Способ получения меднофосфористой лигатуры Советский патент 1993 года по МПК C22C1/02 C22C9/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения меднофосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислйтелёй и высокотемпературных припоев.

Известен способ получения лигатуры медь-фосфор, сущность которого заключается в следующем. 6 тигель, футерованный шамотным кирпичом, засыпаюткрасный порошкообразный фосфор из расчета 85- 150 кг фосфора на 1 т меди, фосфор уплотняют, например, с помощью вибростола, затем на уплотненный фосфор наносят слой измельченной медной стружки и утрамбовывают. На полученную массу заливают расплав меди с температурой 1200°С и выдерживают до завершения взаимодействия фосфора с медью. После этого с поверхности сплава снимают шлак, металл после перемешивания и 1тстаивания разливают в изложницы.

Недостатком способа является то, что обеспечивается относительно низкое содержание фосфора в сплаве (не превышает

9,43%) и относительно высокие потери фосфора (до 8,8%).

Известен способ получения фосфористой меди, включающий плавление исходного сырья и контактирование жидкой меди с фосфором, причем в качестве исходного сырья используют медьсодержащие обходы фосфорного производства и плавят в с.реде инертного газа при 1050-1150°С. Однако, этот способ характеризуется недостаточно высоким содержанием фосфора в получаемом сплаве.

В качестве прототипа выбран способ получения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, взятых з определенном количественном соотношении, термообработку полученной шихты без контакта с атмосферой при температуре 350-360°С в течение 4-5 ч и охлаждение образовавшейся массы. Полученная этим способом лигатура мо.ет содержать до 30% фосфора.

Недостатками данного способа являются относительно высокие потери фосфора

XI 00 00

о ел ю

(3-5%), относительно большая продолжительность процесса термообработки (4-5 ч), обусловленная сравнительно низкой скоростью взаимодействия фосфора с медью. Все это снижает эффективность способа.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия фосфора и меди.

Поставленная цель достигается тем, что в способе меднофосфористой лигатуры, включающем приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение образовавшейся массы, предусмотрены следующие технологические отличия:

для приготовления шихты .используют частички меди с удельной поверхностью 0,1-1,0 м2/кг;

шихту готовят чередованием слоев частичек меди со слоем красного фосфора при их соотношении 9:(1-4);

термообработку шихты осуществляют при температуры 370-420°С и непрерывном перемешивании шихты по зоне термообработки в течение 30-90 мин.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

В аппарате, имеющем зону нагрева, готовят шихту послойной укладкой частичек меди и красного фосфора с чередованием слоев. Для осуществления способа используются частички меди (продукт измельчения медной проволоки, выштамповки, стружки и иных медных материалов) с удельной поверхностью 0,1-1,0 м2/кг и порошкообразный красный фосфор, при этом их соотношение (по массе) равно 9:(1-4). Полученную слоистую шихту подвергают термообработке при температуре 370-420°С, непрерывно перемещая в зоне термообработки, в течение 30-90 мин. Образовавшуюся при этом меднофосфористую лигатуру охлаждают и извлекают из аппарата. При необходимости полученную лигатуру подвергают брикетированию либо переплавке (для придания компактности). Лигатура содержит до 9-30% фосфора. Потери фосфора ;.при производстве лигатуры не превышают 1,5-2,5%.

Пример.В вертикальную трубчатую электрическую лабораторную печь (внутренний диаметр 70 мм), оборудованную снизу заслонкой, обеспечивающей перемещение шихты сверху вниз с заданной скоростью, загружали послойно измельченные проводники тока (максимальный размер 20 мм, удельная поверхность 0,1 м2/кг) в количестве 0,015 кг, после чего загружали красный фосфор (ГОСТ 8655-75) в количестве 0,007 кг. Соотношение медь - фосфор

равно 9:4. Эту последовательность слоев повторяли многократно в течение всего процесса. Полученную сложную массу вводили в зону, нагретую до 370°С с перемещали

сверху вниз со скоростью 0,0166 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 90 мин. При дальнейшем перемещении полученной лигатуры вниз той же скоростью,

при этом произошло ее охлаждение.

Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 2%. Продолжительность процесса 100 мин.

Пример 2. В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 2 мм, удельная поверхность 1 м2/кг). Скорость перемещения шихты составила 0,025 м/мин. Продол- жительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 60 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,5%. Потери фосфо- ра составили 1,7%. Продолжительность

процесса 70 мин.

Пример 3, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 7 мм, удельная поверхность О.). Время прохождения

шихты нагретой зоны 70 мин со скоростью 0,021 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,4%. Потери фосфора составили 2,0%. Продолжительность процесса 83 мин.

Пример 4. В условиях примера 1, сложную массу вводили в зону, нагретую до 420°С и перемещали со скоростью 0,018 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки

составила 80 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 2,5%. Продолжительность процесса 97 мин.

Пример 5. В условиях примера 1,

перемещение шихты осуществлялось со скоростью 0,021 м/мин. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2 %, Потери

фосфора составили 1,8%. Продолжительность процесса 48 мин,

Примерб. В условиях примера 1, на каждые 9 частей медной, составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 40 мин. Скорость перемещения шихты 0,0375 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%, Потери фосфора

составили 2,5%. Продолжительность процесса 52 мин.

Пример. В условиях примера 2, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Скорость перемещения шихты 0,05 м/мин. Содержание фосфора в лигатуре было 9,8%. Потери фосфора составили 2,0%. Продолжитель- ность процесса 34 мин.

П р и м е р 8. В условиях примера 1 на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0435 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%. Потери фосфора составили 2,1%. Продолжительность про- цесса 102 мин.

Пример 9. В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420°С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержани- ем фосфора 9,81%. Потери фосфора составили 2,4%. Продолжительность процесса 38 мин.

ПримерЮ В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420°С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,15 м/мин. Содержание фосфора в лигатуре было 9,74%. Потери фосфора составили 2,6%. Продолжительность процесса 100 мин.

П ример11.В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 370°С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,18 м/мин. Получена меднофосфооистая лигатура с содержани- ем фосфора 9,87%. Потери фосфора составили 2,2%. Продолжительность процесса 97 мин.

П р и м е р 12. В условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420°С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,92%. Потери фосфора соста- вили 1,7%. Продолжительность процесса 39 мин.

П р и м е р 13. В условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420°С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,85% Потери фосфора соста- вили 2,1%. Продолжительность процесса 102 мин.

П р и м е р 14. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 2,5%. Продолжительность процесса 38 мин.

П р и м е р 15. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты, в нагретой до 420°С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,32%. Потери фосфора составили 1,9%. Продолжительность процесса 39 мин.

Пример16. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420°С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,95%. Потери фосфора составили 2,4%. Продолжительность процесса 99 мин.

Пример 17. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420°С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%. Потери фосфора составили 2,7%. Продолжительность процесса 38 мин.

П р и м е р 18. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 360°С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0166 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%. Потери фосфора составили 5,0%. Из-за низкой температуры часть фосфора не успела втвориться.

П р и м е р 19. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 430°С зоне 70 мин. Скорость перемещения шихты 0,021 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,6%. Потери фосфора:состгвили 4,5%. Продолжительность процесса 87 мин. Повышение температуры термообработки 420°С приводит к увеличению потери фосфора за счет его интенсивного испарения.

П р и м е р 20. В условиях примера 1, загружали послойно измельченные мед- ные проводники тока (с максимальным размером 1 мм и удельной поверхностью 1,2м /кг). Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 100 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 29,1%. Потери фосфора составили 3%. Продолжительность процесса 114 мин. Увеличение удельной поверхности 1,0 м2/кг приводит к снижению газопроницаемости слоя из проводников тока, в результате чего увеличивается продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне для полного усвоения фосфора медью.

Пример21. В условиях примера 1, загружали измельченные медные проводники тока (с максимальным размером 10 мм и удельной поверхностью 0,09 м /кг). Продолжйтельность нахождения шихты в нагретой зоне 110 минут. Потери фосфора составили 3,0%. Получена лигатура с содержанием фосфора 28,9%. Продолжительность процесса 126 мин. Снижение удельной поверхности измельченных проводников тока 0,1 м2/кг замедляет процесс втвор ения фосфора в медь.

П р и м е р 22. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 25 мин. Фосфор втворился не полностью. ::

П р и м е р 23. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 100 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 2,5%. Увеличение времени прохождения шихты нагретой зоны 90 мин не приводит к повышению содержания фосфора в лигатуре и снижает его потери, однако падает производительность процесса, поэтому экономически не целесообразно.

П р и м е р 24. В условиях примера 1, при соотношении медь:фосфор 10:1. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 60 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 8,6%. Потери фосфора составили 4,0%. При снижении содержания фосфора в шихте 9%, получаемый на поверхности кусков меди фосфид меди более прочный, плохо скалывается и поэтому скорость диффузии фосфора в медь резко снижается.

Пример 25. В условиях примера 1, при соотношении медь:фосфор 9:5. Получена лигатура с содержанием фосфора 29,9%. Потери фосфора составили 5%. Повышение содержания фосфора с шихте 30% не целесообразно, поскольку максимальное втворение фосфора проходит до содержания его в лигатуре 30%, а остальной фосфор остается в свободном состоянии.

П р и м е р 26 (прототип). В графитовый тигель емкостью 5 кг загрузили смесь состоящую из 2300 г измельченных медных проводников тока с удельной поверхностью 1,0 м2/кг и 700 г красного фосфора. В атмосфере аргона нагрели до температуры 360°С и при этой температуре смесь выдерживали в течение 4,5 ч. (При меньшей продолжительности и выдержки фосфор прореагировал не полностью), Получено 286.5 г лигатуры с содержанием фосфора 23%. По- тери фосфора составили 6%.

Результаты примеров приведены в таблице.

Предложенный способ обладает следующими преимуществами перед .способом прототипом;

увеличивается скорость втворения фосфора в 3-5 раза;

потери фосфора снижаются до максимуму 2,5%;

процесс устойчив, не требует герметизации и защитной атмосферы, легко поддается механизации и автоматизации, может быть непрерывным;

процесс экологически чист.

25

Формула изобретения

Способ получения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия компонентов шихты, медь используют в виде частиц с удельной поверхностью 0,1-1,0 м /кг, приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:1-4, термообработку ведут

при 370-420°С в течение 30-90 мин, причем термообработку и охлаждение проводят при непрерывном перемещении реакционной массы.

Продолжение таблицы

Использование: при получении медно- фосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислйтелёй и высокотемпературных припоев. Сущность: готовят шихту из меди и красного фосфора, осуществляют термообработку при 370- 420°С в течение 30-90 мин, охлаждают при непрерывном перемещении реакционной массы. В качестве меди используют частицы с удельной поверхностью 0,1-1 м2/кг. Приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:(1-4). 1 табл.