Особенности технологии и флюсы для производства слитков латуней и бронз

При плавке латуней  в индукционных печах  литейщики сталкиваются с проблемой  высокой летучести  цинка. Это обуславливается низкой температурой кипения цинка- 907 ⁰С [1] . Для уменьшения потерь цинка, а так же защиты поверхности расплава применяются покровные флюсы. Традиционно в этом качестве использовались древесный уголь и криолит. Такая обработка обеспечивала защиту зеркала металла, образование сухого шлака и минимизацию потерь сплава.

Однако, в последнее время, отечественные криолитовые заводы значительно снизили объемы производства Na₃AlF₆ , а некоторые вообще прекратили производства, не выдержав конкуренции с китайскими производителями. В результате начал образовываться некоторый дефицит криолита, и как следствие этого импортный  Na₃AlF₆  вырос в цене. Поэтому рядом предприятий, занимающихся производством  вторичных медных сплавов была озвучена задача по разработке эффективных флюсовых препаратов для плавки латуней и бронз замещающих функционально криолит. Причем такие флюсы должны встраиваться в технологическую схему производства слитков (рис.1).

Рис. 1 Технологическая схема производства слитков из  вторичных металлов и сплавов. 

Базовой диаграммой состояния для латуней является система Cu-Zn(рис.2).

Рис.2 Диаграмма состояния системы Cu-Zn

В этой системе имеется необычная зависимость растворимости цинка в меди от температуры  902  ⁰С она составляет 32,5% и в отличие от многих других систем, с понижением температуры растворимость увеличивается, достигая максимальных значений 39% при 454 ⁰С. При дальнейшем понижении температуры растворимость цинка в меди мало изменяется, поэтому для оценки фазового состава латуней используют значение предельной растворимости цинка в твердой меди (39%) [2].

При выплавке латуни сначала вводят медьсодержащие материалы, затем цинксодержащие отходы и легирующие элементы. Сплав нагревают  до 1000…1100 ⁰С  и перед выпуском корректируют содержание цинка в зависимости от марки латуни. Сплав, как правило, не раскисляют т.к. цинк сам является хорошим раскислителем, а оксиды его не растворяются в расплаве и легко всплывают в шлаковую фазу. Сложные латуни (ЛМц, ЛМ, ЛАЖМц) плавят так же, как  двойные. Различие состоит лишь в том, что перед введением отходов и легирующих элементов, особенно алюминия, медь раскисляют фосфоросодержащими соединениями или препаратами [1].

Кремнистые латуни отличаются большой склонностью к поглощению водорода, особенно в присутствии примесей  алюминия, что предопределяет повышенную газонасыщенность расплава. Особенно это проявляется при нагреве сплава выше 1100 ⁰С [3].

Другая группа медных сплавов- бронзы имеют свои особенности при плавлении и рафинировании (рис.3).

 Рис. 3   Диаграмма состояния  Cu-Sn

Особенность оловянных бронз- образование SnO₂  при взаимодействии  олова с Cu₂О. Наличие включений  SnO₂ заметно снижает физико-механические свойства оловянных бронз. Поэтому перед дошихтовкой по олову расплав подвергают раскилению, как правило фосфоросодержащими соединениями. Плавку сложных оловянных бронз необходимо вести в окислительной атмосфере  под слоем флюса, который бы эффективно работал в температурном интервале 1100…1200 ⁰С.

Алюминиевые бронзы  более чувствительны к поглощению газов, чем оловянные, поэтому использование качественных эффективных флюсовых препаратов при их плавке является неотъемлемым технологическим требованием. Таким же является требование  соблюдения температурного режима плавления- не допуская перегрева расплава выше 1200 ⁰С [1].

Поэтому при разработке флюсовых препаратов необходимо было учитывать эти технологические и специальные особенности, как латуней так и бронз.

Лабораторные исследования и опытно- промышленные экспериментальные работы позволили определить оптимальные соотношения фторидов, хлоридов и карбонатов в составе флюсовых препаратов для соответствия требованиям  эффективной работы в температурном диапозоне от 900 ⁰С и выше. Практика показала, что оптимальным являются соотношения:

1)    Фториды : карбонаты = 2…3

2)    Хлориды : карбонаты = 2,5…3,5

Эксплуатационные свойства  такого флюсового препарата усиливают соли с низкой температурой плавления и нейтральными  характеристиками к футеровочным материалам печей.

Такой флюс получил наименование «Препарат флюсовой ПФ-4» ТУ ВУ 100196035.021.2010.

Сравнительные испытания «Препарата флюсового ПФ-4» с криолитом проводились в литейных цехах на ряде предприятий по обработке цветных металлов в Европейской части Российской Федерации и Республики Беларусь. При изготовлении (плавка и полунепрерывное  вертикальное литье)  плоских и цилиндрических слитков латуней марок Л63, Л68, ЛЖ85-0,8, CuZn40Pb2, ЛС59-1 и бронз БрОЦ4-3, БрОФ2-0,25  расходные характеристики «ПФ-4» составили- 0,2% к массе переплавляемой шихты, содержание меди (как основного элемента) в шлаке составило 8…12% (при нормаивных показателях 20..23%).  При этом шлак образовывался сухой  рассыпчатый с незначительным образованием корольков, которые возвращались в производство после просеивания шлака через сито. Аналогичные результаты были получены при выплавке бронз и изготовлении отливок из БрО8Ц4,  БрО1Ф1, БрА9ЖЗЛ и БрА10ЖЗМц2.

Положительно зарекомендовал себя «Препарат флюсовой ПФ-5» ТУ ВУ 100196035.021.2010 в качестве покровного флюса в кристаллизаторе при изготовлении слитков латуней и бронз полунепрерывным методом вместо плавленой и дробленой буры.

Таким образом, для эффективной  обработки медных сплавов  (латуней и бронз) рекомендуется применять:

- «Препарат флюсовой ПФ-4» ТУ ВУ 100196035.021.2010 вместо криолита.

«Препарат флюсовой ПФ-5» ТУ ВУ 100196035.021.2010 может рекомендоваться как покровный флюс для применения в кристаллизаторах при полунепрерывном литье  слитков латуней  вместо буры.

Флюсы ПФ-4 и ПФ-5  на территории Украины можно заказать у нашего официального представителя  - ООО «Инженерная компания САС» г.Киев (т. (044) 4242503, 4238299) e-mail   info@sasua.com.ua   моб. 38(050) 6869007, директор Сезоненко А.Ю.)

Литература:

1.     А.В. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин «Литейное производство цветных и редких металлов» Москва Металлургия 1982г.

2.     О.Е. Осинцев, В.Н. Федоров «Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки» Москва, Машиностроение 2004.

3.     В.М. Воздвиженский, В.А. Грачев, В.В. Спасский «Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении», Москва Машиностроение, 1984.

Литература:

1. Пшеничный В.В. Иванов Ю.Ф.  Герметичность высоконагруженных алюминиевых литых изделий, М Мир, 2002г.

2. Никитин В.И. Никитин К.В.  Наследственность в литых сплавах , М, Машиностроение -1, 2005