СПОСОБ СОВМЕЩЕННОГО НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2001 года по МПК B22D11/12 

Заявляемое в качестве изобретения техническое решение относится к области металлургии, а именно к совмещенным процессам непрерывной разливки и прокатки металлов. Техническое решение может быть использовано для получения длинномерной катанки непрерывной длины с возможностью сматывания ее в бунты.

Известен способ совмещенного непрерывного литья и прокатки меди и ее сплавов (прототип) по патенту РФ N 2089334 с приоритетом 17.05.95 г., МПК-6 B 22 D 11/06, опубликованный 10.09.97 г. в бюллетене N 25. Способ-прототип включает получение расплава, его накопление в миксере, подачу расплава в кристаллизатор роторного типа, формирование в кристаллизаторе непрерывной заготовки, снятие заготовки с кристаллизатора, подачу заготовки в прокатный стан и обжатие в черновых и чистовых клетях стана. Причем в промежуточной емкости создают восстановительную атмосферу, а подаваемый в кристаллизатор расплав модифицируют; перед обжатием заготовку охлаждают до температуры рекристаллизации материала заготовки. Легирование осуществляют путем ввода легирующих компонентов в расплав в виде длинномерного изделия из медной спеченной порошковой лигатуры.

Общие признаки способа-прототипа и заявляемого технического решения: получение расплава, подача расплава в кристаллизатор через приемную ванну и подача заготовки в прокатный стан, легирование меди.

Способ-прототип позволяет получать катанку из сплавов меди, подвергающихся термообработке для получения высоких электромеханических свойств.

Однако способ-прототип очень сложен в реализации по следующим причинам: 1. Способ-прототип предусматривает подготовку, плавку и литье металла производить в защитной атмосфере, что грозит насыщением жидкого металла водородом, который вызывает трещинообразование и горячеломкость литой заготовки; 2. Охлаждение литой заготовки до 625-670 градусов Цельсия, а затем нагрев индукционным методом до температуры прокатки являются энергоемкими процессами, что ведет к существенному удорожанию производства катанки.

Цель заявляемого технического решения заключается в получении катанки, которая позволит получить контактный провод с высокими электромеханическими свойствами без термообработки.

Технической задачей является создание способа совмещенного непрерывного литья и прокатки медных сплавов с использованием легирующих присадок, не требующих термической обработки (охлаждение, разогрев и т.д.), практически по сложности мало отличающегося по технологии производства медной катанки. При этом возможно избежать трещинообразования и горячеломкости при непрерывном литье литой заготовки, что определяет стабильность технологического процесса.

Сущность заявляемого способа совмещенного непрерывного литья и прокатки медных сплавов заключается в том, что способ включает получение расплава, накопление расплава в миксере, легирование расплава, подачу расплава по желобу в приемную ванну литейной машины, формирование непрерывнолитой заготовки в кристаллизаторе роторного типа, выход горячей литой заготовки из кристаллизатора, подачу заготовки в непрерывный прокатный стан и сматывание готовой катанки в бунты, причем до подачи расплава в приемную ванну литейной машины осуществляют его раскисление посредством образования на пути потока расплава участка, засыпанного прокаленным нефтяным коксом или кусками графита, а легирование осуществляют подачей легирующего компонента в виде прутка в струю потока расплава непосредственно после ее раскисления, при этом зеркало расплава в приемной ванне литейной машины покрывают прокаленным нефтяным коксом и/или кусками графита.

В процессе плавления медь в жидком состоянии окисляется или насыщается водородом. В процессе литья особенно нежелательно насыщение меди водородом. Так как при температуре плавления в твердой меди растворимость водорода составляет 3,5 куб. см/100 г, а в жидкой меди при этой же температуре 6,5 куб.см/100 г.

Следовательно, при остывании жидкой меди излишний водород стремится выйти из нее и нарушает ее сплошность, что приводит при литье к образованию трещин и даже разрывам литой заготовки. Для нейтрализации вредного действия водорода в жидкой меди оставляют около 0,03% кислорода, что обеспечивает содержание водорода около 3 куб. см/100 г меди. Более высокое содержание кислорода способствует большему удалению водорода и улучшает технологичность меди при литье, однако повышение содержания кислорода до 0,05% увеличивает обрывность проволоки при ее волочении, еще большее содержание кислорода делает процесс волочения меди невозможным.

Процессы насыщения жидкой меди как водородом, так и кислородом идут во времени, то есть если быстро удалить кислород из жидкой меди, то насыщение этой меди водородом потребует определенного отрезка времени. Следовательно, удаление кислорода путем введения в жидкую медь раскислителя, например магния, который быстро удалит кислород, и сразу провести отливку, то отливка получится плотной, однако медь в такой отливке будет содержать частицы окислов металла-раскислителя. Применяют методы для раскисления меди, например, древесным углем, который очень медленно раскисляет медь, что способствует насыщению ее водородом. Наиболее хорошим раскислителем жидкой меди является лигатура в виде 10% фосфористой меди. Фосфор, соединяясь с кислородом, в жидкой меди образует фосфорный ангидрид, который в виде газа быстро удаляется из меди, увлекая за собой растворенный в ней водород. Однако даже небольшая передозировка фосфористой лигатуры резко снижает электропроводность меди.

В силу вышеизложенных причин, в заявляемом техническом решении предложено до легирования меди быстро удалить кислород из расплава. Это достигается посредством образования на пути потока жидкой меди участка, засыпанного прокаленным нефтяным коксом и/или кусками графита. Графит и кокс образуют при взаимодействии с кислородом в жидкой меди газы - CO или CO₂, которые не растворяются в меди и удаляются из нее.

Легирование меди осуществляют после ее раскисления подачей легирующего компонента, например магния, в виде прутка, в струю потока жидкой меди, поступающей в приемную ванну, благодаря чему легирующий компонент распределяется по всему объему жидкой меди.

Зеркало расплава в приемной ванне литейной машины покрывают прокаленным нефтяным коксом и/или кусками графита для того, чтобы снизить окисление в поверхностном слое расплава.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА.

При проведении эксперимента участок желоба, по которому протекает жидкая медь, имеющая температуру 1180 градусов Цельсия, покрывался прокаленными графитовыми кусками для раскисления жидкой меди, после чего медь легировалась прутком магния диаметром 8 мм, вводимым в струю меди, поступающей в приемную ванну, поверхность расплава в которой была закрыта прокаленными кусками графита и из ванны медь подавалась в кристаллизатор роторного типа. Далее литая заготовка из сплава, содержащего 0,1% магния, прокатывалась в катанку диаметром 18 мм на непрерывном прокатном стане.

Подобного сочетания простоты проведения процесса с получением литой заготовки без трещин и изломов, обеспечивающего непрерывность процессов литья и прокатки, в прототипе не достигнуто.

Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

Изобретение относится к металлургии, а именно к технологии совмещенных процессов непрерывного литья и прокатки металлов, и может быть использовано для получения катанки непрерывной длины. Способ включает получение расплава, его накопление в миксере, легирование, подачу расплава по желобу в приемную ванну литейной машины, формирование непрерывнолитой заготовки в кристаллизаторе роторного типа, выход горячей литой заготовки из кристаллизатора, подачу заготовки в непрерывный прокатный стан и сматывание готовой катанки в бунты. До попадания расплава в приемную ванну литейной машины осуществляют удаление кислорода из расплавленной меди посредством образования на пути потока жидкой меди участка, засыпанного прокаленным нефтяным коксом и/или кусками графита. Легирование осуществляют подачей легирующего компонента в струю потока жидкой меди непосредственно после ее раскисления в виде прутка. Зеркало расплава в приемной ванне литейной машины покрывают прокаленным нефтяным коксом и/или кусками графита. Изобретение позволяет получить контактный провод с высокими электромеханическими свойствами без термообработки.

Способ совмещенного непрерывного литья и прокатки медных сплавов, включающий получение расплава, накопление расплава в миксере, легирование расплава, подачу его по желобу в приемную ванну литейной машины, формирование непрерывнолитой заготовки в кристаллизаторе роторного типа, выход горячей литой заготовки из кристаллизатора, подачу заготовки в непрерывный прокатный стан и сматывание готовой катанки в бунты, отличающийся тем, что до подачи расплава в приемную ванну литейной машины осуществляют его раскисление посредством образования на пути потока расплава участка, засыпанного прокаленным нефтяным коксом или кусками графита, а легирование осуществляют подачей легирующего компонента в виде прутка в струю потока расплава непосредственно после ее раскисления, при этом зеркало расплава в приемной ванне литейной машины покрывают прокаленным нефтяным коксом и/или кусками графита.