Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения лигатуры на медно-никелевой основе

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения лигатур, и может быть использовано при производстве лигатур на основе меди, никеля, магния и алюминия.

Известен способ (Выплавка качественной стали для фасонного литья, Колокольцев В.М., Бахметьев В.В., Вдовин К.Н. и др. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007, с. 162-164) легирования сплавов чистыми, в том числе и тугоплавкими металлами заключающийся в ведении их в расплав в начальную стадию плавки в жидкую ванну или непосредственно в завалку, как одного из шихтовых материалов, закладываемых в печь до начала плавки.

Недостатком такого способа является необходимость перегрева расплава и увеличение продолжительности времени плавки, что приводит к увеличенному расходу электроэнергии и сокращению стойкости футеровки печи. Использование некоторых металлов в завалке может привести к повышенному угару, а также к недостаточной усвояемости, что отрицательно сказывается на экономической эффективности процесса.

Также известен способ (патент RU 2232827, опубл. 20.07.2004) получения лигатур алюминий-тугоплавкие металлы, с помощью обработки алюминиевого расплава галогенидом тугоплавкого металла при одновременном воздействии наносекундными электромагнитными импульсами, который позволяет увеличить жаростойкость, прочностные и пластические характеристики получаемых лигатур, а также их жидкотекучесть путем повышения растворимости и равномерности распределения тугоплавких легирующих элементов.

Недостатком данного способа является необходимость использования в процессе дополнительного оборудования для обработки электромагнитными импульсами, а также применения в качестве компонентов солей тугоплавких металлов, что в реальном производстве при единичном использовании данной технологии будет не рентабельно. Также данный способ не подходит для производства лигатур с низким содержанием алюминия.

Также известен способ (патент RU 2269586, опубл. 10.02.2006) приготовления лигатур и раскислителей заключающиеся в смешении тугоплавкого металла с расплавом наполнителя, который выбирают из группы, включающей Fe, Ni, Ti, SI, В, Mn.

Недостатком данного способа является плохое смешение в случае низкого содержания связующего элемента в получаемой литературе. При этом не произойдет полное смешение наполнителя с расплавом, что приведет к рассыпанию полученной лигатуры и невозможности ее применения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является применение лигатуры (патент SU 1020453А, опубл. 30.05.1983), содержащей в своем составе чистые металлы (никель, медь, алюминий и др.). Данная лигатура за счет содержания алюминия позволяет снизить время растворимости в расплаве и повысить усвояемость.

Недостатком данного способа является предварительное расплавление шихтовых материалов с целью получения лигатуру, что требует использования дополнительного агрегата для выплавки лигатуры, а также приводит к увеличенному расходу электроэнергии.

Технической задачей изобретения является создание способа получения медно-никелевых лигатур без использования плавильных агрегатов, позволяющего исключить потери металла за счет угара, а также снизить затраты на производство лигатур.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени растворимости лигатуры в расплаве, повышении усвояемости, а также снижение затрат на получение лигатуры.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ получения лигатуры на медно-никелевой основе, дополнительно содержащей магний и алюминий, включает получение лигатуры методом брикетирования чистых компонентов, при этом компоненты лигатуры представляют собой гранулы чистых металлов, размер гранул меди, никеля и магния составляет от 1 до 10 мм и уменьшается пропорционально увеличению температуры плавления чистого металла для каждого компонента, содержание алюминия составляет от 0,1 до 0,2% от общей массы металлов, входящих в состав лигатуры, размер частиц алюминия составляет 2-5 мм.

Поставленная задача решена следующим образом: получение лигатуры происходит смешением гранул чистых металлов с последующим брикетированием. В качестве шихтовых материалов применяются гранулы чистых металлов (никеля, меди, магния) размером от 1 до 10 мм, при этом размер гранул уменьшается пропорционально увеличению температуры плавления металла.

Указанный размер гранул чистого металла обусловлен тем, что гранулы фракции менее 1 мм практически не деформируются, что приводит к потерям до 10-20% металла в процессе брикетирований. Использование гранул размером более 10 мм приводит к увеличению времени расплавления лигатуры, что снижает экономический эффект. Также использование одновременно мелких и крупных гранул не обеспечивает достаточную прочность брикета.

Размер гранул чистых шихтовых материалов обратно пропорционален значению температуры плавления чистого металла для каждого компонента. Температура плавления никеля 1455°С, температура плавления меди 1085°С, температура плавления магния 2852°С, тогда отношение между температурами никеля и меди составляет 1,34, никеля и магния - 0,5. Соответственно при размере гранул никеля 2 мм размер гранул меди составляет 2,68 мм, размер гранул магния - 1 мм.

Дополнительно в лигатуру вводится алюминий в виде гранул размером до 5 мм в количестве от 0,1 до 0,2% от общей массы металлов, входящих в состав лигатуры. Указанный размер гранул алюминия обусловлен тем, что гранулы фракции менее 2 мм просыпаются между крупными гранулами чистых шихтовых компонентов, что приводит к потерям до 5-10% металла в процессе брикетирования. Использование гранул размером более 5 мм не позволяет получить плотную механическую лигатуру.

Указанные интервалы содержания алюминия основаны на том, что введение алюминия менее 0,1% не достаточно для обеспечения раскисления металла, так как остаточное содержание алюминия при таком количестве добавки не превышает 0,005-0,01%. Введение алюминия более 0,2% приведет к повышенному содержанию алюминия в расплаве и может достигать до 0,1%, что для ряда марок сплавов превышает требуемые значения. Введение алюминия в указанном количестве позволяет повысить усвояемость компонентов лигатуры.

Данный способ позволяет получить лигатуру без использования плавильного агрегата и тем самым значительно сэкономить электроэнергию, сократить потери за счет отсутствия угара металла и уменьшить время на производство.

Ниже приведены конкретные примеры исполнения способа.

Пример 1. Приготовление лигатуры на основе медь-никель в форме цилиндрического брикета диаметром 20 мм, высотой 20 мм, общим весом 0,1 кг, диаметр гранул меди 2,68 мм, диаметр гранул никеля 2 мм, диаметр гранул магния 1 мм, диаметр гранул алюминия 2 мм, содержание алюминия 0,20%.

Гранулы меди, никеля, магния и алюминия загрузили в пресс-форму, подвергли прессованию, затем извлекли брикет.

При использовании брикетов для выплавки сплавов на основе никель-медь в количестве 10% от шихтовых материалов отмечено, что усвоение никеля и меди из брикета составило 100%, магния - 30%, алюминия - 30%.;

Пример 2. Приготовление лигатуры на основе медь-никель в форме цилиндрического брикета диаметром 20 мм, высотой 20 мм, общим весом 0,1 кг, диаметр гранул меди 10 мм, диаметр гранул никеля 7,46 мм, диаметр гранул магния 3,73 мм, диаметр гранул алюминия 5 мм, содержание алюминия 0,10%.

Гранулы меди, никеля, магния и алюминия загрузили в пресс-форму, подвергли прессованию, затем извлекли брикет.

При использовании брикетов для выплавки сплавов на основе никель-медь в количестве 10% от шихтовых материалов отмечено, что усвоение никеля и меди из брикета составило 100%, магния - 27%, алюминия - 30%.

Пример 3. Приготовление лигатуры на основе медь-никель в форме цилиндрического брикета диаметром 20 мм, высотой 20 мм, общим весом 0,1 кг, диаметр гранул меди 6,7 мм, диаметр гранул никеля 5 мм, диаметр гранул магния 2,5 мм, диаметр гранул алюминия 5 мм, содержание алюминия 0,20%.

Гранулы меди, никеля, магния и алюминия загрузили в пресс-форму, подвергли прессованию, затем извлекли брикет.

При использовании брикетов для выплавки сплавов на основе никель-медь в количестве 10% от шихтовых материалов отмечено, что усвоение никеля и меди из брикета составило 100%, магния - 30%, алюминия - 25%.