Технология производства медных прутков

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЁЖНОЙ ПОЛИТИКИ
СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
Свердловской области
«Верхнесалдинский авиаметаллургический колледж имени А.А. Евстигнеева»
(ГАПОУ СО «ВСАМК им. А.А. Евстигнеева»)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: Металлургия тяжелых цветных металлов
на тему: Технология производства медного прутка
Специальность 22.02.02
Металлургия цветных металлов
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Студент
Толмачева Александра Александровна
группа МЦМ-501(01)
Верхняя Салда 2025
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЁЖНОЙ ПОЛИТИКИ
СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
Свердловской области
«Верхнесалдинский авиаметаллургический колледж имени А.А. Евстигнеева»
(ГАПОУ СО «ВСАМК им. А.А. Евстигнеева»)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по дисциплине: Металлургия тяжелых цветных металлов
на тему: Технология производства медного прутка
Специальность 22.02.02
Металлургия цветных металлов
Студент гр.
МЦМ-501(01)
Толмачева А.А.
(подпись)
(Фамилия И.О.)
(подпись)
(Фамилия И.О.)
Руководитель работы
Верхняя Салда 2025
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4
1. МЕДЬ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА .......................................... 5
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНЫХ ПРУТКОВ ............................ 6
3. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНЫХ
ПРУТКОВ .............................................................................................................. 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 17
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 18
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа Подпись
Толмачева А.А.
Разраб.
Провер.
Дата
Лит.
Технология производства медного прутка
Н. Контр.
Утверд.
Лист
3
Листов
18
ГАПОУ СО
ВСАМК им. А.А. Евстигнеева
группа МЦМ-501(01)
ВВЕДЕНИЕ
Благодаря сочетанию ряда ценных технологических и эксплуатационных
свойств изделия из меди и ее сплавов находят широкое применение в различных
отраслях промышленности.
В связи с возрастающим использованием полуфабрикатов из меди и
медных сплавов предусматриваются расширение их производства, пуск новых
и техническое перевооружение существующих цехов по производству меди.
В работе описаны основные технологические свойства меди и медных
сплавов.
Приведено
основное
технологическое
и
вспомогательное
оборудование для слитков меди и сплавов на ее основе. Изложена современная
практика производства медных прутков.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
4
1. МЕДЬ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Медь и сплавы на ее основе обладают особыми технологическими
свойствами, к которым относятся: пластичность, высокая электропроводность,
высокая теплопроводность, хорошее сопротивление коррозии в различных,
хорошая обрабатываемость резанием (медных сплавов со свинцом), высокие
упругие свойства, способность к глубокой вытяжке.
На основе меди созданы многочисленные сплавы для разных отраслей
промышленности:
- микролегированные
сплавы
меди
с
повышенной
температурой
разупрочнения для теплообменных автотракторных агрегатов;
- пружинные медные сплавы;
- жаропрочные сплавы для ракетных двигателей, электродов для сварки,
теплостойких контактов, кристаллизаторов машин непрерывного литья
заготовок, пресс-форм и теплообменных аппаратов;
- припои для пайки в интервале температур от 150 до 1100°С на воздухе,
в вакууме и защитной среде;
- сплавы для коллекторов электрических машин;
- коррозионно-устойчивые
сплавы
для
теплообменных
аппаратов
электростанций, морских судов и опреснительных установок;
- бронзы для подшипников скольжения;
- высокопрочные свинцовые латуни, обладающие пластичностью в
горячем и холодном состоянии и хорошей обрабатываемостью резанием на
автоматических линиях.
Медные сплавы специального назначения обладают сверхпластичностью,
а также эффектом «памяти» формы. Уникальными свойствами отличаются
наноструктурные материалы на основе меди и медных сплавов.
Медь и ее сплавы выгодно отличаются от других цветных и черных
металлов возможностью полного вторичного использования (рециклинга) их
ломов и технологических отходов производства.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
5
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНЫХ ПРУТКОВ
Промышленность по производству металлопродукции из меди и медных
сплавов можно условно разделить на две группы предприятий — заводы по
обработке цветных металлов (заводы ОЦМ) и проволочно-кабельные
предприятия. Первая группа предприятий выпускает листы, ленты, трубы,
прутки, профили и проволоку из меди и медных сплавов, а вторая группа
специализируется на производстве проводников тока в основном из меди. На
производство кабеля, изолированных и голых проводов используется более
половины всей произведенной меди.
Получение необходимых свойств готовой продукции достигается
использованием
различных
технологических
процессов,
включающих
определенное сочетание деформирующих и термических операций.
Потребительские свойства готовой продукции определяются различными
механическими свойствами и характеристиками (твердость, прочность,
пластичность, упругость), а также физическими (тепло- и электропроводность)
и химическими (коррозионная стойкость) свойствами. К характеристикам
качества продукции относят также точность размеров проката (поперечная и
продольная разнотолщинность, овальность и др.), состояние его поверхности,
плоскостность (планшетность) листового проката.
Заводы ОЦМ завершают металлургический цикл производства тяжелых
цветных металлов, который начинается с добычи рудного сырья и
заканчивается производством металлопродукции высокой степени готовности.
Производственный цикл включает выплавку металла и отливку
заготовок, их обработку давлением в горячем и холодном состояниях,
термообработку
и
отделку
металлопродукции
(рис. 1).
Заканчивается
производственный цикл операциями контроля качества и упаковки готовой
продукции.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
6
Технология производства медных прутков представлена на рисунке 1.
Выплавка меди
Розлив меди
Нагрев слитков
Горизонтальное прессование слитков
Волочение
Резка медных прутков
Правка медных прутков
Упаковка
Рисунок 1 - Технология производства медных прутков
Исходным материалом для плавки меди являются отходы производства
при обработке меди (стружка, бракованные изделия, предварительно
размельченные).
Поступающее
на
предприятие
сырье
принимает
специальный
вспомогательный цех, имеющий разветвленную сеть железнодорожных
подъездных путей и шихтовые склады с соответствующим фронтом разгрузки,
исключающим непроизводительные простои транспорта. Шихтовые склады
рассчитаны на хранение минимум месячного запаса необходимого сырья.
Все поступающее на склады сырье взвешивают на железнодорожных
весах. Кусковые материалы хранят на открытых площадках или в бункерах,
концентраты – обязательно в закрытых помещениях.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
7
Массивные куски шихты проходят трехстадийное дробление до размеров
порядка 35 мм в специальном дробильном отделении, оборудованном
челюстными, коническими и валковыми дробилками. Дробленые материалы и
концентраты поступают на шихтовку или прямо к печи по транспортерам.
Крупные и мелкие куски так укладывают в тигель, чтобы они плотно
заполняли объем тигля. После загрузки включают ток на полную мощность. По
мере проплавления и оседания скрапа подгружают шихту, не вошедшую сразу
в тигель. Когда последние куски шихты погрузятся в жидкий металл, на
поверхность металла забрасывают шлакообразующие материалы. Шлак
защищает металл от контакта с атмосферой, предотвращает тепловые потери.
По ходу плавки дают добавки необходимых элементов.
Перед
разливкой
металла
печь
отключают
и,
во
избежание
переохлаждения, несколько уменьшают количество охлаждающей воды в
индукторе.
При помощи механизма наклона расплавленный металл сливают в ковш,
предварительно высушенный и подогретый; металл и шлак стекают через
выпускное отверстие по желобу в ковш. В процессе выпуска происходит
перемешивание металла и шлака, что способствует дополнительному удалению
серы и кислорода из металла. Шлак во время выпуска покрывает собой металл,
что в определенной степени препятствует охлаждению металла.
В производстве слитков меди и медных сплавов расплав из печи
переливают в миксер. В процессе литья из миксера жидкий металл сливают
через кристаллизатор, в котором происходит формирование слитка, а затем
снова последовательно миксер заполняют жидким металлом. В нашем
производстве медь разливают сверху. При разливке сверху медь выливается из
миксера через катализатор. Нижние слои металла охлаждаются очень
интенсивно, что может привести к появлению трещин на поверхности слитка.
В конце линии находится контейнер для приемки слитков.
Медные слитки нагреваются в методической печи нагрева. Принцип
работы таких печей заключается в том, что движение слитков или заготовок и
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
8
движение
печных
газов
происходит
во
взаимно-противоположных
направлениях. Металл загружается с одного конца печи и толкателем
продвигается вперёд к окну выдачи. На своём пути материал отбирает тепло у
печных газов, движущихся ему навстречу, и постепенно (методически)
нагревается.
Температура нагрева медных слитков в методических печах составляет
850–950 °С.
Горизонтальное прессование медных круглых слитков осуществляется
следующим образом:
1) Слиток нагревают в печи.
2) Тележкой его передают на лапу механизма подачи, который
перемещает его на ось пресса в пространство между контейнером и
пресс-штемпелем.
3) Слиток помещают в контейнер, а рабочая пресс-шайба подаётся на ось
пресса механизмом, установленным на контейнеродержателе, и
начинается прессование.
4) Прессование слитка продолжается до получения определённой
величины пресс-остатка.
5) После выполнения операции прессования контейнер и подвижная
поперечина отводятся назад, вытягивая за собой изделие из отверстия
матрицы.
Волочение медных прутков - это процесс протягивания медной заготовки
через последовательность волок для уменьшения её диаметра и увеличения
длины.
Резка медных прутков происходит на гидравлических универсальных
ножницах.
Прутки диаметром свыше 12 до 30 мм правят в правильных машинах.
Перед правкой при перекатывании прутка по плите отмечают мелом выпуклые
места, которые отрываются от плиты.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
9
Упаковка медных прутков происходит в пучки или специализированную
пленку.
Упаковка в пучки. Прутки с сечением не более 35 мм связывают в пучки
по 3–5 прутков в каждом. Вес пучка не должен быть меньше 80 кг. Для
связывания используют тонкую проволоку с сечением 1–2 мм. Сделав пару
витков вокруг собранных в пучок прутков, проволоку фиксируют, закручивая
кончики на 5 оборотов.
Упаковка в специализированную материю или плёнку. Такой вид
упаковки обеспечивает защиту от механических повреждений в процессе
транспортировки. После того, как прутки оборачивают защитным материалом,
их плотно связывают проволокой в двух и более местах.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
10
3. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНЫХ
ПРУТКОВ
Основное оборудование для производства медных прутков включает в
себя следующее основное оборудование:
1.
Печь плавления для выплавки меди
2.
Миксер и кристаллизатор для разлива меди
3.
Печь нагрева для круглых слитков
4.
Пресс горизонтальный для прессования круглых слитков меди
5.
Стан для волочения медных прутков
6.
Ножницы для резки медных прутков
7.
Машина для правки медных прутков
8.
Упаковка медных прутков
Для выплавки меди используются различные типы печей, в зависимости
от состава обрабатываемого сырья и стадии технологического процесса.
Тигельная печь. Позволяет переплавлять медь в тигле. Такие печи
оснащаются редукторным или гидравлическим приводом наклона.
Отражательная (подовая) печь. Применяется для плавки концентрата и
вторичного сырья.
Шахтная печь. В них нагрев осуществляется с помощью фурменного
дутья в нижней части печи для сжигания кокса, смешанного с шихтой оксида
металла или вторичного сырья и флюсами.
Индукционная тигельная печь. Основным достоинством такой печи при
плавке меди является низкое потребление электроэнергии по сравнению с
другими плавильными агрегатами.
Рассмотрим технологию выплавки меди в индукционной тигельной печи,
которая включает следующие этапы:
1.
Крупные и мелкие куски меди укладывают в тигель так, чтобы они
плотно заполняли объём тигля.
2.
После загрузки включают ток на полную мощность.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
11
3.
По мере проплавления и оседания скрапа подгружают шихту, не
вошедшую сразу в тигель.
4.
Когда последние куски шихты погрузятся в жидкий металл, на
поверхность металла забрасывают шлакообразующие материалы. Шлак
защищает металл от контакта с атмосферой, предотвращает тепловые потери.
5.
По ходу плавки дают добавки необходимых элементов.
6.
После расплавления 95% шихты берут пробу для химического
анализа и догружают в печь остаток шихты.
7.
После полного расплавления снижают подводимую мощность до
30–40% максимальной мощности источника питания.
8.
Периодически берут пробы металла для определения степени его
нагрева. Если металл перегревается, то мощность уменьшают.
9.
К моменту окончания расплавления шихты обычно уже известны
результаты анализа предварительной пробы, поэтому можно сразу после
расплавления начать раскисление и корректировку состава металла путём
введения в ванну соответствующих добавок.
Литейная установка ИЛКА-6 состоит из печи ИЛК-6, миксера ИЛКМ-6 и
литейной машины (кристаллизатора).
Эксплуатация комплекса осуществляется по следующей схеме.
В печи расплавляется шихта, после чего расплав периодически
переливается в миксер.
В процессе литья из миксера жидкий металл сливается через
кристаллизатор, в котором происходит формирование слитка, а затем снова
последовательно миксер заполняется жидким металлом
Кристаллизатор
литейной
машины,
где
формируется
слиток,
представляет собой тонкостенную водоохлаждаемую изложницу, открытую с
двух сторон.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
12
Наибольшее распространение в практике производства слитков меди и
медных сплавов получили кристаллизаторы скольжения, в которых слиток
перемещается под действием приложенного извне тянущего усилия.
Габаритные размеры литейная установка ИЛКА-6 729531402800 мм.
Рисунок 2 - Схема литейной установки ИЛКА-6
1 - площадка для обслуживания печи; 2 - плавильная печь ИЛК-6;
3 - тележка с кристаллизатором; 4 - миксер ИЛКМ-6; 5 - переливной желоб;
6 - загрузочное окно; 7 - загрузочная тележка; 8 - площадка для съема шлака
Для нагрева медных слитков используют методические нагревательные
печи. Габаритные размеры нагревательной печи 350040502800 мм.
Для горизонтального прессовании применяют прямой горизонтальный
пресс-экструдер
одинарного
Пресс
номинальное
выдает
действия
усилие
для
медных
прессования
слитков.
63
МН.
Номинальное давление в системе гидравлического пресса 21 MПa.
Габаритные размеры пресса 660031502800 мм.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
13
Рисунок 3 - Прямой горизонтальный пресс для прессования медных прутков
Цепной волочильный стан с усилием 20 тонн предназначен для волочения
прутков диаметром до 25 мм. Минимальный диаметр прутка, получаемого на
данном стане, составляет 4 мм. Длина прутков ограничена длиной станины (10
метров). На цепном стане предусмотрены 3 скорости.
Цепные станы отличаются плавностью хода, а также строгим
совпадением оси волоки и прикладываемого кареткой с захватами тянущей
силы, что особенно важно при волочении крупных сечений. Цепные станы
просты по конструкции и в эксплуатации, предназначены для пруткового
волочения, размер партии может быть минимальным, вплоть до одного прутка.
Габаритные размеры волочильного стана 550014502600 мм.
На рисунке 4 представлен цепной волочильных стан.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
14
Рисунок 4 - Волочильный стан
Резка медных прутков происходит на гидравлических универсальных
ножницах. Габаритные размеры ножниц для резки медных прутков
200012501600 мм.
Прутки диаметром свыше 12 до 30 мм правят в правильных машинах.
Перед правкой при перекатывании прутка по плите отмечают мелом выпуклые
места, которые отрываются от плиты. На рисунке 5 представлена правильная
машина. Габаритные размеры правильной машины 250013501600 мм.
Рисунок 5 - Правильная машина
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
15
Стол
упаковочный
для
медных
прутков
представляет
собой
металлическую стальную конструкцию на ножках Габаритные размеры
упаковочного стола 25003500800 мм.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
соответствии
с
заданием,
выполнено
описание
основного
и
вспомогательного оборудования для производства титановых слитков из сплава Gr5.
Были выполнены задачи курсового проекта:
– дано описание технологического процесса;
– дана характеристика основного оборудования по производству медных
прутков;
– выполнен проект участка по производству медных прутков.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
17
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Матвиенко И.В., Тарский В.Д. «Оборудование металлургических ццехов»,
М., Машиностроение, 2015 г. – 318 с.
2. Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для вузов
/А.Е.Слухоцкий,
В.С.Немков,
Н.А.Павлов,
А.В.Бамунэр;
Под.
ред.
А.Е.Слухоцкого. Л.: «Энергоиздат», Ленинградское отд-е, 1981. 328 с.
3. Индукционные тигельные печи: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и
доп. /Л.И.Иванова, Л.С.Гробова, Б.А.Сокунов, С.Ф.Сарапулов. Екатеринбург:
Изд-во УГТУ-УПИ, 2002. 87 с.
4. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. С.А.Фарбман, И.Ф.
Колобнев. Изд-во «Металлургия», М., 1968, 5-е изд., дополненное и
переработанное, 496 с.
Лист
КП.22.02.02.ПЗ.17.00.00
Изм. Лист № документа
Подпись
Дата
18