Оптимизация состава и технологии изготовления барабан-катодов медеэлектролитного производства

Abstract

Целью данной работы является выбор оптимального состава рабочей поверхности барабан-катодов и разработка рациональных способов их изготовления. По литературным данным и на основании всесторонних электрохимических исследований (определение коррозионной стойкости потенциостатическим методом, гальваностатическое определение перенапряжения кристаллизации меди, а также моделирование процесса получения фольги) было установлено, что наилучшими показателями из исследуемых обладает сплав состава Х15Н65М20. В силу специфики условий эксплуатации барабан-катодов, дефицитности материалов для выбранного сплава, необходимости получения заготовки большого диаметра с гомогенной мелкозернистой и плотной структурой поверхности в качестве базовой технологии была принята электрошлаковая выплавка (ЭШВ). Применение сварочной технологии сделало необходимым учет двух дополнительных факторов: возможности повреждения поверхности межкристаллитной коррозией (МКК) и склонности аустенитных сплавов к горячим трещинам. Для предотвращения МКК в сплав был добавлен ниобий в традиционно достаточных количествах (до 1 %). Дополнительное введение ниобия в исследуемый сплав может привести к снижению технологической прочности. Не принимая во внимание взаимное влияние Nb, Cr и Мо, был выбран состав Х15Н69М15Б1. Сравнительные опытно-промышленные испытания барабанатодов проводили на опытном участке фольги Кыштымского МЭЗ, которые показали работоспособность предлагаемого материала при повышенных температурах по сравнению с традиционными, что существенно повышает производительность процесса электроосаждения. Установлено, что аргонодуговая наплавка неплавящимся электродом может осуществляться в широком диапазоне режимов без применения каких-либо технологических приемов при полном отсутствии трещинообразования, что позволит изготавливать собственно обечайку из менее дефицитных материалов. The aim of this work is selection of the optimal composition of the working surface of cylinder cathodes and the development of rational methods of their manufacture. From literature sources and on the basis of extensive electrochemical studies (determination of corrosion resistance by the potentiostatic method, galvanostatic definition of copper crystallization surge, as well as modeling of the process of obtaining the foil), it was found that the alloy composition 15 Cr – 65 Ni – 20 Mo has the best performance among the investigated alloys. In specific conditions of cylinder cathodes operation, lack of materials for the alloy, the need to obtain the blank of a larger diameter with a homogeneous fine-rained and dense surface, electroslag smelting (ESS) was used as the basic technology. Application of welding technology has made it necessary to take into account two additional factors: the potential damage of the surface by intergranular corrosion (IGC) and the endency of austenitic alloys to hot cracking. To prevent IGC niobium was added to the alloy in traditionally sufficient quantities (1%). Additional introduction of niobium into the alloy can reduce the technological strength. Without taking into account the mutual influence of Nb Cr and Mo, the 15 Cr – 65 Ni – 20 Mo composition was chosen. Comparative pilot scale tests of cylinder cathodes, carried out at the experimental site of Kyshtym Copper Electrolyte Plant, showed efficiency of the proposed material at high temperatures compared to conventional ones, thus significantly improving the productive capacity of the electrode position process. It was found that nonconsumable electrode argon arc welding can be carried out in a wide range of conditions without using any technological methods in absence of cracking which would enable to produce the actual shell from less scarce materials.