RU2762460C1 - Способ получения слитков особочистой меди - Google Patents
Способ получения слитков особочистой меди Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762460C1 RU2762460C1 RU2021123335A RU2021123335A RU2762460C1 RU 2762460 C1 RU2762460 C1 RU 2762460C1 RU 2021123335 A RU2021123335 A RU 2021123335A RU 2021123335 A RU2021123335 A RU 2021123335A RU 2762460 C1 RU2762460 C1 RU 2762460C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ingots
- remelting
- copper
- consumable electrode
- strips
- Prior art date
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 7
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B15/00—Obtaining copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области цветной металлургии, конкретно к производству слитков особочистой меди для сверхпроводящих материалов. В качестве исходных материалов используют полосы катодной меди, стадию подготовки исходных материалов осуществляют путем рубки листов катодной меди на полосы шириной 150±10 мм, их правку и фрезеровку по торцам, изготовление расходуемого электрода осуществляют путем сварки полос между собой, при этом один из торцов сваренного электрода готовят под крепление на шток печи, после чего осуществляют последовательный тройной электронно-лучевой переплав полученного расходуемого электрода, с промежуточной механической обработкой поверхности наплавляемых слитков на глубину 3-7 мм после всех этапов переплава. Изобретение позволяет наплавлять слитки особочистой меди с содержанием кислорода не более 0,0015% и минимальным уровнем примесей цветных металлов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Description
1. Область техники
Изобретение относится к области цветной металлургии, конкретно к способам получения слитков особочистой меди для сверхпроводящих материалов. Способ включает стадию подготовки исходных материалов, путем рубки листов катодной меди на полосы шириной 150±10 мм, их правку и фрезеровку по торцам, изготовление расходуемого электрода, путем сварки полос между собой, при этом один из торцов сваренного электрода готовят под крепление на шток печи, после чего осуществляют последовательный тройной электронно-лучевой переплав полученного расходуемого электрода, с промежуточной механической обработкой поверхности наплавляемых слитков после всех этапов переплава. Способ позволяет наплавлять слитки особочистой меди с содержанием кислорода не более 0,0015% и минимальным уровнем примесей цветных металлов.
2. Предшествующий уровень техники
Известен «Способ получения высококачественной меди вакуумной дуговой плавкой» (Патент RU 2 156 822 (С22 В 15/14), 2000), включающий плавку медных катодов в графитовом тигле нерасходуемым графитовым электродом при удельной мощности электрической дуги в пределах 4⋅106 - 6⋅106 Вт на 1 м2 внутреннего поперечного сечения тигля в течение времени, продолжительность которого определяют по выражению: 8,1 cth/10-9⋅q/≤τ≤8,9cth/10-9⋅q/, где cth - функция гиперболического котангенса; τ - продолжительность плавки, с; q - удельная мощность электрической дуги, Вт/м2. Известный способ не обеспечивает получения слитков особочистой меди для сверхпроводящих материалов требуемой чистоты и установленных требований к электротехническим свойствам из-за недостаточной степени рафинирования расплава.
Известен «Способ получения в вакууме слитков особочистой меди» (Патент RU 2 407 815 (С22В 15/14), 2010), включающий получение расплава меди, рафинирование расплава от летучих окислов и других примесей, раскисление углеродом, рафинирование в раскисленном состоянии, разливку металла в слитки и кристаллизацию, причем перед расплавлением шихтовые материалы из меди подвергают поверхностному травлению и плавят их в графитовом тигле, на дно которого помещают куски графита в количестве, составляющем 0,15-0,6% от массы шихты из меди. Недостатком известного способа является отсутствие эффективных операций, обеспечивающих содержание кислорода в слитках особочистой меди менее 0,003%.
Известен «Способ получения заготовки из меди или ее сплавов» (Патент RU 2 247 162 (С22В 09/18, С22В 15/00), 2005), который включает изготовление расходуемого электрода из шихтовых материалов, его электрошлаковый переплав в кристаллизатор на поддон, формирование слитка и его деформацию с получением заготовки, при этом расходуемый электрод изготавливают путем расплавления шихтовых материалов в 6-12-тонном тигле в вакуумной индукционной печи, электрошлаковый переплав расходуемого электрода ведут в кристаллизатор диаметром 500-700 мм, при этом электрический режим переплава выбирают в зависимости от диаметра кристаллизатора, на поддон устанавливают семь затравок, одну - по центру и шесть - по периферии у стенки кристаллизатора, и производят рассредоточение электрического контакта на затравки, а после деформации заготовку охлаждают на воздухе. Недостатком технического решения является то, что оно не позволяет получить слитки меди с низким содержанием кислорода менее 0,040%.
Известен также принятый заявителем за наиболее близкий аналог - способ вакуумно-дугового переплава («Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального назначения» под ред. А.Д. Свенчанского, 2 изд., М., Энергоиздат, 1981 г., с. 217), при котором расходуемый электрод крепится к электрододержателю вакуумной дуговой печи механическим способом с помощью муфты с цанговым или клиновым зажимом. Недостатком способа является то, что достичь содержания кислорода в слитках меди менее 0,003% не представляется возможным.
3. Сущность изобретения
3.1. Постановка технической задачи
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в получении слитков особочистой меди с содержанием кислорода не более 0,0015% и минимальным уровнем примесей цветных металлов.
Результат решения технической задачи
Задача решена за счет того, что выплавку слитков особочистой меди осуществляют в электронно-лучевой печи с использованием расходуемого электрода, предварительно изготовленного путем сварки полос катодной меди между собой.
3.2. Отличительные признаки
В отличие от известного технического решения, включающего подготовку исходных материалов, изготовление из них расходуемого электрода и его переплав с получением слитка; в заявленном техническом решении в качестве исходных материалов используют полосы катодной меди, стадию подготовки исходных материалов осуществляют путем рубки листов катодной меди на полосы шириной 150±10 мм, их правку и фрезеровку по торцам, изготовление расходуемого электрода осуществляют путем сварки полос между собой, при этом один из торцов сваренного электрода готовят под крепление на шток печи, после чего осуществляют последовательный тройной электронно-лучевой переплав полученного расходуемого электрода, с промежуточной механической обработкой поверхности наплавляемых слитков после всех этапов переплава.
Электронно-лучевой переплав производят на скорости порядка 4÷7 мм/мин и мощности 150÷170 кВт, при этом вакуум поддерживают на уровне (3,0÷5,0)×10-4 мм рт.ст.
Наплавленные слитки меди после всех этапов электроннолучевого переплава подвергают механической обработке на глубину 3÷7 мм.
3.3. Перечень фигур чертежей
На фиг. 1 представлен подготовленный расходуемый электрод для электроннолучевого переплава, где 1 - внешний вид расходуемого электрода после сварки полос катодной меди между собой; 2 - приваренная дугообразная скоба к одному из торцов расходуемого электрода, в виде изогнутой металлической полосы или арматуры, для его перемещения и крепления на шток печи для последующего электроннолучевого переплава; 3 - противоположный торец сварного расходуемого электрода.
На фиг. 2 представлен обработанный слиток особочистой меди после тройного электроннолучевого переплава.
4. Описание изобретения
Рафинирование металла при электроннолучевом переплаве (ЭЛП) основано, как и при вакуумном дуговом переплаве (ВДП), на капельном наплавлении слитка в условиях вакуумирования плавильного пространства печи, однако взаимодействие металла с разреженной газовой фазой в условиях ЭЛП отличается.
Независимый источник теплоты при ЭЛП дает возможность в широких пределах регулировать скорость наплавления слитка и, соответственно, продолжительность пребывания металла в жидком состоянии. В ходе электроннолучевого переплава уровень металлической ванны сохраняет неизменное положение вблизи верхнего края кристаллизатора, а расходуемый электрод, подаваемый сверху, не препятствует удалению выделяющихся из расплава газов и паров. Высокая концентрация энергии электронного луча позволяет обеспечить существенный перегрев поверхности металлической ванны, который превышает этот показатель для условий ВДП примерно на 100÷150°С.
Как известно, при переплавах расходуемого электрода металл подвергается рафинированию на трех этапах существования его в жидком состоянии: в пленке на оплавляющемся торце электрода, в каплях и на поверхности жидкой металлической ванны. При сопоставимых условиях (производительность, диаметр используемого кристаллизатора) площадь межфазной поверхности газ - металл на двух последних этапах соответственно одинакова для обоих методов переплава. Площади оплавляющегося торца электрода при этом могут отличаться в несколько раз. Так, в ходе ВДП торец расходуемого электрода обычно плоский и, следовательно, площадь этой поверхности примерно равна поперечному сечению переплавляемого электрода. При ЭЛП, с вертикальной подачей расходуемого электрода, его оплавляющийся конец приобретает коническую форму (с углом при вершине от 30 до 60°), за счет чего площадь этой поверхности в 2-4 раза превышает площадь поперечного сечения электрода. В сочетании с более высокой температурой жидкого металла, более глубоким вакуумом в рабочем пространстве это создает благоприятные условия для лучшей дегазации металла, испарения цветных металлов и диссоциации неметаллических включений. Удаление примесей происходит в пленке жидкого металла на конце оплавляемого расходуемого электрода.
В заявленном техническом решении на стадии подготовки исходных материалов, полос катодной меди, осуществляют рубку листов катодной меди, их правку и фрезеровку по торцам, изготовление расходуемого электрода и электронно-лучевой переплав, при этом последовательно выполняют следующие операции:
- рубку листов катодной меди на полосы шириной 150±10 мм;
- сварку полос катодной меди между собой (Фиг. 1);
- приварку дугообразной скобы, в виде изогнутой металлической полосы или арматуры, к одному из торцов сваренного электрода для его перемещения и крепления на шток печи для последующего электроннолучевого переплава (Фиг. 1);
- последовательный тройной электронно-лучевой переплав полученного расходуемого электрода. Расходуемый электрод при ЭЛП подается сверху. Затвердевание слитка происходит в водоохлаждаемом кристаллизаторе. В качестве затравочной пластины используется пластина железа. Электронно-лучевой переплав производят на скорости порядка 4÷7 мм/мин и мощности 150÷170 кВт, при этом вакуум поддерживают на уровне (3,0÷5,0)×10-4 мм рт.ст.;
- наплавленные слитки меди после всех этапов электронно-лучевого переплава подвергают механической обработке на глубину 3÷7 мм (Фото 2).
Использование предлагаемого способа позволяет наплавлять слитки особочистой меди с содержанием кислорода не более 0,0015%, а также снизить уровень примесей цветных металлов.
5. Пример конкретного выполнения (реализация способа)
Производство слитков особочистой меди осуществляли методом многократного электроннолучевого переплава в кристаллизатор диаметром 250 мм по следующей схеме:
подготовка исходных материалов (рубка, правка, фрезеровка полос) → изготовление расходуемого электрода (сварка полос в пакет) → первый электронно-лучевой переплав → механическая обработка слитка → второй электронно-лучевой переплав → механическая обработка слитка → третий электронно-лучевой переплав → механическая обработка слитка.
Электронно-лучевой переплав осуществляли в электронно-лучевой печи У-254 в кристаллизатор ∅250 мм. Стартовая мощность на уровне 150÷170 кВт. Скорость подачи электрода на режиме 4÷7 мм/мин. На всех плавках режим проходил стабильно. После окончания плавки произвели выдержку слитка в печи под вакуумом, после чего произвели напуск воздуха. Параметры наплавленных и обработанных слитков меди приведены в таблице 1.
От каждого наплавленного слитка были отобраны образцы для определения химического состава по системе «Г-Х». Результаты химического анализа приведены в таблице 2.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет наплавлять слитки особочистой меди с содержанием кислорода не более 0.0015% и минимальным уровнем примесей цветных металлов.
Claims (3)
1. Способ получения слитков особочистой меди, включающий подготовку исходных материалов, изготовление из них расходуемого электрода и его переплав с получением слитка, отличающийся тем, что в качестве исходных материалов используют полосы катодной меди, стадию подготовки исходных материалов осуществляют путем рубки листов катодной меди на полосы шириной 150±10 мм, их правку и фрезеровку по торцам, изготовление расходуемого электрода осуществляют путем сварки полос между собой, при этом один из торцов сваренного электрода готовят под крепление на шток печи, после чего осуществляют последовательный тройной электроннолучевой переплав полученного расходуемого электрода, с промежуточной механической обработкой поверхности наплавляемых слитков после всех этапов переплава.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электронно-лучевой переплав производят на скорости порядка 4÷7 мм/мин и мощности 150÷170 кВт, при этом вакуум поддерживают на уровне (3,0÷5,0)×10-4 мм рт.ст.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наплавленные слитки меди после всех этапов электронно-лучевого переплава подвергают механической обработке на глубину 3÷7 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021123335A RU2762460C1 (ru) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | Способ получения слитков особочистой меди |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021123335A RU2762460C1 (ru) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | Способ получения слитков особочистой меди |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2762460C1 true RU2762460C1 (ru) | 2021-12-21 |
Family
ID=80039014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021123335A RU2762460C1 (ru) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | Способ получения слитков особочистой меди |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2762460C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116174666A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-05-30 | 苏州奥智智能设备股份有限公司 | 一种无氧铜的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247162C1 (ru) * | 2004-01-15 | 2005-02-27 | ОАО Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ" | Способ получения заготовки из меди или ее сплавов |
| RU2407815C1 (ru) * | 2009-08-03 | 2010-12-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ получения в вакууме слитков особочистой меди |
| CN101199988B (zh) * | 2007-11-13 | 2011-06-22 | 北京有色金属研究总院 | 一种制备超高纯铜铸锭的方法 |
-
2021
- 2021-08-05 RU RU2021123335A patent/RU2762460C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247162C1 (ru) * | 2004-01-15 | 2005-02-27 | ОАО Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ" | Способ получения заготовки из меди или ее сплавов |
| CN101199988B (zh) * | 2007-11-13 | 2011-06-22 | 北京有色金属研究总院 | 一种制备超高纯铜铸锭的方法 |
| RU2407815C1 (ru) * | 2009-08-03 | 2010-12-27 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ получения в вакууме слитков особочистой меди |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПЕЧИ.ДУГОВЫЕ ПЕЧИ И УСТАНОВКИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ. Под ред.А.Д.Свенчанского,2 изд.,М., Энергоиздат,1981, с.217. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116174666A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-05-30 | 苏州奥智智能设备股份有限公司 | 一种无氧铜的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7381366B2 (en) | Apparatus for the production or refining of metals, and related processes | |
| CN114318109B (zh) | 一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法 | |
| RU2762460C1 (ru) | Способ получения слитков особочистой меди | |
| EP3586998B1 (en) | Method for producing ti-al alloy | |
| CN112301230A (zh) | 一种空心电渣重熔自耗电极及其制备方法和电渣重熔方法 | |
| JP5513389B2 (ja) | シリコンの精製方法 | |
| RU2346221C1 (ru) | Способ вакуумно-плазменной плавки металлов и сплавов в гарнисажной печи и устройство для его осуществления | |
| JP7412197B2 (ja) | Ｔｉ－Ａｌ系合金の製造方法 | |
| JPH02236232A (ja) | チタン及びチタン合金の溶解、鋳造方法 | |
| RU2853857C1 (ru) | Способ получения слитков из металлического кобальта методом электронно-лучевого переплава (элп) | |
| CN1335925A (zh) | 稀土类磁铁废屑的熔炼方法和熔炼装置以及稀土类磁铁废屑的一次熔炼合金 | |
| RU2630157C2 (ru) | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида титана | |
| RU2770807C1 (ru) | Способ получения заготовки из низколегированных сплавов на медной основе | |
| CN117701899A (zh) | 一种dd5单晶铸造高温合金返回料的纯净化回收方法 | |
| CN113481393A (zh) | 一种钒铬钛合金及其制备方法 | |
| RU2209842C2 (ru) | Способ плавки и литья металла | |
| JP3632722B2 (ja) | チタン合金製造用バナジウム含有母合金の製造法 | |
| JP4209964B2 (ja) | 金属バナジウム又は／及び金属バナジウム合金の溶解方法並びに鋳造方法 | |
| RU2783993C1 (ru) | Способ получения слитков ниобия высокой чистоты | |
| RU2238992C1 (ru) | Способ получения ниобиевых слитков | |
| RU2807237C1 (ru) | Способ выплавки жаропрочных сплавов на медной основе | |
| RU2792515C1 (ru) | Способ выплавки никель-титановых сплавов | |
| RU2716326C1 (ru) | Способ получения высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе с содержанием титана и алюминия в узких пределах | |
| RU2217515C1 (ru) | Способ получения слитков из сплавов на основе тугоплавких металлов | |
| RU2204617C1 (ru) | Способ рафинирования металлов и сплавов многократным электронно-лучевым переплавом |