CN100491556C - 非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其主要工艺是：将电解铜、所需中间合金和金属钛装入保护气体感应炉内，通入保护气体进行熔炼，熔炼完毕后，从底部浇出，下浇口与结晶器相接，并具有气体保护装置。整个过程都是在工业纯保护气体下进行，熔炼气氛中氧和氢的分压很低，氧化烧损率低，且具有较好的脱氧脱氢效果；也可在熔炼过程中将惰性气体通入熔体进行脱气，铸锭质量得到提高。

Description

非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法

技术领域

本发明涉及Cu-Ti合金的加工，尤其涉及非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

通常，Cu-Ti合金中含有1～4.5wt％的Ti，钛在650℃以上时氧会向钛中扩散，形成一层坚硬的氧化层。另外，在700℃以上氮和钛将发生剧烈作用，形成TiN。若在大气中熔炼，将会产生非金属夹杂；还有，合金在浇注过程中容易吸气，会影响材料的性能。现有技术熔铸Cu-Ti合金都是在真空炉里进行。

然而，真空熔炼Cu-Ti合金的方法存在以下问题：①由于真空炉熔炼过程中需要较高的真空度，对炉体的密封性要求很高，熔炼时不能进行成分测量、成分调整和拔渣等操作，因此对原料的成分和杂质含量要求很高；②真空熔炼一般不能采用快速冷却的方法，铸锭易发生晶体粗化，在变形工艺中很容易出现裂纹，降低板带成品率；③真空炉不能连续操作，只能进行小规模生产，限制了其产业化前景。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法。

本发明的技术解决方案是：非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其特征在于包括以下工序步骤：

1)将电解铜和部分中间合金装入熔炼炉膛，打开保护气阀，通过上部进气口通入保护气体，保护气体为惰性气体氮气或氩气，直到炉内气体经由上部出气孔或加料口排出、保护气体充满炉膛、出气口处点燃火柴会立即熄灭为止，关小保护气阀，维持炉内压力，炉内保护气体的表压在50～1000千帕；

2)将炉膛预热、升温，使电解铜和铜铬中间合金熔化，在1200～1500℃温度下熔炼，熔炼时间不超过60分钟，然后向炉膛内加入金属钛和易氧化的金属元素、脱氧剂和细化晶粒剂，并保温，保温时间不超过60分钟；

3)降低功率加热，功率低于30KW，从下部进气口向结晶器或铁模中通入保护气体，维持结晶器或铁模内压力，结晶器或铁模内保护气体的表压在50～1000千帕，多余气体从下部出气孔排出，打开水冷阀，10～30分钟后开始浇铸，温度为1200～1500℃。

进一步地，上述的非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其中，步骤2)中加入的金属钛为铜钛中间合金或者海绵钛。

再进一步地，上述的非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其中，所述的上部进气口以及下部进气口的入射角小于45度。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

(1)采用非真空熔炼Cu-Ti合金的方法来取代真空熔炼法，保护气体采用高纯惰性气体，可显著降低氧化烧损，并且加速熔体内部氧和氢的扩散，脱氧脱氢效果好，能及时在线测量和调整合金成分，铸锭组织细化并且杂质含量低，能够彻底解决真空熔炼成本昂贵和难以规模化生产的缺点；

(2)采用非真空熔炼Cu-Ti合金的设备简单，采用下浇注法铸锭，操作方便，可以实现批量生产。

附图说明

图1是本发明熔炼及浇铸设备结构示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

 

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	观察窗	2	炉盖	3	上部进气口
4	上部石棉密封层	5	上部出气口	6	塞棒调节机构
						7	加料口	8	炉膛	9	塞棒
10	感应加热装置	11	下部出气口	12	下部石棉密封层
						13	下浇口	14	结晶器或铁模	15	下部进气口
16	坩埚

具体实施方式

本发明采用非真空的方法即在保护气体中进行熔炼和浇铸Cu-Ti合金，保护气体为工业纯氩气，在保护气层中，氧和氢气的分压很小，加速了熔体中氧和氢的扩散，氧和氢气的密度小，上浮至炉膛上部出气口及时排出，脱氧脱氢效果好，可以及时在线测量和调整合金成分，使铸锭组织细化，杂质含量低，可彻底解决真空熔炼成本昂贵和难以规模化生产的缺点。

本发明采用惰性气体保护代替真空进行熔炼，以避免合金元素与空气中氧、氮的结合，在熔炼和浇注时都有气体保护。在浇注过程中可以通过观察孔随时进行加料，调整合金成分；浇注时采用向下浇注的方法。

主要工艺：首先，固定好炉子下面的模具，用塞棒密封好坩埚的下浇口，装料后通入惰性气体。然后，打开电源进行加热，当熔化后再加入易氧化的合金元素。最后，调整熔体温度，旋松塞棒进行浇注。具体熔炼浇铸时包括以下工艺步骤：1)将电解铜和部分中间合金装入熔炼炉膛，打开保护气阀，通过上部进气口通入保护气体氮气或氩气，直到炉内气体经由上部出气孔或加料口排出、保护气体充满炉膛、出气口处点燃火柴会立即熄灭为止，关小保护气阀，维持炉内保护气体的表压为50～1000千帕。2)将炉膛预热、升温，使电解铜和铜铬中间合金熔化，在1200～1500℃温度下熔炼，熔炼时间不超过60分钟，然后向炉膛内加入铜钛中间合金或者海绵钛和易氧化的金属元素、脱氧剂和细化晶粒剂，并保温，保温时间不超过60分钟。3)降低功率加热，功率低于30KW，从下部进气口向结晶器或铁模中通入保护气体氮气或氩气，维持结晶器或铁模内保护气体的表压为50～1000千帕，多余气体从下部出气孔排出，打开水冷阀，10～30分钟后开始浇铸，温度为1200～1500℃。

保护气体：为惰性气体，最好为密度比空气大的惰性气体，比如氩气等，炉内保护气体的表压应维持在50～1000千帕，结晶器或铁模内保护气体的表压应维持在50～1000千帕，上部进气口以及下部进气口的入射角小于45度。

加料顺序：先加入铜和其它不易氧化的合金元素，当铜全部熔化后再加入钛和其它易氧化的合金元素，原料中，金属钛为铜钛中间合金或海绵钛。

浇注方式：由于钛合金的结晶温度范围较宽，并且此种浇注方式浇注速度较快，所以铸锭易产生中间缩空，导致组织疏松。因此要适当提高浇注温度，浇注温度在1200℃～1500℃之间。

图1是本发明熔炼及浇铸采用的设备结构示意图，下面结合图1对本发明作进一步的详细描述。这些例子仅是一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

实施例

分别取原料电解铜、海绵钛和铜铬中间合金，取料量见表1，从加料口7装入炉膛8，使其盛于坩埚16当中；也可以打开炉盖2直接加入原料。盖好加料口7和观察窗1，打开保护气阀，从上部进气孔3通入氩气，直到空气从上部出气口5排出、保护气体充满炉膛8、在上部出气口5处点燃火柴会立即熄灭为止。打开感应加热装置10，加热至熔化，整个加热过程可在观察窗1中观察。从加料口7加入海绵钛，熔炼5分钟，同时打开气阀，从下部进气口15通入氩气，使其作为保护气体充满浇铸区域，多余的氩气从下部出气口11排出。然后，保温10分钟；关掉电源，打开塞棒6进行浇铸。在熔炼过程中，塞棒9用于阻止熔体从下浇口13处流下；浇铸过程中，通过调节塞棒机构6来控制熔体流量，保证合理的浇铸速度，使熔体从下浇口13流入结晶器或铁模14。

表1

熔铸出来的铸锭，其成分如表2所示。

表2

如表1及表2可知，本发明例号1～3中，铜的烧损率分别为：1.2％、1.1％、1.1％。钛的烧损率分别为：2.3％、2.7％、2.1％。铬的烧损率为1.2％、1.1％、1.2％。合金成分中氧的含量分别为：0.004、0.005、0.004。

综上所述，本发明可以有效地阻止合金元素特别是钛、铬和稀土等与大气的作用，合金的烧损率得到控制，另外合金中氧元素的含量被控制在较低的范围。

Claims (3)

1.非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其特征在于包括以下工序步骤：

1)将电解铜和部分中间合金装入熔炼炉膛，打开保护气阀，通过上部进气口通入保护气体，保护气体为惰性气体氮气或氩气，直到炉内气体经由上部出气孔或加料口排出、保护气体充满炉膛、出气口处点燃火柴会立即熄灭为止，关小保护气阀，维持炉内压力，炉内保护气体的表压在50～1000千帕；

2)将炉膛预热、升温，使电解铜和铜铬中间合金熔化，在1200～1500℃温度下熔炼，熔炼时间不超过60分钟，然后向炉膛内加入金属钛和易氧化的金属元素、脱氧剂和细化晶粒剂，并保温，保温时间不超过60分钟；

3)降低功率加热，功率低于30KW，从下部进气口向结晶器或铁模中通入保护气体，维持结晶器或铁模内压力，结晶器或铁模内保护气体的表压在50～1000千帕，多余气体从下部出气孔排出，打开水冷阀，10～30分钟后开始浇铸，温度为1200～1500℃。

2.根据权利要求1所述的非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其特征在于：步骤2)中加入的金属钛为铜钛中间合金或者海绵钛。

3.根据权利要求1所述的非真空熔炼及浇铸Cu-Ti合金的方法，其特征在于：所述的上部进气口以及下部进气口的入射角小于45度。

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