Способ рафинирования меди и сплавов на ее основе

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при рафинировании меди и сплавов на ее основе . Цель изобретения - снижение потерь металла, повышение качества металла и сокращение расхода рафинировочных материалов за счет непрерывной возгонки соединений натрия. Способ рафинирования меди и сплавов на ее основе включает подачу соединения натрия и восстановителя на поверхность металлического расплава. Первоначально на поверхность металлического расплава подают восстановитель соединения натрия , выдерживают его до достижения температуры металлического расплава и непрерывно подают соединение натрия со скоростью 0,5-4,0 кг/мин.

СО!03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

59„„1723166 А1 (si)s С 22 В 15/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к цветной ме-. вителя, вчастностидревесного угля, начисталлургии, может быть использовано при: тую поверхность металлического расплава. рафинировании меди и сплавов на основе .. Недостатки известных способовследумеди, ющие: 1) значительные потери металла со

Известен способ рафинирования меди - шлаком, так как слой расплава соединения и сплавов на основе меди, в частности мед-.. натрия на поверхности металлического рас:но-никелевых сплавов. включающий удале- . плава в силу его вязкости создается в про. ния шлака с поверхности металлического. цессе рафинирования условия для расплава и подачу. соединений натрия, в ча- занесения, накапливания в нем, а затем и стности соды, равномерным слоем, по всей. удаления со шлаком металла в свободном и поверхности металлического расплава,: . связанном состоянии; 2) недостаточно глуНаиболее близким к предлагаемому яв- бокое рафинирование металла от вредных ляется способ рафинирования меди и спла- примесей и неметаллических включений, вов на основе. меди, в . частности так как слой расплава соединения натрия на медно-никелевых сплавов, включающий пе- поверхности металлического расплава в сиремешивание соединений натрия, в частно- лу своей вязкости затрудняет удаление сти соды с шихтой, расплавление этой вредныхйримесейинеметаллическихвклюсмеси,. отстаивание до разделения на два чений из металлического расплава и таким слоя — слой металлического расплава и слой образом коэффициент использования рафишлака, удаление шлака и подачу восстано- нировочных возможностей соединений на(21) 4838701/02 (22) 12.06.90 (46).30.03,92. Бюл. N. 12 (71) Государственный научно-.исследова-. . тельский, проектнйй и конструкторский институт.сплавов и обработки цветных металлов Гипроцветметобработка" (72) Ф. Н,Стрел ьцов, А. Е. Ерофеев, Г.И.Жмойдин, В.В.Огнивов и В.П.Зайцева (53) 669.333.4(088.8) (56) Цветные металлы. М.: Металлургйя, 1984; N. 11, с.84. (54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ И

СПЛАВОВ НА EE ОСНОВЕ (57) Изобретение. относится к цветной металлургии и может быть использовано при рафинировании меди и сплавов на ее основе. Цель изобретеййя — снижение потерь металла, повышение качества металла и сокращение..расхода рафини- ровочных материалов за счет непрерывной возгонки соединений натрия. Способ рафинирования меди и сплавов на ее основе включает подачу соединения натрия и восстановителя на .поверхность металлического расплава, Первоначально на поверхность металлического расплава подают восстановитель соединения натрия, выдержйвают. его до достижения температурй металлического расплава и непрерывно подают соединение натрия со скоростью 0,5-4,0 кг/мин.

1723166 трия, в частности соды, при рафинировании меди и сплавов на основе меди, в частности медно-никелевых сплавов, по известному способу очень низок; 3) высокий расход рафинировочных материалов, так как согласно известному способу они должны равномерным толстым слоем покрывать всю поверхность металлического расплава; 4) большой расход огнеупора, так как слой расплава соединений натрия, в частности соды, взамодействуя с футеровкой в силу своей высокой химической агрессивности, разьедает ее, сокращая таким образом продолжительность эксплуатации; 5) быстрое зарастание ванны. плавильного агрегата, а так как взаимодействие расплава соединения натрия, в частности соды, с ходовыми участками футеровки приводит к образованию настылей, - которые сокращают полезное сечение ванны плавильного агрегата.

Цель изобретения — снижение потерь металла, повышение качества металла и снижение расхода рафинировочных материалов путем непрерывной возгонки соединений натрия.

Поставленная цель достигается согласно способу рафинирования меди и.сплавов на ее основе, включающему подачу соединений натрия и восстановителя на поверхность металлического расплава, в котором первоначально на поверхность металлического расплава подают восстановитель соединения натрия, выдерживают его до достижения температуры металлического расплава и непрерывно подают соединения натрия со скоростью 0,5-4,0 кг!мин.

Сущность изобретения заключается в следующем.

На поверхность металлического расплава равномерным слоем подают восстановитель, выдерживают его до температуры металлического расплава и начинают непрерывную подачу соединений натрия со скоростью 0,5 — 0,4 кгlмин. .Скорость подачи соединения натрия в этом интервале обеспечивает его непрерывную возгонку и исключает, таким образом, воэможность образования слоя расплавленных соединений натрия на поверхности металлического расплава.

В результате соединение натрия взаимодействует исключительно с восстановителем, а металлический расплав и футеровка — только с продуктами восстановителя. Это позволяет снизить потери металла, повысить качество металла и снизить расход рафинировочн ых материалов. Кроме того, увеличивается продолжительность эксплуатации футеровки, 25

900 С

950 С

35 + CaClz+ СОФ

950 С

5

Принципиальное отличие предлагаемого способа непрерывной подачи соединений натрия в заданном интервале скоростей подачи на поверхность металлического расплава, покрытую слоем раскаленного восстановителя, от известного способа. с одновременной подачей необходимого количества соединений натрия на чистую поверхность металлического расплава заключается в том, что в предлагаемом способе металлический расплав взаимодействует с газовой фазой, насыщенной парами натрия. В известном способе металлический расплав взаимодействует только с расплавом соединения натрия, который изолирует его от контакта с печной атмосферой.

Для рафинирования меди и сплавов на основе меди используют соединения натрия, так как установлено, что натрий можно восстановить из любого из них. Для этого необходимо для каждого конкретного расплавленного металла подобрать соответствующее соединение натрия и восстановить

его, а температура металлического расплава должна обеспечивать оптимальные условия прохождения реакции восстановления, При этом протекают Температура следующие реакции начала реакции

NagC0a+2C 2Na+ ЭСОП 1000 С

4NaOH + 2С - йагСОз+

+2Na+ 2Н21+ COT

NazB4O7+ 7С- 2Na+ 7COt+ 4В

2NaCl+ СаО+ С- 2Na+

2Na + (S) - Иа2Я

2Na+ 2IS) — МагЯ f

ЗМа + (P) — ИазР г

Как видно из приведенных для примера схем, в результате таких процессов натрий восстанавливается из соединений и в условиях печной атмосферы, вблизи расплава меди или сплавов на ее основе находится в виде пара, насыщая печную атмосферу, обеспечивая ее высокий рафинирующий потенциал. Кроме того, в процессе рафинирования слой восстановителя и насыщенная натрием печная атмосфера выполняют и покровную функцию, исключая окисление поверхности металлического расплава воздухом и образование шлака, Известно, что металлический натрий является достаточно эффективным средством для рафинирования меди и ее сплавов от различных вредных примесей и неметаллических включений.

Однако использование его из-за низкой температуры кипения (877,5 С) нецелесообразно, так как при температуре расплава

1723166

35

55 большая часть натрия будет уходить в атмосферу, не прореагировав с металлическим расплавом, а использование его при больших расходах небезопасно.

Таким образом, предполагаемый способ рафинирования меди и сплавов на ее основе обеспечивает: исключение потерь металла со шлаком и загрязнение металла неметаллическими включениями, так как в создаваемых условиях на поверхности металлического расплава образование шлаковой фазы невозможно в процессе рафинирования.

Часть шлака, образовавшаяся до загрузки рафинирующих средств, восстанав- 15 ливается в результате взаимодействия с восстановителем, активированным .соединениями натрия. Продукты восстановления либо отгоняются в печную атмосферу; либо возвращаются в металл (цинк, медь, ни-. 20 кель).

Образование шлака в процессе рафинирования в условиях изоляции поверхности металлического расплава слоем восстановителя и печной атмосферой, насыщенной 25 парами натрия, являющегося сильным восстановителем, практически невозможно.

Таким образом, отсутствие шлака исключает потери металла со шлаком и загрязнение металла шлаковыми включениями, 30

Способ обеспечивает глубокое рэфинирование металлического расплава от вредных примесей, например: серы, фосфора, углерода и др., которые удаляются из металлического расплава в печную атмосферу пара, ми натрия.

Согласно способу уменьшается расход восстановителя и соединений натрия из-за увеличения выхода свободного натрия и со.кращения продолжительности рафинирова- 40 ния, при этом восстановитель используется многократно, уменьшается расход огнеупоров в результате исключения взаимодействия футеровки с расплавом соединений натрия и таким образом их разъедание и 45 образование настылей.

Подачу соединений натрия осуществляют со скоростью 0,5 — 4,0 кг/мин из расчета, что она будет равна скорости возгонки, При скорости подачи соединения натрия менее 0,5 кг/мин содержание паров ° натрия в печной атмосфере будет недостаточным для протекания процесса рафинирования металлического расплава. Весь восстановленный натрий расходуется на взаимодействие с печной атмосферой.

При скорости подачи соединения натрия более 4 кг!мин нарушается принцип непрерывной возгонки. Подаваемое соединение натрия не успевает возгоняться и накапливаться на поверхности металлического расплава в виде жидкой фазы.. Процесс протекает практически по известному способу. Образуется шлак. разьедается футеровка, замедляется рафинирав ание.

Основные преимущества предлагаемого способа теряются.

Скорость подачи соединения натрия порядка 0,5 — 2,0 кг/мин рекомендуется преимущественно для обработки меди и . относительно легкоплавких сплавов на основе меди (латуни, бронзы) с т.пл. 10001100 С. В качестве соединения натрия предпочтительнее бура (NazB40y), в качестве восстановителя — электродный бой.

Скорость подачи соединения натрия порядка 2,0-4,0 кг/мин предпочтительнее для обработки медно-никелевых сплавов; В качестве соединения натрия лучше всего использовать соду с т.пл. 1200 — 1300ОС (КэрСОз). В качестве восстановителя — электродный бой, кокс.

При нагреве восстановителя соединений натрия ниже температуры металлического расплава процесс восстановления протекает недостаточно интенсивно, концентрация натрия будет недостаточной для протекания процесса рафинирования металлического расплава, При нагреве восстановителя выше температуры металлического расплава процесс восстановления протекает слишком интенсивно и большая часть паров натрия будет отгоняться за пределы печной атмосферы, не прореагировав с металлическим расплавом, эффективность процесса рафинирования снижается, Пример 1. Б канальной индукционной печи типа ИЛ К-1,6 наплавили ЗООО:кг латуни марки Л63. На поверхность расплава загрузили 50 кг электродного боя. выдерживали в течение 15 мин, дав. ему раскалиться до темпе.ратуры металлического расплава (1100 С) и в течение 30 мин подавали буру со скоростью 0,5 кг/мин. После прекращения подачи буры металл разлили, При плавке потери металла со шлаком отсутствуют. Содержание серы в расплаве снижено до 0,003 (исходное содержание

0,02;4). Содержание неметаллических вкл ючений — до 0,003 (исходное 0,97,). Расход восстановителя составляет 9 кг на плавку, расход буры 15 кг на плавку.

Температуру электродного боя определяли с помощью оптического пирометра.

Пример 2. B канальной индукционной печи типа ИЛ К-1,6 наплавили 3000 кг медноникелевого сплава МНЦ 15-20, На поверхности металлического расплава загрузили

1723166

50 кг электродного боя и выдержали в течение 15 мин дав ему раскалиться до температуры металлического расплава (1200 С).

Затем в течение 7,5 мин подавали воду со скоростью 2 кгlмин, затем металл разлили.

Потери металла со шлаком отсутствуют.

Содержание серы снижено до 0,004 (исходное 0,02 ), содержание наметаллических включений — до 0,003 (исходное

0,77ь), расход восстановителя составляет 5 кг на плавку; расходы соды 15 кг на плавку.

П ример3. В канальной индукционной печи типа ИЛК-1,6 наплавили 3000 кг медно.никелевого сплава марки МНЖМц 30-1-1. На поверхность металлического расплава загрузили 30 кг кокса, выдержали в течение 15 мин, дав ему раскалиться до температуры металлического расплава (1300 С) и в тече- we 3,7 мин подавали соду со скоростью 4 кг/мин, затем металл разлили.

Потери металла со шлаком отсутствуют.

Содержание серы снижено до 0,004% (исходное 0,02 ), содержание неметаллических включений — до 0.002;, (исходное

0,9$).

Расход восстановителя составляет 6 кг на плавку, расход соды 15 кг на плавку.

Результаты испытаний по предлагаемому,известному способу приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, 5 предлагаемый способ обеспечивает более глубокое рафинирование расплава от серы, неметаллических включений, резкое снижение потерь металла со шлаком, при этом сокращается расход рафинировочных мате10 риалов;

Формула изобретения

Способ рафинирования меди и сплавов на ее основе, включающий подачу соедине15 ний натрия и восстановителя на поверхность металлического расплава, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения потерь металла, повышение качества металла и сокращения расхода рафинированных мате20 риалов за счет непрерывной возгонки соединения натрия, первоначально на поверхность металлического расплава подают восстановитель соединения натрия выдерживают его до достижения температуры ме25 таллического расплава и непрерывно подают соединения натрия со. скоростью

0,5-4,0 кгl мин.!

1 .

1

1 о

1. 1 1 1 О б

1

1

1

1

I !

@!st бЧ аЛ

В

1t 1

1 1 ! 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 I

1 СФ

1 1

I Rh б- бб

I 1 1 1

I бб бб И ! б-б rS

d v r

t- С И а

, .. 1 !

; (3a.„p=»

i B K r d +r l dt"

Ф а 1

I

1

IA I

° !

s o !

1

1

1.

1 1 1

IA

Ъ ми! оо оо м м ао оо

° а о о

Cl а съем аъ

oo o

IfI t оа

4О сй оа

° ° оо

1 !

1

1

I !

1

1

1

1 мо а иъ

I

1

IASA

1

I м.ю

О а

Ф а а

В о оо

СС

СС

Ф о бС бЧ оо ао а

IA D о бч иЪ иъ иъ

I Й К м" с оо оо аа оа

С! о м

I o gg о саъ

3 It ср

1 оа оа б Ъ о а м о а

С3 м

4 оо оо оо мм а оа

a aa

О Оа

М Мsst

l kjB! jr ".

I

1 С182С

Ц Z 1 бб

rg9а1.

1 Д I- d d

1723166

1

}

1 !

1

t !

1 б

1

1

I

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1 !

1

° 1

1 ! °

1 бб