РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Общая методика проведения исследований
Общая методика проведения исследований предусматривает следующую последовательность выполнения работ:
- разработку методики проведения опытных плавок;
- определение содержания кислорода в непрерывнолитых заготовках в зависимости от вида шихты и от вида защиты зеркала металла (плавка с открытым зеркалом металла, под плавленной бурой, под хлоридом лития, под древесным углем, под борным шлаком, под комплексным флюсом - сода, бура, кварцевый песок);
- определение зависимости физико-механических свойств (электропро-водности, плотности, предела прочности, твердости, относительного удли-нения) вторичной меди от содержания кислорода;
- выбор раскислителей, не снижающих электропроводности вторичной меди путем расчета изобарного потенциала по методу Владимирова на ЭВМ;
- исследование влияния раскислителей на физико-механические свойства вторичной меди (электропроводность, плотность, предел прочности, твердость, относительное удлинение, линейная усадка);
- исследование влияния технологических параметров, в том числе шага вытягивания, скорости литья, продолжительности вытягивания и длительность паузы на плотность металла и характер поверхности заготовки;
- исследование влияния угла наклона кристаллизатора и обработки расплава аргоном на пористость непрерывнолитых заготовок из вторичной меди;
- определение зависимости сил сопротивления вытягиванию в графитовом кристаллизаторе от диаметра заготовки и от продолжительности вытягивания и зависимости силы вытягивания заготовки из графитового кристаллизатора от скорости и продолжительности вытягивания при помощи ЭВМ;
- определение электропроводности вторичной меди по ее химическому составу, с помощью электромагнитного датчика, по методу "амперметра - вольтметра".
2.2. Проведение опытных плавок
Выплавка меди была проведена в индукционной тигельной печи ЛГП3 - 40 и в печи Таммана. Медь плавили в графитовых тиглях емкостью 5, 10 и 40 кг металла. Использование указанных плавильных агрегатов было обусловлено необходимостью исключить влияние на медь продуктов сгорания топлива, образующихся при плавке в пламенных печах и создать в печи окислительную атмосферу за счет кислорода воздуха. В качестве исходного материала применялся лом меди электротехнического назначения - проволока и шины (кабели). Исследование металлургических особенностей плавки вторичной меди сводилось к изучению окислительно-восстановительных процессов, происходящих в ходе плавки металла. Технология обработки вторичной меди включала четыре этапа: окислительное рафинирование металла от примесей, наведение флюсов, раскисление металла и горизонтальное непрерывное литьё с обработкой расплава вторичной меди аргоном и дополнительным раскислением металла. Ввиду того, что наиболее важной характеристикой качества в производстве заготовок является высокая электропроводность, которая зависит от содержания растворенных в меди элементов, определялись зависимости окисленности меди от продолжительности плавки. При этом исследовалось окисление различной шихты, что позволило уточнить применение различного сортамента вторичной меди для производства электротехнических изделий.
Различия в степени окисленности шихты в начале плавки определялись тем, что проволока имеет большую удельную поверхность, чем шины (кабели) и вследствие этого больше окисляется, но проволока значительно быстрее плавится в "болоте", чем шины (кабели), поэтому металл окисляется меньше. Учет обоих факторов приводит к зависимости вида:
S = f ( ?, R, m) (2.1)
где S - содержание кислорода в меди, % по массе;
? - время плавки, мин;
R - отношение площади поверхности окисления к объему окисляющейся меди (удельная поверхность окисления), м-1;
m - площадь зеркала металла, м2.
При определении содержания кислорода, для плавки использовались четыре тигля с внутренними диаметрами 55, 75, 100, 185 мм (с площадями зеркала металла, соответственно, 0,0024; 0,0044; 0,0079 и 0,027 м2).
Удельная поверхность окисления подбиралась в зависимости от вида и количества шихты. При проведении экспериментов удельная поверхность окисления была равна 400; 832; 1000; 1595; 2000; 4010 м-1. Были исследованы два варианта шихты:
1. брикетированная проволока.
2. шины и кабели (по 50 % каждого вида лома).
По известной удельной поверхности окисления подбиралась масса шихты для тиглей ёмкостью 5, 10, и 40 кг металла.
Содержание кислорода в расплаве вторичной меди в процессе плавки и доводки металла, как с открытым зеркалом металла, так и под слоем флюса изучалось на пробах для газового анализа, отобранных в процессе плавки в кварцевую трубку с внутренним диаметром 5 мм. Расплав нагревали до температуры 1180 - 1220 0С. Температуру расплава контролировали платино - платинородиевой термопарой погружения с алундовым колпачком. В качестве вторичного прибора использовался потенциометр КСП - 12, имеющий класс точности измерений 0,2.
На втором этапе обработки исследовалось время защитного действия флюсов (плавленной буры, хлорида лития, древесного угля, комплексного флюса - сода, бура, кварцевый песок) с помощью отбора проб металла графитовым пробоотборником при температуре меди 1200 +20 0С и определялось изменение содержания кислорода в металле. По изменению содержания кислорода делался вывод о степени защиты расплавленного металла от окисления кислородом воздуха и о возможности применения флюсов в качестве защиты металла при непрерывном литье вторичной меди.
Кроме того, для графитовых тиглей различной емкости сравнивалась длительность расплавления шихты при плавке с открытым зеркалом металла и под флюсами.
Погрешности величин определялись по формуле (2.2):
? = *100 %