用于生产铸造制品的炉料锭的制备方法与流程

本发明涉及冶金生产，特别涉及一种可用于通过砂型铸造以及在生产铸件和锭时通过离心铸造而生产制品的金属固体炉料。

背景技术：

电解还原过程中使用的惰性阳极有各种类型：金属、陶瓷和金属陶瓷。从经济效益和技术可行性的角度来看，由金属合金制成的阳极是首选阳极，因为其成本较低，导电性高，延展性好，同时机械强度高，易于加工和焊接(国际申请wo2015/026257)。这种技术的一个缺点是，在电解还原后，铸件中的铁浓度降低，空隙中充满浴液，这使铸件在其随后用于加工时的进一步加工复杂化。

已知一种生产镍基耐热铸造合金的方法(2012年12月20日公开的俄罗斯专利第2470081号，c22c1/02、c22b9/02)，其包括制备含有耐热镍合金废料的炉料材料，以及随后的真空重熔。铸件产物和切割由耐热镍合金制成的棒时获得的切屑的重熔料(returns)占炉料材料重量的3％至10％，将其用作耐热镍合金的废料。切屑用自来水进行初步清洗，直到切屑表面的残余油含量达到3％至5％，用技术洗涤剂的水溶液在超声波浴中脱脂，用自来水在超声波浴中清洗，然后在静置的蒸馏水中清洗。然后，在转鼓筛中进行对流干燥，并进行切屑的磁选。

该方法的缺点是工艺周期长，设备数量多，维修人员数量多，人工成本高。

已知一种生产冶金领域用炉料材料的方法(2000年5月20日公开的俄罗斯专利第2149190号，c21c5/52、c22b1/00)，其包括：用填料一次填充铸造机的料斗，随后填充液态铸铁和对填料施用力，以确保克服阿基米德浮力。使用具有磁性的固体添加剂作为填料。在通过施加1至6秒的确保力的磁场强度为0.01t至50t的交变、可变或恒定磁场而填充铸铁后即刻，就可实现对固体添加剂的作用。

该方法的缺点是需要提供恒定或可变的磁场，在整个体积内缺乏从炉料锭中去除浴渣的能力，形成大量含氟蒸气并使炉料锭碳化。

技术实现要素：

本发明的问题是，从生产铸件和锭时再利用的废惰性阳极中移除浴液(bath)。

该技术结果是解决问题集合并生产浴液含量最小化的炉料锭。

通过以下方法实现该技术结果，其是用于生产含有铜、镍和铁的铸件的炉料锭的生产方法，其特征在于，作为起始炉料材料，使用了先前用于电解生产铝的废惰性阳极，所述阳极由45重量％至60重量％的铜和10重量％至25重量％的镍以及余量的铁组成，并且所述阳极用氧化铝覆盖来使氧化铝在950℃至1200℃的温度内进行的热处理过程中与从阳极流出的浴液反应，随后在炉中浸泡至少3天。

该方法的特征在于其具体实施方式。

该方法旨在通过离心铸造或砂型铸造生产铸件。

氧化铝配料是在基于确保将所述惰性阳极完全浸渍在其中的条件填充时进行的。

相对于所述惰性阳极，氧化铝的体积比是3.4倍高。

具体实施方式

在使用惰性阳极的电解生产铝的过程中，其中铁的含量降低。在电解还原过程中，由于铁的溶解而形成的空隙充满了浴液，该浴液在铸造过程中使其进入熔炼炉的炉膛，造成内衬破坏，且使得液体金属被非金属夹杂物污染，并且炉上方的空气空间充满了大量含氟蒸气。

对废惰性阳极的样品进行检验。最大量的氟化物出现在样品的中心多孔部分，而且氟的含量在非常大的范围内(5％至33％)变化，这可以解释为在电解测试后阳极栅极的氧化层结构中存在较少的多孔区域。浴液的基本成分是氟、钠和钾。结果在表1中给出。

表1

为了中和熔化所获得的浴液，在废惰性阳极上覆盖氧化铝，使其与在热处理过程中与从阳极流出的浴液反应。经过热处理后，氧化铝可用于铝的电解生产。

废惰性阳极在950℃至1200℃的温度范围内进行热处理，并在炉中浸泡约3天。这些是实验获得的废惰性阳极热处理的最佳条件，在这些条件下实现了技术结果。

加热低于950℃将不能将浴液转化为液态，而液态是将其从废惰性阳极中移除所必需的，而且不需要保持温度超过1200℃，因为当熔炉加热到1200℃时，全部浴液就从废惰性阳极上移除了。

氧化铝是基于确保将废惰性阳极完全浸没在其中的条件下配料的，实验证明，这要求，相对于废惰性阳极，氧化铝的比例是3.4倍高。这样的比例在废惰性阳极的整个周边提供了均匀的氧化铝床，其使得熔化获得的浴液不能与进行热处理的容器相互作用而破坏容器。

在中期试验中，进行了一项实验将氧化铝的量减少至相对于废惰性阳极高1至2倍，其结果是容器受到破坏，在热处理时也观察到大量的气体化合物排放。

最少的焙烧时间是72小时或3天，不包括冷却到室温。

在炉中浸泡不到3天是不合适的，因为铸件并没有加热到移除浴液所需要的程度，而超过3天就会导致额外的动力成本。

在中期试验后，将废惰性阳极样品转移到rusaletc公司的铸造中心研究实验室进行结构检测。

采用奥林巴斯szx16光学立体显微镜(om)对样品进行结构检测。为了绘制所提交的废惰性阳极样品的截面中的化学元素含量的分布图，利用feiquanta650扫描电子显微镜(sem)和x-maxnsdd能谱仪(eds)进行电子探针显微分析。

通过结构分析，发现样品具有层状结构。在样品表面观察到各种厚度的相对致密的氧化层，并且基体为多孔且不均匀的金属残余物。采用eds分析法绘制废阳极截面中化学元素含量的分布图。

获得的炉料的主要成分(以重量％计)是铜：45～60，镍：10～25，铁：余量。这种炉料锭的组成能够用于通过具有高铜和高镍含量的铸件生产零件。化学元素在样品截面上的分布如分布图(图1)所示。

实施例

实施例1.实验室测试

选择电解还原70天后的3ka废惰性阳极作为初始材料，以开发铁含量超过70％的废惰性阳极的处理方法。

利用х-мет3000ех+x射线分析仪(方法fp)，测定了废惰性阳极中主要合金元素的浓度(以重量％计)，铜：70，镍：19，铁：11。

将2.6kg废惰性阳极装入氧化铝坩埚，并装满2kg的氧化铝。

热处理条件：在nabertehermh31\n炉加热至1050℃，浸泡3小时，与炉一起冷却。

约20％至30％的氧化铝与浴液相互作用。

经过热处理后，废惰性阳极是干净的，没有废渣，在喷丸单元中不需要额外的清洗。

在热处理后，废惰性阳极的重量为2.2kg，重量差异为0.4kg。

为了确定热处理循环次数，我们再次将废阳极装入坩埚，并填充2kg的氧化铝。在重复热处理后，废惰性阳极的重量为2.2kg。因此，在这些热处理条件下，可完全移除浴液。

实施例2.中期测试

选择电解还原150天后的废惰性阳极作为初始材料。

使用具有由fechral制成的螺旋加热器的20kw电阻炉进行焙烧(图2)。加热器位于炉周围和底部，3个铬铝热电偶置于氧化铝保护管中，并布置在整个炉膛内实时控制炉响应时间。容器内装有热电偶的保护管用废惰性阳极和氧化铝一起填充，直至其完全浸没，氧化铝重量约为1000kg。

一个热电偶直接在加热器上测量温度，第二个热电偶(外部热电偶)在水箱边缘附近，第三个热电偶(内部热电偶)在废惰性阳极中间。

在炉内部投放330kg的废惰性阳极后，将其加热到950℃的温度。

经过热处理后，与浴液反应的氧化铝很容易从废惰性阳极中分离出来，其量约为样品重量的10％。

采用20x23n18钢作为热处理容器的材料。

经过热处理后，在样品中检测出微量的浴液成分氟、钠和钾，这表明对废惰性阳极进行了接近完全的净化。结果在表2中给出。沿红线的区域收集了局部化学成分的数据(图3)。

表2

实施例3.类似于实施例2，在1050℃的加热温度下进行测试，所有其他数据保持不变。经过热处理后，样品中的浴液成分氟、钠和钾含量最低。结果在表3中给出。图4显示了所进行的热处理条件的图表。

表3

实施例4.以同样的方式，在1200℃的加热温度下进行测试，所有其他数据保持不变。所得结果与实施例2和3相同。

本方法不同于所有的替代方法，因为其是含浴液的炉料材料、特别是可用于进一步重熔的废惰性阳极的处理。

本方法能够移除在生产铸件和锭时再利用的废惰性阳极中的浴液，而在不向环境排放气体。