Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ
Показана возможность электрошлаковой выплавки хромовой бронзы БрХ из некомпактных медных отходов с легированием хромом из шлака. Установлена зависимость содержания хрома в металле от количества оксида хрома в шлаке. Определены химический состав и основные свойства бронзы БрХ электрошлаковой выплавки...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96523 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ / А.В. Гнатушенко, Ф.К. Биктагиров, А.П. Игнатов // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 1 (106). — С. 16-18. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859803235769909248 |
|---|---|
| author | Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. |
| author_facet | Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. |
| citation_txt | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ / А.В. Гнатушенко, Ф.К. Биктагиров, А.П. Игнатов // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 1 (106). — С. 16-18. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Показана возможность электрошлаковой выплавки хромовой бронзы БрХ из некомпактных медных отходов с легированием хромом из шлака. Установлена зависимость содержания хрома в металле от количества оксида хрома в шлаке. Определены химический состав и основные свойства бронзы БрХ электрошлаковой выплавки.
Capability of electroslag melting of chromium bronze BrX of non-compact copper wastes with chromium alloying from slag is shown. The dependence of chromium content in metal on amount of chromium oxide in slag is established. Chemical composition and main properties of bronze BrX of electroslag melting are determined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:14:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.56
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ВЫПЛАВКА
ХРОМОВОЙ БРОНЗЫ БрХ
А. В. Гнатушенко, Ф. К. Биктагиров, А. П. Игнатов
Показана возможность электрошлаковой выплавки хромовой бронзы БрХ из некомпактных медных отходов с
легированием хромом из шлака. Установлена зависимость содержания хрома в металле от количества оксида хрома
в шлаке. Определены химический состав и основные свойства бронзы БрХ электрошлаковой выплавки.
Capability of electroslag melting of chromium bronze BrX of non-compact copper wastes with chromium alloying from
slag is shown. The dependence of chromium content in metal on amount of chromium oxide in slag is established.
Chemical composition and main properties of bronze BrX of electroslag melting are determined.
Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковая выплавка; хро-
мовая бронза; медные отходы; оксид хрома; легирование; от-
ливка; химический состав; свойства бронзы
Хромовая бронза является одним из наиболее рас-
пространенных низколегированных дисперсионно-
твердеющих медных сплавов с содержанием хрома
0,4…1,0 %. Благодаря сочетанию высоких значе-
ний твердости, прочности, электро- и теплопровод-
ности этот сплав широко применяется в промышлен-
ности для изготовления различных деталей, подвер-
гаемых при эксплуатации значительным механичес-
ким и электротермическим нагрузкам, например элек-
тродов в аппаратах контактной сварки, коллекторов
электромоторов, кристаллизаторов установок непре-
рывной разливки металлов и др. (табл. 1) [1, 2].
Выплавляют хромовую бронзу чаще всего в от-
ражательных, индукционных и дуговых печах. Об-
щая сложность производства данного сплава в ука-
занных плавильных агрегатах связана с трудностью
легирования меди хромом. Хром ограниченно рас-
творим в меди в твердом состоянии. При темпера-
туре эвтектики 1345 К растворимость хрома состав-
ляет 0,65 % [1]. Данный элемент характеризуется
высокой степенью сродства с кислородом и в про-
цессе плавки может легко окисляться. Поэтому для
более полного растворения хрома при плавке в пе-
чах должна поддерживаться высокая температура,
а для предотвращения окисления хрома необходимо
применять покровные флюсы, защитную атмосфе-
ру, вакуум [2—4].
Легирование меди хромом осуществляется по
двум вариантам: либо чистым хромом, либо лига-
турой медь—хром [2, 3]. И в том, и в другом случае
используют дорогостоящий чистый хром не ниже
марки Х99. При легировании по первому варианту
рекомендуется использовать куски размером
15…25 мм, температура металла должна быть не
ниже 1600 К. Кроме того, с целью более полного
растворения этого легирующего компонента требу-
ются дополнительное время для выдержки расплава
в перегретом состоянии и рафинирование меди от
кислорода. Продолжительная выдержка при отно-
сительно высокой температуре приводит к повы-
шенному расходу энергоресурсов и быстрому изно-
© А. В. ГНАТУШЕНКО, Ф. К. БИКТАГИРОВ, А. П. ИГНАТОВ, 2012
Т а б л и ц а 1 . Основные отрасли применения хромовой бронзы БрХ
Металлургия Сварка Электротехника Машиностроение Другие отрасли
Кристаллизаторы уста-
новок непрерывной раз-
ливки металлов
Кокили для литья лег-
коплавких металлов
Барабаны-холодильни-
ки при производстве
ленты с аморфной
структурой
Электроды контактных
сварочных машин
Коллекторные пласти-
ны мощных электродви-
гателей
Контактные колеса
Проводники электри-
ческого тока
Шестерни
Тормозные колодки са-
молетов и автомобилей
Элементы двигателей
внутреннего сгорания
Пресс-формы и штам-
пы в производстве изде-
лий из пластмасс и ке-
рамики
16
су огнеупорной (графитированной) футеровки пе-
чей, при этом степень усвоения хрома составляет
около 70…80 %.
Использование лигатуры Cu—Cr позволяет
уменьшить температуру расплава и сократить время
плавки. Однако такой технологии присущи и дру-
гие недостатки. Во-первых, выплавка лигатуры
предусматривает наличие дополнительной техноло-
гической операции и соответствующего плавильно-
го оборудования. Лигатура, полученная способом
открытой плавки, как правило, содержит значи-
тельное количество кислорода, что приводит к окис-
лению хрома и его повышенному расходу. Поэтому
для уменьшения потерь хрома рекомендуется ис-
пользовать вакуумные плавильные печи. Во-вто-
рых, поскольку содержание хрома в стандартной
лигатуре сравнительно небольшое (6…7 %), доля
ее в шихте существенна (22…25 %). Кроме того,
лигатура зачастую является неоднородной по хи-
мическому составу, в связи с чем возникают труд-
ности при получении требуемого содержания хрома
в выплавляемой бронзе [2, 3].
В Институте электросварки им. Е. О. Патона на
основе электрошлаковой тигельной плавки с нерас-
ходуемым электродом предложен новый способ
выплавки бронзы БрХ из некомпактных медных
отходов (стружки, обрези, высечки и т. п.). Леги-
рование меди хромом осуществляется непосред-
ственно из шлака путем восстановления его из ок-
сида хрома, который в необходимом количестве вво-
дится в шлаковую ванну. В качестве восстановителя
используют углеродсодержащие материалы (моло-
тый кокс или карбид кальция). Образование метал-
лического хрома, требуемого для легирования ме-
ди, происходит вследствие протекания следующих
реакций:
Cr2O3 + 3C = 2Cr + 3CO, (1)
Cr2O3 + CaC2 = 2Cr + CaO + 2CO. (2)
Согласно термодинамическим данным, нулевое
значение изменения энергии Гиббса (ΔG0 = 0) ре-
акции (1) соответствует температуре 1528 К, а ре-
акции (2) – 1092 К. Это свидетельствует о том, что
в условиях электрошлаковой плавки меди возможно
протекание обеих восстановительных реакций.
Получение хромовой бронзы таким образом име-
ет ряд преимуществ, по сравнению с традиционны-
ми способами ее выплавки. Поскольку восстанов-
ление хрома происходит в слое расплавленного
шлака, исключаются его взаимодействие с атмос-
ферой и возможное окисление.
При электрошлаковой плавке медных отходов
происходит рафинирование металла шлаком, в том
числе и от кислорода, что способствует более пол-
ному усвоению хрома медью. Кроме того, в резуль-
тате восстановления оксида хрома образуются мел-
кие частички металлического хрома, что увеличи-
вает поверхность взаимодействия медь—хром и ско-
рость его растворения в меди. Также создается до-
полнительный экономический эффект за счет ис-
пользования медных отходов, которые являются
более дешевыми, чем первичная медь, и оксида хрома
Cr2O3 (содержание хрома в оксиде около 70 %) вместо
чистого металлического хрома или лигатуры Cu—Cr.
Проведены эксперименты по электрошлаковой
выплавке бронзы БрХ с легированием хромом из
шлака. Использовали 1 кг медной стружки и мелкой
листовой обрези. Применяли шлаки (стандартный
шлак АНФ-7 и шлак 50 CaF2—25 CaO—25 Al2O3),
не содержащие оксид кремния SiO2, для предотв-
ращения насыщения сплава кремнием, который яв-
ляется для данной бронзы вредной примесью. В них
вводили оксид хрома в количестве, необходимом
для получения хромовой бронзы регламентирован-
ного химического состава, причем часть Cr2O3 – при
наведении шлаковой ванны, а остальное количест-
во – по ходу плавки. Кроме того, в процессе плав-
ки дополнительно вводили Cr2O3 в шлак, поскольку
восстановленный хром сам по себе может являться
восстановителем, например для оксидов меди, со-
держащихся на поверхности стружки.
По условиям перераспределения элементов меж-
ду контактирующими фазами часть хрома раство-
ряется в шлаковой ванне. Для компенсации потерь
хрома в шлаке дополнительно вводили в шлаковый
расплав оксид хрома из расчета содержания в нем
0,2…2,5 мас. % Cr2O3. В качестве восстановителя
использовали молотый кокс, который в требуемом
количестве добавляли вместе с оксидом хрома.
В процессе плавок зафиксировано, что с момента
образования шлакового расплава начиналось интен-
сивное восстановление хрома вследствие взаимо-
действия Cr2O3 с углеродом кокса и, в какой-то мере,
графитированного электрода. В это время происхо-
дило вспенивание шлака, процесс был нестабиль-
ным. Однако после расплавления всех шлакообра-
зующих и небольшой выдержки он стабилизиро-
вался. Затем в шлаковую ванну постепенно пода-
вали медь и остатки оксида хрома с восстановителем.
Данные эксперименты позволили установить за-
висимость массовой доли хрома в бронзе БрХ от
количества оксида хрома в шлаке (рис. 1). Для
достижения оптимальной концентрации хрома в сплаве
(0,5…0,9 мас. %) содержание Cr2O3 в шлаке необхо-
димо поддерживать на уровне от 0,4 до 2,0 мас. %.
Рис. 1. Зависимость массовой доли хрома в металле от количе-
ства оксида хрома в шлаке: 1 – шлак АНФ-7; 2 – шлак
50 СаF2—25 CaO—25 Al2O3
17
Показана принципиальная возможность элект-
рошлаковой выплавки хромовой бронзы из неком-
пактных медных отходов с легированием хромом
путем восстановления его из Cr2O3 в шлаковой ванне.
С учетом полученных результатов на модерни-
зированной для плавки медных сплавов электро-
шлаковой установке А-550 с источником питания
мощностью 260 кВт осуществлена проверка возмож-
ности выплавки бронзы БрХ и определены основ-
ные технологические параметры. Получены отлив-
ки массой около 50 кг (рис. 2). Химический состав
металла отливок приведен в табл. 2, из которой сле-
дует, что концентрация основного легирующего эле-
мента хрома находится в регламентированных преде-
лах (ГОСТ 18175—78). Суммарное содержание при-
месей не превышает допустимых норм. Свойства
бронзы БрХ электрошлаковой выплавки после тер-
мической обработки соответствуют требованиям
технических условий (табл. 3).
Таким образом, на основе проведенных иссле-
дований разработана технология электрошлаковой
выплавки бронзы БрХ из некомпактных медных
отходов путем легирования хромом с его восстанов-
лением из оксида хрома Cr2O3 в шлаковой ванне.
Поскольку основное производство хромовой брон-
зы сосредоточено на заводах цветной металлургии
Российской Федерации (ОАО «Каменск-Ураль-
ский завод по переработке цветных металлов», г.
Каменск-Уральск и ОАО «Завод «Красный Выбор-
жец», г. Санкт-Петербург), данная технология мо-
жет быть реализована на машиностроительных
предприятиях Украины для удовлетворения собс-
твенных потребностей в указанном сплаве.
1. Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В. Про-
мышленные цветные металлы и сплавы. – М.: Метал-
лургия, 1974. – 488 с.
2. Проблемы плавки и литья бронз, содержащих легкоокисля-
емые легирующие элементы / Р. К. Мысик, С. В. Брусни-
цын, А. В. Сулицин и др. // Металлургия машинострое-
ния. – 2010. – № 4. – С. 37—42.
3. Способы легирования хромовых и хромоциркониевых
бронз / Р. К. Мысик, Ю. Ю. Юрьев, И. А. Вайс и др. //
Процессы литья. – 2002. – № 1. – С. 89—94.
4. Николаев А. К., Розенберг В. М. Сплавы для электродов
контактной сварки. – М.: Металлургия, 1978. – 96 с.
Ин-т электроварки им. Е. О. Патона НАНУ Украины, Киев
Поступила 16.01.2012
Т а б л и ц а 2 . Химический состав бронзы БрХ электро-
шлаковой выплавки, мас. %
Номер плавки Cr Ni Si Zn Pb Fe
1 0,63 0,01 0,04 0,012 0,025 0,04
2 0,7 0,01 0,04 0,010 0,030 0,05
3 0,6 0,01 0,06 0,020 0,020 0,05
БрХ
ГОСТ 18175—78
0,4… 1,0 Общая сумма примесей не более
0,3 мас. %
Пр и м е ч а н и е . Основой является медь.
Т а б л и ц а 3 . Свойства бронзы БрХ электрошлаковой
выплавки
Бронза БрХ σв, МПа δ, % HB ρ, Ом⋅мм
2
/м
Электрошлако-
вой выплавки
после термичес-
кой обработки
450… 460 5… 6 134… 140 0,02
Требования
ТУ 48-21-163—72
450… 500 4… 6 130… 140 ≤ 0,02
Рис. 2. Отливка из бронзы БрХ: а – после «раздевания»; б –
после обработки на станке
18
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96523 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:14:26Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. 2016-03-17T21:57:38Z 2016-03-17T21:57:38Z 2012 Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ / А.В. Гнатушенко, Ф.К. Биктагиров, А.П. Игнатов // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 1 (106). — С. 16-18. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96523 669.187.56 Показана возможность электрошлаковой выплавки хромовой бронзы БрХ из некомпактных медных отходов с легированием хромом из шлака. Установлена зависимость содержания хрома в металле от количества оксида хрома в шлаке. Определены химический состав и основные свойства бронзы БрХ электрошлаковой выплавки. Capability of electroslag melting of chromium bronze BrX of non-compact copper wastes with chromium alloying from slag is shown. The dependence of chromium content in metal on amount of chromium oxide in slag is established. Chemical composition and main properties of bronze BrX of electroslag melting are determined. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ Electroslag melting of chromium bronze BrX Article published earlier |
| spellingShingle | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. Электрошлаковая технология |
| title | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ |
| title_alt | Electroslag melting of chromium bronze BrX |
| title_full | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ |
| title_fullStr | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ |
| title_full_unstemmed | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ |
| title_short | Электрошлаковая выплавка хромовой бронзы БрХ |
| title_sort | электрошлаковая выплавка хромовой бронзы брх |
| topic | Электрошлаковая технология |
| topic_facet | Электрошлаковая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96523 |
| work_keys_str_mv | AT gnatušenkoav élektrošlakovaâvyplavkahromovoibronzybrh AT biktagirovfk élektrošlakovaâvyplavkahromovoibronzybrh AT ignatovap élektrošlakovaâvyplavkahromovoibronzybrh AT gnatušenkoav electroslagmeltingofchromiumbronzebrx AT biktagirovfk electroslagmeltingofchromiumbronzebrx AT ignatovap electroslagmeltingofchromiumbronzebrx |