Медь и сплавы на её основе получили широкое распространение в современном машиностроении, в особенности в таких отраслях как энергетика, электроника, аэрокосмическая, криогенная и атомная техника.
Использование чистой меди в сфере промышленности обусловлено ее высокими показателями тепло- и электропроводности. Существенно ухудшает эксплуатационные свойства меди наличие в ее составе примесей, даже в минимальном количестве. Наличие вредных примесей даже в небольших количествах существенно ухудшает комплекс эксплуатационных свойств меди. Кислород является основной вредной примесью, а эффективным раскислителем меди является углерод.
Известен способ рафинирования отходов меди за счёт последовательного введения рафинирующих флюсов с последующим удалением образующихся шлаков. Флюс содержит от 25 до 52 весовых процентов оксида меди, химически связанного с фосфорсодержащими соединениями. Основную часть флюса вводят в шихту на стадии загрузки медного лома в тигель печи, и ещё 10 - 20 % - под зеркало расплава после расплавления около половины загруженной шихты. Рафинирование таким способом осуществляется недостаточно качественно. Медь и сплавы на её основе рафинируют в процессе индукционной плавки за счёт равномерного введения рафинирующих флюсов на основе полиметафосфатов щелочных металлов с добавлением оксидов меди и последующего удаления образующихся шлаков. Однако в ходе осуществления процесса происходит восстановление вредных примесей из остатков не удалённого шлака и их обратная диффузия в расплав.
Существует способ выплавки высококачественных марок меди, при котором в качестве раскислителя используется углерод (древесный уголь, сажа и т.п.). Измельчённый углеродистый материал загружается в графитовый тигель печи вместе с шихтой. Раскисление происходит в процессе вакуумной индукционной плавки за счёт взаимодействия расплава с измельченным углеродом и поверхностью тигля.
Эффективность процесса раскисления при этом зависит от исходного содержания кислорода в шихте. Стойкость графитового тигля недостаточна. Используемый порошок графита всасывается в вакуумную систему и загрязняет масло в вакуумных насосах.
Разработан также способ рафинирования расплава отходов меди в процессе индукционной тигельной плавки, при котором на дно тигля устанавливается шайба, изготовленная из плотного графита и имеющая определенное количество свободно расположенных отверстий, поверх которой загружается шихта. Отверстия в рафинирующей графитовой шайбе значительно (в 2-3 раза) увеличивают её реакционную поверхность. Медь, в жидком состоянии по мере расплавления проходит сквозь отверстия в шайбе, активно раскисляется и скапливается в нижней части тигля. Графитовая шайба, обогревая зеркало расплава, в процессе плавления всплывает на поверхность жидкой меди. Это позволяет обеспечить затвердевание литой заготовки, и выведение усадочных дефектов в его верхнюю часть, после отключения индуктора. Шайба может использоваться многократно - при выполнении порядка 30-60 плавок. За счёт того, что шайба выполнена из плотного графита, исключается загрязнение вакуумной системы, в сравнении с раскислением при помощи измельчённого углеродистого материала.
Рафинирование расплава меди от кислорода при помощи разработанного способа может выполняться как в вакуумных, так и в открытых индукционных печах. Естественно, во втором случае эффективность рафинирования будет гораздо меньшей. Данный способ также был использован для рафинирования расплава при получении высококачественных медных заготовок методом непрерывного литья.
сентября 19, 2020