27/6 Słidificatin fmetals and Allys, N.27, 1996 Knepnięcie Metali i Stpów, Nr 27, 1996 PAN- Oddział Katwice PL ISSN 0208-9386 RAFINACJA PRÓŻNIOWA CIEKŁYCH STOPÓW MIEDZI BLACHA L., WYCIŚLIK Andrzej Katedra Pdstaw Prcesów Metalurgicznych Plitecliniki Śląskiej 40-019 Katwice, ul.krasińskieg 8 MIKUSZEWSKI Tmasz Katedra Technlgii Stpów Metali i Kmpzytów Flitechniki Śląskiej 40-019 Katwice, ul. Krasińskieg 8 Abstract An experimental investigatin int the remval f lead frm bath f mlten cpper under vacum was carried ut with vacum inductin melting fu mace. The effects f vacum levels f 8-1333 Pa and melt temperature 1373K- 1473K were studied. It was fund that up t 85 wt% lead culd be eliminated. The remwal f lead increased as the chamber pressure was lwered and the melt temperature was increased. Wstęp Próżniwa rafinacja jest względnie nwym prcesem w pirmetalurgii miedzi, jakklwiek psiada mżliwść eliminacji takich zanieczyszczeń jak łów, arsen, antymn czy bizmut. Wśród różnych rdzajów rafinacji próżniwej, dla miedzi blister czy też miedzi andwej znalazł zastswanie indukcyjne tpienie próżniwe (l]. Wiadmym jest, że prces ten zabezpiecza ciekły metal przed zanieczyszczeniem gazem reakcyjnym (np. tlenem). Jedn cze śnie dzięki bniżnemu ciśnieniu jak i indukcyjnemu mieszaniu mżl iwe jest zwiększenie szybk śc i prcesów rafinacyjnych. W pracy przedstawin wyniki badań szybkści usuwania łwiu z ciekłej miedzi na drdze indukcyjneg tpienia próżniweg, w temperaturze 1373 K i 1473K. Ciśnienie w układzie badawczym wynsił d 8 d 1333 Pa. Metdyka badawcza W badaniach wykrzystan indukcyjny piec próżniwy ISS/Hl firmy Leybld Heraeus (Niemcy). Wytpy prwadzn w bjętnym chemicznie tyglu z węglika krzemu wiązaneg aztkiem krzemu, który zgdnie z kl asyfik acją firmy Nrtn C-Refractries Divisin jest najlepszym tyglem specjalnym d wytapiania stpów miedzi [2]. Załżne ci śni enie w kmrze pieca realizwan pprzez stałą p racę pmpy rtacyjnej, raz kreswe włączanie pmpy Rtsa. Nie kr.cystan z pmpy dyfuzyjnej. Temperatu r ę wytpu kntrlwan w spsób ciągly przy użyciu termelementu PtRh l OPt, wprwadzneg bezp średni d ciekłeg metalu.
38 Jak materiały PbO. Miedź wsadwe wykrzystan miedź beztlenwą w gatunku MOOB i łów w gatunku łącznej masie k. 5kg umieszczan bezpśredni w tyglu, natmiast łów w pstaci kawałków winiętych w flii miedzianej wprwadzan d ciekłeg metalu. W trakcie wytpu pbieran w dstępach 600 sekund próbki metalu, które pddawan analizie chemicznej na zawartść łwiu. Wyniki Dla analizy trzymanych wyników przyjęt że badany prces parwania łwiu z ciekłej miedzi jest reakcją chemiczną rzędu pierwszeg [3-6]. Ogólną szybkść transprtu masy w tym prcesie pisuje zatem zależnść : (l) która p scałkwaniu przyjmuje pstać :?, 303lg-&:-= -k ~ - (t- t) (2) gdzie: A, V - dpwiedni: ple pwierzchni i bjętść ciekłeg metalu, t- czas, C, Ct- stężenie prcentwe usuwaneg zanieczyszczenia (dpwiedni: pczątkwe i p czasie t). k- współczynnik przenikania masy (współczynnik transprtu masy). Przedstawiając wyniki badań w układzie współrzędnych lgctic - t mżna z nachylenia trzymanej linii wyznaczyć wartść współczynnika przenikania masy k dla dpwiednieg stsunku A/V. Na rysunkach l i 2 przedstawin przykładw, zmiany stężenia łwiu w miedzi w zależnści d czasu trwania wytpu uzyskane dla prób prwadznych w temperaturze 1373 Ki 14 73 K, przy ciśnieniu w kmrze rbczej pieca wynszącym 8 Pa. W tablicy l zestawin wartści współczynników przenikania masy k wyznaczne w parciu dane dświadczalne wraz z pdstawwymi parametrami dświadczalnymi.
39 -- Q ~ u '-' IIII j 0.7. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2. 0.1 p=8pa, T= 1373 K 500... ",.,.'. ~ "'.","""...... ~-< -"...-.".:".:. 1000 Czas, (s) 1500 2000 Próba F PróbaG PróbaH 1--H l I G L=-- F Rys.l. Zmiana stężenia łwiu w miedzi w czasie indukcyjneg tpienia próżniweg prwadzneg w temperaturze l373k, przy ciśnieniu 8 Pa. p=8pa Próba I 0.8 T= 1473K Próba J ~ 0.6 A PróbaK -~ --1 j IIII 0.4 l 500 1000 1500 2000 Czas, (s] ---- J ----- K Rys. 2. Zmiana stężenia łwiu w ciekłej miedzi w czasie indukcyjneg tpienia próżniweg prwadzneg w temperaturze 1473 K, przy ciśnieniu 8 Pa.
40 Tablica l Pdstawwe parametry dświadczalne i wyniki badań próżniwej rafinacji ciekłej miedzi d łwiu Nr Temp. Ciśnienie w C:t.as trwania AN c... <:... Wspól. Stpień wytpu wytpu ukladzie wytpu trans~. usunięcia pmiar. k 10. Pb K Pa s l/cm / mas. OJ. ma~. m/s % A 1373 1333 1800 15 0,36 0,33 32 8 B 1373 1333 1800 15 0,33 029 51 12 c 1373 133 1800 15 0,58 38 l 70 34 D 1373 133 1800 15 0,40 0,28 l 45 30 E 1373 133 1800 15 28 18 1,48 35 F 1373 8 1800 15 0,49 0, 12 5,30 75 G 1373 8 1800 15 085 0,024 4,84 72 H 1373 8 1800 0,15 024 007 4 41 71 9 1473 8 1800 0,15 019 0,029 7,75 84 lo 1473 8 1800 15 0,022 0,003 6,06 83 II 1473 8 1800 15 013 002 772 84 12 1473 133 1800 0,15 0,077 0,040 2,70 48 13 1473 1333 1800 15 0,038 029 113 23 C. l'h- Slt;"/.CffiC pczątkwe łwiu w miedzi, c._ ;- stęzeme kncwe l"1u w miedzi. Dyskusja wyników Na pdstawie przeprwadznych badań stwierdzn że: a) pdczas indukcyjneg przetpu stpów miedzi z łwiem (d 1% mas. Pb) w temperaturze 1373 K i w zakresie ciśnień d 1333 Pa d 8 Pa stpień usunięcia łwiu zmienia się dpwiedni d 8 d 75%. b) przy wzrście temperatury d 1473 K stpień usunięcia łwiu rśnie dpwiedni d 23 d 84%. c) szybkść usuwania łwiu rśnie dziesięcikrtnie jeżeli ciśnienie w kmrze rbczej pieca zstaje bniżne d 1333 Pa d 8 Pa dla temperatury 1373 K i siedmikrtnie dla temperatury 1473K. Praca wyknana jest w ramach prjektu badawczeg nr 7 T08B 03609 finanswaneg przez KBN w latach 1995-1997.
41 Literatura l. Blacha L., Ssnwski R., Hutnik 59, 286 (1992) 2. Pdrzucki C., Szpa J. : Piece i urządzenia metalurgicme stswane w dlewnictwie. Wyd. Śląsk, Katwice (1982) 3. Ward R. G., Aurini T. D., J. Irn Steel Inst. nr l. 11 (1963) 4. Richardsn F. D.: Physical chemistry fmelts in metallurgy. Lndn, N. Y. Academic Press ( 1974), t. 2, S. 483-493 5. Blacha L., Niził J., Ssnwski R., Rudy i Metale Nieżelazne 37,214 (1992) 6. Blacha L., Mikuszewski T., Steindr J., Mat. IV Sem. Nauk. "Nwe Technlgie i Materiały w Metalurgii i Inżynierii Materiałwej", Katwice 1996, s. 11