КОМБИНИРОВАННЫЙ ФЛЮС ДЛЯ ПЛАВКИ ЛАТУНЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C22C1/06 C22B9/10 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к плавке латуней.

В настоящее время важнейшей проблемой металлургических производств различных отраслей промышленности является выполнение ужесточенных требований СЭС к улучшению экологической ситуации в зоне плавильных печей и уменьшение величины вредных выбросов в атмосферу городов, перегруженных промышленными объектами. Одним из основных источников вредных выделений при плавке цветных сплавов являются применяемые до сих пор традиционные покровно-рафинирующие флюсы, состоящие из хлористых и фтористых солей металлов. Проводимые замеры чистоты атмосферы на плавильных участках показывают многократное превышение ПДК (предел допустимой концентрации) по хлору, фтору, летучим компонентам солей и окислам металлов.

Применение традиционных технологий плавки медных сплавов сопровождается значительными безвозвратными потерями остродефицитных цветных металлов от угара и в виде шлака.

Известны комбинированные флюсы для плавки сплавов на медной основе. Один из них содержит шамот 34-38% перлит 19-36% углеродсодержащие вещества 28-36% криолит (Na₃AlF₆) 2-7% (авт.св. N 1256428 C 22 C 1/06). Другой состоит из шамота 38-46% перлита 19-23% хлористого калия (KCI) 6-14% датолитового концентрата 25-29% (авт.св. N 1598466 C 22 C 1/06).

Общим недостатком вышеперечисленных флюсов является повышенная чувствительность флюсов к завышению температурных режимов плавок латуней в различных типах печей, особенно в закрытых типа миксер. Это связано с нестабильностью физических свойств перлита при повышенных температурах - оплавляемость перлита (1000^oC).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является комбинированный флюс для плавки латуни, содержащий шамот 40-48% перлит 20-24% хлористый калий (KCI) 15-23% буру (Na₂B₄O₇) 13-17% (авт.св. N 1446946 C 22 C 1/06).

Решающим фактором, определяющим уровень физико-химических и эксплуатационных свойств флюса, является его строгое соответствие предлагаемому композиционному составу. Повышенная оплавляемость перлита уже при 1000^oC, дестабилизация его свойств при этом (переход в другое агрегатное состояние) вызывает окомкование флюса в целом, что приводит к повышению потерь легирующих элементов в сплаве (до 2,8% от содержания их в сплаве), металла со шлаком (до 50-64% содержание металла в шлаке) и ухудшение экологической ситуации в зоне плавильных агрегатов из-за нарушения сплошности шлакового покрова содержание оксида цинка в зоне пульта печи доходит до 1,8 мг/куб.м (ПДК 0,5 мг/куб.м).

Технической задачей изобретения является создание флюса, работающего при повышенных температурных режимах плавок любых латуней (до 1150-1180^oC как в электрических плавильных печах, так и в миксерах), техническим результатом чего является снижение потерь легирующих элементов и металла со шлаком, улучшение экологической ситуации в зоне печного агрегата.

Во флюс, включающий шамот, хлористый калий и буру, для достижения поставленной задачи введен вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов в массовых частях:
Шамот 30-40
Вермикулит вспученный 30-40
Хлористый калий (KCI) 20-25
Бура (Na₂B₄O₇) 5-10
Отличительным признаком заявляемого состава является введение вспученного вермикулита и в изменении соотношения между компонентами:
огнеупорной составляющей шамотом;
теплоизоляционной составляющей вспученным вермикулитом;
солями бурой и хлористым калием.

Вспученный вермикулит с шамотом применяются для обеспечения термостойкости флюса, образования защитного покрова от угара легирующих элементов сплава и от выделения в атмосферу печи оксидов тяжелых цветных металлов, беспрепятственному прохождению измельченных шихтовых материалов (мелкая стружка и т.р.) в расплавленный металл. Шамот служит также и для утяжеления вспученного вермикулита. В случае уменьшения содержания шамота с 30 и увеличения содержания вермикулита с 40 приводит к повышению потерь легирующих элементов и содержания оксида цинка в атмосфере печи (см. табл. 1, состав 1, графа 2, 3, 4), т.к. в связи с малым удельным весом вспученного вермикулита часть его уносится вытяжной вентиляцией. Однако, если содержание шамота больше 40, а вермикулита меньше 30 наблюдается увеличение потерь легирующих элементов и содержания металла в шлаке, повышение концентрации оксида цинка в печной атмосфере (см. табл. 1, состав 5, графа 2, 3, 4, 5), что вызвано окомкованием флюсового состава.

Хлористый калий и бура применяются в качестве заполнителя пор между частицами вспученного вермикулита с шамотом и одновременно на поверхности расплава создают защитную пленку, препятствующую угару легирующих элементов сплава, что приводит к экономии цветных металлов, улучшению экологии в зоне печи. Увеличение содержания хлористого калия с 25 и уменьшение содержания буры с 5 (см. табл. 1, состав 1, графа 2, 3, 4) приводит к ошлакованию граничного слоя флюса с расплавом, что препятствует образованию защитной пленки и, как следствие, увеличиваются потери легирующих элементов и содержание в атмосфере оксида цинка. Повышение массовой части буры с 10 и соответственно уменьшение массовой части буры с 10 и соответственно уменьшение массовой части хлористого калия с 20 приводит к окомкованию флюса и, как следствие, увеличивает потери легирующих элементов, потери металла со шлаком и содержание в атмосфере печи оксида цинка (см. табл. 1, состав 5, графа 2, 3, 4, 5).

Введение буры и хлористого калия раздельно в смесь вермикулита с шамотом не обеспечивает решения поставленной технической задачи, т.к. низкое содержание каждого компонента не обеспечивает образования плотной защитной пленки у поверхности расплавленного металла, к тому же нет надежного заполнения пор между частицами вспученного вермикулита с шамотом. Увеличение содержания хлористого калия приводит к ошлакованию нижнего слоя флюса. Увеличение содержания буры приводит к окомкованию флюса, что в обоих случаях увеличивает потери легирующих элементов, содержание металла в шлаке и оксида цинка в атмосфере печи.

Из анализа источников информации авторам неизвестного совместное введение вышеуказанных компонентов в приведенных количествах с целью снижения потерь легирующих элементов и содержания металла в шлаке, улучшения экологической ситуации в зоне печного агрегата.

Составы предложенного флюса и прототипа опробованы при плавке как простых латуней (ЛЦ4ОС, Л63 и т.п.), так и сложных (ЛЦ38Мц2КА).

Способ изготовления заявленного флюса состоит в механическом перемешивании компонентов до однородного состава.

Технический эффект применения предложенного флюса состоит в том, что обеспечивается высокая термоустойчивость флюса при плавке любых латуней как в электрических печах, так и в миксере, что исключает его окомкование и, как следствие, обеспечиваются высокие защитные свойств от испарения легирующих элементов сплава, загрязнения окружающей среды выбросами окислов тяжелых цветных металлов, существенно уменьшается содержание металла в шлаке, что в конечном счете позволит экономить остродефицитные металлы (Cu и Zn). Кроме того, уменьшаются затраты электроэнергии на выплавку металла за счет значительного уменьшения потерь тепла излучением, следовательно сокращается время плавки.

Комбинированный флюс для плавки латуней содержащих (в массовых частях): шамот 30 - 40, вспученный вермикулит 30 - 40, хлористый калий 20 - 25, буру 5 - 10. Состав обеспечивает повышение термоустойчивости флюса до 1150 - 1180^oC, что приводит, при применении его, к снижению содержания окислов тяжелых цветных металлов в атмосфере печи до 0,40 - 0,43 мг/куб.м., содержания металла в шлаке до 27 - 28%; потери легирующих элементов составляют 1,6 - 2,8% от содержания их в составе. Кроме того, за счет значительного уменьшения потерь тепла излучением, что обеспечивается сплошностью покрова, сокращается время плавки и экономится электроэнергия. 1 табл.

Комбинированный флюс для плавки латуней, содержащий хлористый калий и буру, отличающийся тем, что он дополнительно содержит шамот и вермикулит вспученный при следующем соотношении компонентов, мас.

Шамот 30 40
Вермикулит вспученный 30 40
Хлористый калий 20 25
Бура 5 10е