Способ получения меднофосфористой лигатуры

Способ получения меднофосфористой лигатуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при получении меднофосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислйтелёй и высокотемпературных припоев. Сущность: готовят шихту из меди и красного фосфора, осуществляют термообработку при 370- 420°С в течение 30-90 мин, охлаждают при непрерывном перемещении реакционной массы. В качестве меди используют частицы с удельной поверхностью 0,1-1 м2/кг. Приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:(1-4). 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (si)s С 22 С 1/02, 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ГАТЕНТНЬЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4878244/02 (22) 05,10,90 (46) 15,01,93. Бюл, ¹ 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт вторичных цветных. металлов (72) А.К.Воробьев, Л,Р.Потапенко, В.А.Радзиховский, Е.Д.Худяков, В.Д.Борисов, С,Х.Григоров (BG) и Н.А.Пеев (BG) (56) Курдюмов А.В., Пикунов М,В. Литейное производство цветных и редких металлов, М„Металлургия, 1972, с.188 — 189.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения меднофосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислителей и высокотемпературных припоев.

Известен способ получения лигатуры, медь-фосфор, сущность которого заключается в следующем. В тигель, футерованный шамотным кирпичом, засыпают красный порошкообразный фосфор из расчета 85150 кг фосфора на 1 т меди, фосфор уплотняют, например, с помощью вибростола, затем на уплотненный фосфор наносят слой измельченной медной стружки и утрамбовывают. На полученную массу заливают расплав меди с температурой t200 Ñ и выдерживают до завершения взаимодействия фосфора с мерью, После этого с поверхности сплава сни ают шлак, металл после перемешивания и тстаивания разливают в изложницы.

Недостатком способа является то, что обеспечивается относительно низкое содержание фосфора в сплаве (не превышает

„„5U „„1788059 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОФОСФОРИСТОЙ ЛИГАТУРЫ (57) Использование: при получении медно- фосфористой лигатуры, используемой для производства сплавов, раскислителей и высокотемпературных припоев, Сущность. готовят шихту из меди и красного фосфора, осуществляют термообработку при 370—

420 С в течение 30 — 90 мин, охлаждают при непрерывном перемещении реакционнОй массы. В качестве меди используют частицы с удельной поверхностью 0,1 — 1 м /кг. При2 готовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:(1-4). 1 табл, 9,43%) и относительно высокие потери фосфора (до 8,8%)

Известен способ получения фосфористой меди, включающий плавление исходного сырья и контактирование жидкой меди с фосфором, причем в качестве исходного сырья используют медьсодержащие о ходы фосфорного производства и плавят в среде инертного газа при 1050 — 1150 С, Однако, этот способ характеризуется недостаточно высоким содержанием фосфора в получаемом сплаве, В качестве прототипа выбран способ получения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, взятых з определенном количественном соотношении, термообработку полученной шихты без контакта с атмосферой при температуре

350 — 360 С в течение 4 — 5 ч и охлаждение образовавшейся массы. Полученная этим способом лигатура может содержать до 30% фосфора.

Недостатками данного способа являются относительно высокие потери фосфора

1788059

20

30

40

50

55 (3 — 5%), относительно большая продолжительность процесса термообработки (4-5 ч), обусловленная сравнительно низкой скоростью взаимодействия фосфора с медью, Все это снижает эффективность способа.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия фосфора и меди.

Поставленная цель достигается тем, что в способе меднофосфористой лигатуры, включающем приготовление шихты из частичек меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение образовавшейся массы, предусмотрены следующие технологические отличия: для приготовления шихты используют частички меди с удельной поверхностью

0,1 — 1,0м /кг; шихту готовят чередованием слоев частичек меди со слоем красного фосфора при их соотношении 9:(1-4); термообработку шихты осуществляют при температуры 370 — 420 С и непрерывном перемешивании шихты по зоне термообработки в течение 30 — 90 мин.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

B аппарате, имеющем зону нагрева, готовят шихту послойной укладкой частичек меди и красного фосфора с чередованием слоев. Для осуществления способа используются частички меди (продукт измельчения медной проволоки. выштамповки, стружки и иных медных материалов) с удельной поверхностью 0,1 — 1,0 м /кг и порошкообраз2 ный красный фосфор, при этом их соотношение (по массе) равно 9:(1 — 4). Получен ную слоистую шихту подвергают термообработке при температуре 370 — 420 С, непрерывно перемещая в зоне термообработки, в течение 30 — 90 мин, Образовавшуюся при этом меднофосфористую лигатуру охлаждают и извлекают из аппарата. При необходимости полученную лигатуру подвергают брикетированию либо переплавке (для придания компактности). Лйгатура содержит до 9-30% фосфора, Потери фосфора ..:-:--:. при произвбдстве лигатуры не превышают

1,5 — 2,5 о/

Пример 1. В вертикальную трубчатую электрическую лабораторную печь (внутренний диаметр 70 мм), оборудованную снизу заслонкой, обеспечивающей перемещение шихты сверху вниз с заданной скоростью, загружали послойно измельченные проводники тока (максимальный размер

20 мм, удельная поверхность 0,1 м /кг) в количестве 0,015 кг, после чего загружали красный фосфор (ГОСТ 8655 — 75) в количестве 0,007 кг. Соотношение медь — фосфор равно 9:4. Эту последовательность слоев повторяли многократно в течение всего ripoцесса. Полученную сложную массу вводили в зону, нагретую до 370 С с перемещали сверху вниз со скоростью 0,0166 м/мин.

Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила

90 мин, При дальнейшем перемещении полученной лигатуры вниз той же скоростью, при этом произошло ее охлаждение.

Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2% Потери фосфора составили 2%, Продолжительность процесса 100 мин.

Пример 2, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 2 мм, удельная поверхность 1 м /кг). Скорость перемещения шихты составила 0,025 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 60 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,5%. Потери фосфора составили 1,7%, Продолжительность процесса 70 мин.

Пример 3, В условиях примера 1 использовали измельченные проводники тока (максимальный размер 7 мм, удельная поверхность 0,5 м /кг). Время прохождения шихты нагретой зоны 70 мин со скоростью

0,021 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,4%.

Потери фосфора составили 2,0%. Продолжительность процесса 83 мин.

Пример 4. В условиях примера 1, сложную массу вводили в зону, нагретую до 420 С и перемещали со скоростью

0,018 м/мин. Продолжительность нахождения сложной массы в зоне термообработки составила 80 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора

29,2% Потери фосфора составили 2 5%

Продолжительность процесса 97 мин.

Пример 5. В условиях примера 1, перемещение шихты осуществлялось со скоростью 0,021 м/мин. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне

30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,2%. Потери фосфора составили 1,8%. Продолжигельность процесса 48 мин;

Пример 6, В условиях примера 1, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 40 мин. Скорость перемещения шихты 0,0375 мlмин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%, Потери фосфора

1788059 составили 2,5%, Продолжительность процесса 52 мин.

Пример 7. B условиях примера 2, на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора. Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Скорость перемещения шихты 0,05 м/мин, Содержание фосфора в лигатуре было 9,8%. Потери фосфора составили 2,0% Продолжительность процесса 34 мин, Пример 8. В условиях примера 1 на каждые 9 частей медной составляющей шихты брали 1 часть (по массе) красного фосфора, Продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0435 м/мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,75%. Потери фосфора составили 2,1%. Продолжительность процесса 102 мин, Пример 9. В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,81%. Потери фосфора составили 2,4%. Продолжительность процесса 38 мин.

Пример 10 В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,15 м/мин, Содержание фосфора в лигатуре было 9,74%. Потери фосфора составили 2,6%. Продолжительность процесса 100 мин.

Пример 11, В условиях примера 7, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 370 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,18 м/мин. Получена меднофосфооистая лигатура с содержанием фосфора 9,87%. Потери фосфора составили 2,2% Продолжительность процесса 97 мин.

Пример 12. В условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420ОC зоне 30 мин, Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,92%. Потери фосфора составили 1,7%. Продолжительность процесса 39 мин.

Пример 13, B условиях примера 6, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 9,85% Потери фосфора составили 2,1%, Продолжительность процесса

102 мин.

Пример 14. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора

29,2%. Потери фосфора составили 2,5%.

Продолжительность процесса 38 мин.

Пример 15. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 29,32%. Потери фосфора составили 1,9%. Продолжительность процесса 39 мин, Пример 16. В условиях примера 2, продолжительность нахождения шихты в нагретой до 420 С зоне 90 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,95%, Потери фосфора составили 2,4%, Продолжительность

15 процесса 99 мин.

Пример 17, В условиях примера 1, продолжительность нахождейия шихты в нагретой до 420 С зоне 30 мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%. Потери фосфора составили

2,7%. Продолжительность процесса 38 мин.

Пример 18, В условиях примера 2, продолжительность чахождения шихты B нагретой до 360 С зоне 90 мин. Скорость перемещения шихты 0,0166 м/мин. Получена меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,4%, Потери фосфора

25 составили 5,0%. Из-за низкой температуры

30 часть фосфора не успела втвориться

Пример 19. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в меднофосфористая лигатура с содержанием фосфора 28,6%. Потери фосфора составили

4,5%. Продолжительность процесса 87 мин, Повышение температуры термообработки

> 420 С приводит к увеличению потер фосфора за счет его интенсивного испарения.

Пример 20. В условиях примера 1, загружали послойно измельченные медные проводники тока (с максимальным размером 1 мм и удельной поверхностью

1,2м /кг), Продолжительность нахождения г шихты в нагретой зоне 100 мйн, Получена лигатура с содержанием фосфора 29,1%.

Потери фосфора составили 3%. Продолжи40

45 тельность процесса 114 мин, Увеличение удельной поверхности > 1,0 м /кг приводит к снижению газопроницаемости слоя из проводников тока, в результате чего увеличивается продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне для полного у<:воения фосфора медью.

Пример 21. В условиях примера 1, загружали измельченные медные проводники тока (с максимальным размером "0 мм и удельной поверхностью 0,09 м /кг). Про50

55 нагретой до 430 С зоне 70 мин, Скорость

35 перемещения шихты 0,021 м/мин. Получена

1788059

Соотношение мас с меди и фосфора

Содержание фосфора в лигатуре, Удельная поверхност составляющ., м /кг

Температура обработки шихты, ОС

Продолжительность термообработки, мин

Пример

Потери фосфо)а %

9:4

9;4

9:4

9;4

9,4

0,1

1,0

0,5

0,1

0,1

1,0

0,1

1,0

420

29,2

29,5

29,4

29,2

29,2

9,8

9,75

9,81

2,5

1,7

2,0

2,5

1,8

2,0

2,1

2,4

2

4

7

45 должительность нахождения шихты в нагретой зоне 110 минут. Потери фосфора составили 3,0%. Получена лигатура с содержанием фосфора 28,9%. Продолжительность процесса 126 мин. Снижение удельной поверхности измельченных проводников тока

< 0,1 м /кг замедляет процесс втворения фосфора в медь.

Пример 22. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в 10 нагретой зоне 25 мин. Фосфор втворился не полностью.

Пример 23. В условиях примера 1, продолжительность нахождения шихты в нагретой зоне 100 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 29,2%, Потери фосфора составили 2,5%. Увеличение времени прохождения шихты нагретой зоны > 90 мин не приводит к повышению содержания фосфора в лигатуре и снижает его потери, одна- 20 ко падает производительность процесса, поэтому экономически не целесообразно, Пример 24. В условиях примера 1, при соотношении медь:фосфор = 10:1. Продолжительность нахождения шихты в нагретой 25 зоне 60 мин. Получена лигатура с содержанием фосфора 8,6 /. Потери фосфора составили 4,0 /. При снижении содержания фосфора в шихте < 9%, получаемый на поверхности кусков меди фосфид меди более проч- 30 ный, плохо скалывается и поэтому скорость диффузии фосфора в медь резко снижается.

Пример 25, В условиях примера 1, при соотношении медь:фосфор = 9:5, Получена лигатура с содержанием фосфора 29,9%. 35

Потери фосфора составили 5%. Повышение содержания фосфора с шихте > 30% не целесообразно, поскольку максимальное втворение фосфора проходит до содержания его в лигатуре 30%, а остальной фосфор 40 остается s свободном состоянии.

Пример 26 (прототип). В графитовый тигель емкостью 5 кг загрузили смесь состоящую из 2300 r измельченных медных проводников тока с удельной поверхностью

1,0 M /кг и 700 г красного фосфора, В атмос2 фере аргона нагрели до температуры 360 С и при этой температуре смесь выдерживали в течение 4,5 ч. (При меньшей продолжительности и выдержки фосфор прореагировал не полностью), Получено 2865 r лигатуры с содержанием фосфора 23%. Потери фосфора составили 6 /.

Результаты примеров приведены в таблице, Предложенный способ обладает следующими преимуществами перед способом и рототи и ом. увеличивается скорость втворения фосфора в 3-5 раза, потери фосфора снижаются до максимуму 2,5 /О, процесс устойчив, не требует герметизации и защитной атмосферы, легко поддается механизации и автоматизации, может быть непрерывным; процесс экологически чист.

Формула изобретения

Способ полУчения меднофосфористой лигатуры, включающий приготовление шихты из меди и красного фосфора, термообработку шихты и охлаждение, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет улучшения условий взаимодействия компонентов шихты, медь используют в виде частиц с удельной поверхностью 0,1 — 1,0 м /кг, приготовление шихты осуществляют чередованием слоев частиц меди и фосфора при соотношении 9:1 — 4, термообработку ведут при 370 — 420 С в течение 30 — 90 мин, причем термообработку и охлаждение проводят при непрерывном перемещении реакционной массы.

1788059

Продолжение таблицы фосфор втворился не пол ностью

9:4

10:1

9.5

23

24

26 (прототип

0,1

0,1

0,1

1,0

360

29,2

8,6

29,9

23,0

2,5

4,0

5.0

6,0

270

15

/ фо

Составитель А. воробьев

Техред М.Моргентал

Редактор

Корректор Н. Король

Заказ 51 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по,изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательокий комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

11

12

13

14

16

17

18

19

21

1,0

1,0

0,1

0,1

1,0

1,0

1,0

0,1

1,0

0,1

1,2

0,09

0,1

9:1

9 .1

9:1

9:1

9;4

9:4

9:4

9:4

9:4

9:4

9:4

94

9. 4

370

9,?4

9,87

9,92

9,85

29,2

29,32

28,95

28,4

28,4

28,6

29,1

28,9

2,6

2,2

1,7

2,1

2,5

1,9

2,4

2,7

5,0

4,5

3,0

3.0

16 )