CN101254530A - 铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法 - Google Patents

Abstract

铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法：1.感应熔炼炉、2.密封工装、3.浇注管、4.保护罩、5.结晶器构成，感应熔炼炉(1)上部一侧通过螺栓固定密封工装(2)，密封工装(2)另一端底部固定设有浇注管(3)，浇注管(3)下端通过保护罩(4)插入结晶器(5)；工艺流程：装料、密封、熔化、精炼、炉内冲氩气、加Zr、铸造、检测；浇铸方式采用：炉子、浇注管、结晶器。

Description

铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法

所属技术领域

本发明涉及有色金属材料及加工技术领域，尤其是一种铜合金非真空加锆工程化技术装备及其工艺方法。

背景技术

在铜合金中添加锆和其它元素的含锆铜产品，由于兼有优良的导电、导热、抗高温软化等综合性能，在电子材料、电焊电极材料、结晶器材料等领域需求快速增长。尤其Cu-Cr-Zr系合金材料还是最具魅力的高强高导型合金，是世界工业国为满足大规模集成电路的发展而竞相研究和开发的重点。该类合金生产突出的技术难点是解决锆元素的非真空加入问题，否则无法实行工程化生产，更无法工业化大批量应用。

由于Zr元素活泼性太强，在大气条件下极易氧化烧损，含锆铜合金材料一般均采用真空感应电炉熔炼，铸铁模浇注的生产方式。这种方法成本高、设备投资大，生产能力低下。由于含锆铜合金材料熔铸生产技术上一直未能突破真空炉的生产方法，只能小批量生产，很难形成工程化生产能力。

如Cu-Cr-Zr系合金材料国内传统的生产方法是：真空熔炼——热轧开坯——冷加工——热处理。这种方法成本高、工艺流程长、设备投资大。由于技术上一直未能突破传统的真空铸坯生产方法，只能小批量试制生产，很难形成产业化生产能力。目前国内使用的Cu-Cr-Zr系合金材料除军工材外，民用几乎全部进口。

国内真空炉生产Cu-Cr-Zr系合金铸坯的工艺流程为：装料——合炉抽真空——熔化——精炼——加Cr——炉内冲氩气——加Zr——浇铸，浇铸方式为：炉子——漏斗——保温帽——铸铁模。与半连铸方式相比较，该种生产方式主要存在以下问题：

(1)环境污染严重。铸铁模须刷涂料并烘烤，铸铁模一般熏苯形成一层耐热涂层隔绝高温铜液对铸铁模的侵蚀，苯易挥发，对人体有毒并对周围环境造成严重污染。虽然目前也开发出其他涂料，但由于操作上存在难以涂刷均匀、难以烘烤干燥、涂料难以存放等问题，许多企业实际生产中主要采用的还是熏苯方式。

(2)成品率低下。铸模浇铸最后须进行补缩，铸模尺寸越大，保温帽相应尺寸也要增大，保温帽造成的几何废品多；铸铁模生产的铸锭表面质量普遍较差，许多企业有意设计铸模尺寸大一些，采用铸锭车皮的方式供应合格铸坯，同样造成几何废品；铸坯表面容易产生空洞、夹杂等缺陷，造成整根铸锭报废。

(3)生产效率低下。真空炉一般容量较小，熔化一炉料浇铸一炉，不能以熔炼炉与保温炉结合的方式提高产能，而且为保护坩埚并保证铸模内熔体完全凝固，浇铸后一般要停滞40分钟以上才能打开炉盖，进行下一炉的准备工作。

(4)生产操作繁琐。铸模每使用一次均须刷涂料，并进行有效烘烤，还要烘烤保温帽、模垫等工模具，每铸造一次均须在炉内再次准确定位摆放提前烘烤好的系列配套工模具，生产操作程序繁多。

国外Cu-Cr-Zr系合金材料生产，采用非真空生产新技术已开始进行尝试，但由于国外技术封锁以及知识产权保护等因素，对国外Cu-Cr-Zr系合金材料非真空生产技术知之甚少，也未查到相关内容的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其装备包括：感应熔炼炉1，密封工装2、浇注管3、保护罩4、结晶器5，具体是在感应熔炼炉的上部一侧通过螺栓或焊接固定密封工装2，密封工装2另一端底部固定设有浇注管3，浇注管3一端通过保护罩4插入结晶器5。

本发明所称的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，是在非真条件下向熔炼炉内的金属液体添加金属锆从而铸造生产出坯料，具体是在铜合金熔铸过程中，利用非真空加锆技术工艺，获得含有锆的各种铜合金铸锭坯料，再经后续变形加工获得各种铜加工产品。

本发明的有益效果在于：1、与现有的真空熔炼、热轧开坯、冷加工、热处理工艺相相比，由于现有技术上一直未能突破传统的真空铸坯生产方法，只能小批量试制生产，很难形成产业化生产能力。本发明非真空加锆工艺，成本低、工艺流程短，不需后续热处理、设备投资少、不污染环境、效率高、成本低、易操作。2、本发明可以取代现有铜加工中的铜合金真空锆装备及工艺方法，以非真空加锆装置及工艺方法为基础，在合金熔铸过程中还可添加其它合金元素，再经后续变形加工，开发制作出更多的铜合金产品。成品率与生产效率大大提高；不用再刷涂料烘烤铸模，减少环境污染；不用抽真空，不用烘烤配套辅助工模具，动能消耗减小；省掉漏斗、保温帽、石墨模垫等工模具，而且半连铸水冷结晶器寿命一般是铸铁模的30倍以上，工模具消耗费用大大降低；设备投资小；含锆铜合金产能大幅提高，规模经济效益显著。

说明书附图：

下面结合附图对本发明进一步进行说明；

图1是本发明装备示意图；

图中，1感应熔炼炉、2密封工装、3浇注管、4保护罩、5结晶器。

实施例1：

制作合金牌号：QCr0.6-0.4-0.05  规格：210×620mm的坯料工艺：

采用：按重量比进行配料，先后投入感应熔炼炉1进行熔炼，炉内采用复合熔剂覆盖，熔炼温度为1200～1400℃进行溶化后；再经1150℃～1350℃精炼后采用10～60min进行保温后；打开密封炉盖加入Cu-Cr中间合金并盖好炉盖进行溶化；炉内充入高纯保护性气体进行保护后：再打开密封炉盖采用以Cu-Zr中间合金的方式加入，盖好炉盖进行溶化后，进行铸造，铸造过程中，熔体由熔炼炉通过采用保护气体进行保护的密封工装2，从浇注管3经通有保护气体的保护罩4注入结晶器5，结晶器上放置保护罩并用复合熔剂做结晶器内的润滑剂，铸造前先通入高纯氩气2～15min，以驱赶密封工装及浇注管和保护罩内的空气，并在铸造过程中始终采用保护气体进行保护，熔铸成锭坯或扁锭或坯料。

实施例2：

制作合金牌号：QCr0.6-0.4-0.05  规格：210×620mm的工艺：

采用：按重量比进行配料，先后投入感应熔炼炉1进行熔炼，炉内采用复合熔剂覆盖，熔炼温度为1200～1400℃进行溶化后；再经1150℃～1350℃精炼后采用10～60min进行保温后；打开密封炉盖再加入纯金属Cr并盖好炉盖进行溶化；炉内充入高纯氩气：再打开炉盖采用以纯金属Zr的方式加入，盖好炉盖进行溶化后；进行铸造，铸造过程中，熔体由熔炼炉1通过采用高纯氩气进行保护的密封工装2，从浇注管3经通有保护气体的保护罩4流入结晶器5，结晶器上部放置保护罩并用复合熔剂做结晶器内的润滑剂，铸造前先通入高纯氩气2～15min，以驱赶密封工装及浇注管和保护罩内的空气，并在铸造过程中始终采用保护气体进行保护，熔铸成锭坯或扁锭或坯料。

实施例3：

感应熔炼炉上部一侧通过螺栓固定密封装置，密封装置另一端底部固定设有浇注管，浇注管下端通过保护罩插入结晶器。

实施例4：

感应熔炼炉上部一侧通过焊接固定密封装置，密封装置另一端底部固定设有浇注管，浇注管一端通过保护罩插入结晶器。

Claims (9)

1、铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，1感应熔炼炉、2密封工装、3浇注管、4保护罩、5结晶器构成，其特征在于：感应熔炼炉(1)上部一侧通过螺栓固定密封工装(2)，密封工装(2)另一端底部固定设有浇注管(3)，浇注管(3)下端通过保护罩(4)插入结晶器(5)；

工艺流程：装料、密封、熔炼、精炼及保温、炉内充保护性气体、加Zr、铸造；浇铸方式采用：炉子、浇注管、结晶器。

2、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：熔炼；采用感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1200℃～1400℃。

3、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：熔炼；采用感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1200℃～1400℃。

4、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：再经1150℃～1350℃精炼后保温10～60min。

5、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：加入纯金属中间合金锆。

6、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：加入Cu-Zr中间合金锆。

7、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：铸造前先通入保护气体2～15min，以驱赶密封工装及保护罩内的空气，并在铸造过程中采用保护性气体进行保护，铸造成坯料。

8、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：感应熔炼炉(1)上部一侧通过螺栓固定密封工装(2)，密封装置(2)另一端底部固定设有浇注管(3)，浇注管(3)一端通过保护罩(4)插入结晶器(5)。

9、根据权利要求1所述的铜合金非真空加锆工程化技术装备及工艺方法，其特征在于：感应熔炼炉(1)上部一侧通过焊接固定密封工装(2)，密封装置(2)另一端底部固定设有浇注管(3)，浇注管(3)一端通过保护罩(4)插入结晶器(5)。

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