Способ отжига медных заготовок, преимущественно гильз кристаллизатора машин непрерывного литья металлов, в защитной среде шахтной печи Российский патент 2024 года по МПК C22F1/08 C22F1/02 

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к способу термической обработки медных заготовок в защитной среде.

Известен способ отжига изделий из меди в защитной атмосфере, при котором операцию отжига производят в герметичном контейнере, в среде инертного газа, описанный в патенте РФ №2151815, кл. C22F 1/02, заявл. 26.05.1998 г., опубл. 27.06.2000 г.

Недостатком этого способа является то, что из герметичного контейнера, в котором производят отжиг, предварительно откачивают воздух и затем закачивают инертный газ. Поскольку откачать воздух до давления, равного нулю, невозможно, происходит окисление поверхности медных заготовок даже в среде инертного газа при нагреве печи до температуры выше 200°С.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ отжига медных заготовок в защитной среде и шахтная печь для его осуществления, описанные в патенте РФ №2352646, кл. C21D 1/26, заявл. 24.08.2006 г., опубл. 20.04.2009 г. Этот способ включает размещение корзины с медными заготовками во внутренней полости печи на опорных выступах, установку и уплотнение крышки печи, заполнение внутренней полости печи защитным газом через подводящую магистраль, расположенную в крышке печи, разогрев печи и медных заготовок с помощью электрических тенов до температуры отжига, их выдержку при температуре отжига в печи, открытие крышки печи, погружение корзины с медными заготовками в воду и охлаждение. В данном способе во внутреннюю полость печи вместе с загрузкой заготовок из меди вводят восстановитель, например, в виде кокса.

Основным недостатком этого способа является то, что медные заготовки подвергаются окислению поверхности в результате того, что восстановитель (кокс) начинает интенсивно взаимодействовать с кислородом оставшегося в полости печи атмосферного воздуха при температуре воспламенения кокса, равного 700°С, что превышает температуру рекристаллизационного отжига медных заготовок. В результате нарушается качество их поверхности, что не позволяет применять данный способ для гильз кристаллизатора.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа отжига медных заготовок, преимущественно гильз кристаллизаторов машин непрерывного литья металлов, в защитной среде шахтной печи, позволяющего повысить качество отжига медных заготовок гильз кристаллизаторов машин непрерывного литья металлов путем исключения окисления их поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе отжига медных заготовок, преимущественно гильз кристаллизатора машин непрерывного литья металлов, в защитной среде шахтной печи, включающем размещение корзины с медными заготовками во внутренней полости печи, заполнение внутренней полости печи защитной средой, разогрев печи и медных заготовок до температуры отжига, их выдержку при температуре отжига, выемку из печи корзины с медными заготовками по окончании выдержки и ее погружение в воду для охлаждения, согласно изобретению, в качестве защитной среды и средства вытеснения воздуха используют природный газ, который поджигают на выходе из нижней части внутренней полости печи, подачу природного газа уменьшают по достижении устойчивого горения и не отключают в течении всего периода отжига, при этом газ подают в верхнюю часть внутренней полости печи в объеме, равном не более 4,28 объема внутренней полости.

Такое выполнение способа позволит повысить качество отжига медных заготовок гильз кристаллизатора машин непрерывного литья металлов путем исключения окисления их поверхности.

Это достигается благодаря тому, что в качестве защитной среды используют природный газ, расход которого равен экспериментально установленной экономически целесообразной величине не более 4,28 объема внутренней полости. Это обеспечивает полное вытеснение воздуха из внутренней полости шахтной печи через предусмотренную отводящую магистраль, расположенную в нижней части печи.

Природный газ представляет собой многокомпонентную смесь с преобладанием метана плотность которой зависит от состава. Плотность газа метана равна 0,717 кг/м³, при содержании метана 98-99% плотность природного газа составляет 0,72 кг/м³. Природный газ легче воздуха, плотность которого 1,293 кг/м³. Относительная плотность метана к воздуху - 0,555, то есть природный газ почти в два раза легче воздуха.

Более тяжелый вытесняемый воздух будет скапливаться в нижней части внутренней полости печи и выходить через отводящую магистраль, расположенную в нижней части печи.

Для контроля полного заполнения внутренней полости печи природным газом его на выходе из отводящей магистрали поджигают, равномерное горение отводимого природного газа свидетельствует о полном вытеснении воздуха из внутренней полости печи.

После полного вытеснения воздуха из полости печи расход природного газа, подаваемого в печь, снижают, что позволяет избежать лишний его расход.

Для пояснения изобретения ниже описан пример осуществления способа со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором:

на фиг. 1 - изображен продольный разрез шахтной печи, используемой для реализации заявленного способа.

Способ отжига медных заготовок, преимущественно гильз кристаллизатора машин непрерывного литья металлов, в защитной среде шахтной печи осуществляется следующим образом.

Шахтная печь содержит корпус 1, преимущественно цилиндрической формы, внутренняя поверхность которого армирована высокотемпературной кладкой 2. На внутренней поверхности кладки 2 закреплено несколько отдельных равномерно установленных нагревательных элементов в виде электрических тенов 3. Во внутреннюю полость 4 печи на опорные выступы 5, расположенные на дне печи, устанавливают корзину 6 с медными заготовками 7 для гильз.

В верхней части корпуса 1 над торцом кладки 2 закреплена кольцевая опора 8 с уплотнительным затвором 9, на которой установлена крышка 10 с теплоизолятором 11.

На наружной стороне крышки 10 закреплена подводящая магистраль 12, через которую подают защитный газ внутрь печи. Подводящая магистраль 12 снабжена манометром 13.

Отводящая магистраль 14 с обратным клапаном (на фиг.1 не показан) установлена в нижней части корпуса 1 печи и предназначена для отвода воздуха из внутренней полости 4 печи. Обратный клапан необходим для того, чтобы в случае прекращения подачи природного газа не происходил подсос воздуха во внутрь печи.

После помещения корзины 6 с заготовками 7 гильз в печь, установки и герметизации крышки 10 через подводящую магистраль 12 во внутреннюю полость 4 печи закачивают природный газ, который вытесняет находящийся в печи воздух, скапливающийся в нижней части внутренней полости 4 печи. Одновременно с подачей природного газа в печь медные заготовки 7 нагревают при помощи электрических тенов 3 до температуры рекристаллизационного отжига (550-600°С) в течение 1.5 часов. Воздух выходит из печи наружу через отводящую магистраль 14, расположенную в нижней части печи.

При начале выхода природного газа из отводящей магистрали 14 его поджигают и при достижении ровного пламени при горении природного газа его расход снижают. Подачу природного газа не отключают в течение всего периода отжига.

По окончании отжига крышку 10 открывают. Корзину 6 с медными заготовками 7 максимально быстро вынимают из печи и помещают в холодную воду, где охлаждают до температуры не более 50°С.

Пример конкретного выполнения.

Нагрев полых медных заготовок с толщиной 15 мм в электрической печи до температуры рекристализационного отжига (550-600°С) составляет 35-40 минут.

Чтобы на поверхностях заготовок не начались окислительные процессы, воздух из внутренней полости печи удалили до достижения в печи температуры 300°С. Такой температуры заготовки в печи достигли через 15-20 мин.

Полностью удалить воздух из внутренней полости шахтной печи через указанное время удалось при расходе природного газа, равном 4,28 ее объема.

Объем внутренней полости печи составил ~ 0.35 м³. Таким образом, расход природного газа получился равным 1,5 м³/час, а внутренняя полость печи была полностью заполнена природным газом через ~ 15 мин.

За такое время шахтная печь не может разогреться и не разогрелась до температуры, при которой происходит окисление поверхности медных заготовок.

Для контроля полного вытеснения воздуха из печи газ, выходящий из отводящей магистрали, подожгли. Достижение равномерного пламени горения природного газа означает полное вытеснение воздуха и других примесей из печи. После этого расход природного газа снизили в два раза.

Подачу природного газа не отключали в течении всего периода отжига.

Длительность отжига составила 1,5 часа.

По окончании отжига крышку печи открыли, корзину с медными заготовками максимально быстро поместили в холодную воду и охладили до температуры не более 50°С.

В результате проведения рекристализационного отжига медных заготовок, согласно предложенному способу, отожженные заготовки имели равномерный розовый цвет, отсутствовали пятна окисла и сажи, а металлографические исследования показали наличие равноосной структуры. Все это подтверждает качественную защиту поверхности медных заготовок от окисления.

Предложенный способ отжига медных заготовок, преимущественно гильз кристаллизатора машин непрерывного литья металлов, в защитной среде шахтной печи по сравнению с известными позволит повысить качество отжига медных заготовок гильз кристаллизаторов машин непрерывного литья металлов путем исключения окисления их поверхности, подвергаемых рекристаллизационному отжигу.

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к способу термической обработки медных заготовок в защитной среде. Способ отжига медных заготовок гильз включает размещение корзины с медными заготовками во внутренней полости печи, заполнение внутренней полости печи защитной средой, разогрев печи и медных заготовок до температуры отжига, их выдержку при температуре отжига, затем их выемку из печи и погружение в воду для охлаждения. В качестве защитной среды и средства вытеснения воздуха здесь используют природный газ, который поджигают на выходе из нижней части внутренней полости печи, подачу природного газа уменьшают по достижении устойчивого горения и не отключают в течение всего периода отжига, при этом газ подают в верхнюю часть внутренней полости печи в объеме, равном не более 4,28 объема внутренней полости. Технический результат заключается в повышении качества отжига медных заготовок гильз кристаллизаторов машин непрерывного литья металлов путем исключения окисления их поверхности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ отжига медных заготовок гильз в защитной среде шахтной печи, включающий размещение корзины с медными заготовками во внутренней полости печи, заполнение внутренней полости печи защитной средой, разогрев печи и медных заготовок до температуры отжига, их выдержку при температуре отжига, выемку из печи корзины с медными заготовками по окончании выдержки и ее погружение в воду для охлаждения, отличающийся тем, что в качестве защитной среды и средства вытеснения воздуха используют природный газ, который поджигают на выходе из нижней части внутренней полости печи, подачу природного газа уменьшают по достижении устойчивого горения и не отключают в течение отжига, при этом газ подают в верхнюю часть внутренней полости печи в объеме, равном не более 4,28 объема внутренней полости.

2. Способ отжига по п. 1, отличающийся тем, что в качестве медных заготовок гильз используют гильзы кристаллизатора машин непрерывного литья металлов.