin L.F. Cover flux for melting copper-based alloys. - Copyright certificate of the USSR N 441318. Publ. in BI N 32, 1974.

[2]. Адонина Л.М., Артамонов В.А. Базилевский В.М., Брезгунов М.М., Ковалева Э. М. и др. Покровный флюс для плавки сплавов на медной основе. - Авторское свид-во СССР N 555158. Опубл. в БИ N 15. 1977. [2]. Adonina L.M., Artamonov V.A. Bazilevsky V. M., Brezgunov M. M., Kovaleva E. M. et al. Cover flux for melting copper-based alloys. - Author's certificate of the USSR N 555158. Publ. in BI N 15. 1977.

[3] . Молдавский О.Д., Герасимова Я.С. О снижении потерь металла при выплавке латуней в индукционных канальных печах. - Цветные металлы. 1982. N 11, с. 71-72. [3]. Moldavsky O.D., Gerasimova Ya.S. About reduction of metal losses during brass smelting in induction channel furnaces. - Non-ferrous metals. 1982. N 11, p. 71-72.

[4] . 3адиранов А.Н., Стрельцов Ф.Н. Способ получения сплавов на основе меди из вторичного сырья. - Патент РФ N 1836473. Опубл. в БИ N 31, 1993. [4] . 3adiranov A.N., Streltsov F.N. A method of producing alloys based on copper from recycled materials. - RF Patent N 1836473. Publ. in BI N 31, 1993.

[5] . Орлова Л.М., Измайлов В.А. Состав и структура шлаков медно-никелевых сплавов. - Цветные металлы. 1990, N 1, с. 96-98. [5] . Orlova L.M., Izmailov V.A. Composition and structure of slag of copper-nickel alloys. - Non-ferrous metals. 1990, N 1, p. 96-98.

[6] . Смирягин А. Л., Смирягина Н.А., Белова В.М. Промышленные цветные металлы и сплавы; - М. Металлургия, 1974, 488 с. [6]. Smiryagin A.L., Smiryagin N.A., Belova V.M. Industrial non-ferrous metals and alloys; - M. Metallurgy, 1974, 488 p.

[7]. Косинцев В.А., Епанешникова Т.Р. Флюс для обработки медных сплавов. Авторское свид-во СССР N 1293238. Опубл. в БИ N 8, 1987. [7]. Kosintsev V.A., Epaneshnikova T.R. Flux for processing copper alloys. Copyright certificate of the USSR N 1293238. Publ. in BI N 8, 1987.

Claims

1. A method of smelting copper-based alloys, comprising melting the feedstock under a flux layer containing sodium chloride, fluorspar and soda ash, characterized in that the flux is used in the following ratio of components, wt.%:
NaCl - 20 - 25
CaF ₂ - 25 - 30
Na ₂ CO ₃ - 45 - 50
2. The method according to claim 1, characterized in that the melt is additionally kept under a flux layer into which carbon-containing petrochemical production wastes are introduced in a ratio by weight (50-100): 1.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the smelting of the alloys is carried out at boiling points of the alloy.