CN102564131A

CN102564131A - 一种高纯高导铜材连续熔炼装置及方法

Info

Publication number: CN102564131A
Application number: CN2012100380035A
Authority: CN
Inventors: 徐高磊; 姚幼甫; 骆越峰
Original assignee: Shaoxing Libo Electric Co Ltd
Current assignee: Shaoxing Libo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种高纯高导铜材连续熔炼装置及方法，包括熔炼炉、保温炉和除气装置，所述的熔炼炉和保温炉之间安装有隔仓；所述的隔仓上部安装有除气装置；所述的除气装置包括机架，所述的机架上垂直套装有主轴；所述的主轴通过旋转接头与主轴电机相连；所述的主轴下端套装有金属转杆；所述的金属转杆上套装有石墨转杆；所述的主轴与隔热装置活动相连；所述的隔热装置通过升降丝杆与升降电机相连。本发明采用连续熔炼装置，生产工艺简单，生产过程稳定，通过在熔化炉和保温炉之间增设隔仓，隔仓Ⅱ内安装连续除气装置，不仅可保证充分的除气和脱氧效果，还可以保证保温炉液面的稳定性，生产的无氧铜氧含量低和导电率高，氧含量≤5ppm，导电率≥101%IACS。

Description

一种高纯高导铜材连续熔炼装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高纯高导铜材连续熔炼装置及方法，属于有色金属铸造技术领域。

背景技术

无氧铜因为具有高导电性、高导热性及良好的抗氢脆性和优良的加工性能和焊接性能，被广泛应用于电工、电子、通讯和电真空器件等领域。但是，铜在高温熔炼时容易“吸气”，与氧结合形成氧化亚铜，凝固结晶后氧化亚铜分布于晶界处，铜中氧含量的升高使铜的导电率下降，不能达到100%以上的导电率。

无氧铜对氧含量有严格的要求，如果氧含量高，对产品质量有下列不利的影响：

1.与铜生成Cu₂O脆性相，形成Cu-Cu₂O共晶体，以网络组织分布在晶界上，导致铜杆的机械性能下降，在后续加工中容易造成断裂现象。

2.导致无氧铜杆导电率下降。

3.在氢气中退火时产生裂纹或气泡。

采用常规的熔炼铸造方法生产的纯铜材料中氧含量一般大于50ppm，而随着电工、电子、通讯等行业的发展，尤其是电真空器件等使用的高纯度高导电低氧含量的铜材，则要求氧含量≤5ppm，导电率大于101%IACS。

目前无氧铜的生产方法主要有以下三种：

第一种：真空炉熔炼。真空熔炼是将熔炼炉及铸造设备设置在密闭钢壳内，然后抽真空，使铜的熔炼和铸造保持在真空状态下进行，以达到隔绝空气和排氧的目的，但这种方法设备复杂，操作不便，成材率较低，不宜形成连续化大批量的生产。

第二种：半连续铸造非真空炉熔炼。这种方法是将高温铜液从熔炼炉转注流槽，再通过流槽进入保温炉，在这过程中，高温铜液可能暴露在空气中，很容易吸气，质量不稳定。

第三种：上引连续铸造。上引法生产无氧铜是采用常规的熔炼炉将铜熔化后，牵引杆由上自下通过牵引装置的夹紧辊和石墨管结晶器后插入铜液中，然后夹紧辊夹紧，利用牵引装置将牵引杆自下而上按照一定的速度进行牵引将铜提出并通过石墨管结晶器凝固结晶，由于铜凝固结晶时收缩，形成瞬间的负压，利于铜液凝固时氧的排放，而实现降低氧的目的。但是该方法仅能有限的将氧含量控制在10ppm左右，不能降低到5ppm以下。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高纯高导铜材连续熔炼装置及方法，本发明生产工艺简单，生产过程稳定，产品质量好，氧含量≤5ppm，导电率≥101%IACS。

为了达成上述目的，本发明的技术方案是：

一种高纯高导铜材连续熔炼装置，包括熔炼炉、保温炉和除气装置，所述的熔炼炉和保温炉之间安装有隔仓；所述的隔仓上部安装有除气装置；所述的除气装置包括机架，所述的机架上垂直套装有主轴；所述的主轴通过旋转接头与主轴电机相连；所述的主轴下端套装有金属转杆；所述的金属转杆上套装有石墨转杆；所述的主轴与隔热装置活动相连；所述的隔热装置通过升降丝杆与升降电机相连。

所述的隔仓包括第一隔仓、第二隔仓和第三隔仓；所述的熔炼炉通过第一流沟与第一隔仓相连；所述的第一隔仓通过第二流沟与第二隔仓相连；所述的第二隔仓通过第三流沟与第三隔仓相连；所述的第三隔仓通过第四流沟与保温炉相连。

一种高纯高导铜材连续熔炼方法，包括如下步骤：1）以其表面无铜豆、酸迹缺陷的优质阴极铜为原料，，切除挂耳后放入熔炼炉进行熔炼；2）将步骤1）熔炼好的铜液通过第一流沟流入隔仓中的第一隔仓,接着通过第二流沟进入第二隔仓；在第二隔仓内的铜液通过连续除气装置上的石墨转杆向铜液中充入计量的惰性气体并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中；由于小气泡中氢、氧分压为零，铜液中的氧、氢分压高，基于氢气与氧气在气泡内外分压力之差，使熔于熔体中的氢与氧不断向气泡扩散，并随着气泡的上升与逸出而排到大气中，从而达到除气的目的；然后使铜液流经第三流沟后进入第三隔仓；3）将步骤2）中除气后的铜液通过第三隔仓上的第四流沟流入保温炉中；4）在保温炉中的铜液利用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置。

所述的步骤1）中熔炼炉内的温度为1150℃～1160℃，采用烘干的木碳覆盖，保证熔炼炉的还原气氛；所述的木炭粒度为30mm～50mm，覆盖厚度100mm～150mm。

所述的步骤2）中隔仓的总尺寸长×宽×高为720×600×690mm，所述的第一流沟、第二流沟、第三流沟、第四流沟的尺寸分别为120×100×110，第三流沟高出炉底100～400mm。

所述的步骤2）中的惰性气体采用99.996%的氩气或99.996%氮气或氮气比例为30%～70%的氮气与一氧化氮的混合气体中的一种；气源出口的压力为0.5MPa，流量为1～1.25Nm³/h，转子转速为50～150r/min。

所述的步骤3）中保温炉内的温度为1140℃～1150℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度为30mm～40mm。

所述的第四流沟和保温炉前端安装泡沫陶瓷过滤板装置。

所述的除渣装置为泡沫陶瓷过滤板，在上引铜杆时起到除渣的效果。

所述的步骤4）中牵引机组的引杆速度为500～1500mm/min，引杆直径为Ф12.5mm～Ф30mm，冷却循环出水温度为35℃～50℃。

本发明的有益效果为：本发明采用连续熔炼装置，生产工艺简单，生产过程稳定，通过在熔化炉和保温炉之间增设隔仓，隔仓Ⅱ内安装连续除气装置，不仅可保证充分的除气和脱氧效果，还可以保证保温炉液面的稳定性，生产的无氧铜氧含量低和导电率高，氧含量≤5ppm，导电率≥101%IACS。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明不带除气装置的结构示意图；

图3 是图2的俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3所示的一种高纯高导铜材连续熔炼装置，包括熔炼炉1、保温炉2和除气装置4，所述的熔炼炉1和保温炉2之间安装有隔仓3；所述的隔仓3上部安装有除气装置4；所述的除气装置4包括机架8，所述的机架8上垂直套装有主轴5；所述的主轴5通过旋转接头9与主轴电机10相连；所述的主轴5下端套装有金属转杆6；所述的金属转杆6上套装有石墨转杆7；所述的主轴5与隔热装置11活动相连；所述的隔热装置11通过升降丝杆12与升降电机13相连。所述的隔仓3包括第一隔仓14、第二隔仓15和第三隔仓16；所述的熔炼炉1通过第一流沟17与第一隔仓14相连；所述的第一隔仓14通过第二流沟18与第二隔仓15相连；所述的第二隔仓15通过第三流沟19与第三隔仓16相连；所述的第三隔仓16通过第四流沟20与保温炉2相连。

本实施例的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，包括如下步骤：1）以其表面无铜豆、酸迹缺陷的优质阴极铜为原料，切除挂耳后放入熔炼炉1进行熔炼；其中熔炼炉1内的温度为1150℃～1160℃，采用烘干的木碳覆盖，保证熔炼炉的还原气氛；所述的木炭粒度为30mm～50mm，覆盖厚度100mm～150mm。2）将步骤1）熔炼好的铜液通过第一流沟17流入隔仓3中的第一隔仓14,接着通过第二流沟18进入第二隔仓15；在第二隔仓15内的铜液通过连续除气装置4上的石墨转杆7向铜液中充入计量的惰性气体并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中；所述的惰性气体采用99.996%的氩气或99.996%氮气或氮气比例为30%～70%的氮气与一氧化氮的混合气体中的一种；气源出口的压力为0.5MPa，流量为1～1.25Nm³/h，转子转速为50～150r/min。由于小气泡中氢、氧分压为零，铜液中的氧、氢分压高，基于氢气与氧气在气泡内外分压力之差，使熔于熔体中的氢与氧不断向气泡扩散，并随着气泡的上升与逸出而排到大气中，从而达到除气的目的；然后使铜液流经第三流沟19后进入第三隔仓16；所述的隔仓3的总尺寸长×宽×高：720×600×690mm，所述的第一流沟17、第二流沟18、第三流沟19、第四流沟20的尺寸分别为长×宽×高：120×100×110，且第三流沟19高出炉底100～400mm。3）将步骤2）中除气后的铜液通过第三隔仓16上的第四流沟20流入保温炉2中；保温炉2内的温度为1140℃～1150℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度为30mm～40mm。其中第四流沟20和保温炉2前端安装除渣装置泡沫陶瓷过滤板（图中未示），在上引铜杆时起到除渣的效果。4）在保温炉中的铜液利用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置。牵引机组的引杆速度为500～1500mm/min，引杆直径为Ф12.5mm～Ф30mm，冷却循环出水温度为35℃～50℃。

本实施例采用连续熔炼装置，生产工艺简单，生产过程稳定，通过在熔化炉和保温炉之间增设隔仓，隔仓Ⅱ内安装连续除气装置，不仅可保证充分的除气和脱氧效果，还可以保证保温炉液面的稳定性，生产的无氧铜氧含量低和导电率高，氧含量≤5ppm，导电率≥101%IACS。

Claims

1.一种高纯高导铜材连续熔炼装置，其特征在于：包括熔炼炉（1）、保温炉（2）和除气装置（4），所述的熔炼炉（1）和保温炉（2）之间安装有隔仓（3）；所述的隔仓（3）上部安装有除气装置（4）；所述的除气装置（4）包括机架（8），所述的机架（8）上垂直套装有主轴（5）；所述的主轴(5)通过旋转接头(9)与主轴电机(10)相连；所述的主轴(5)下端套装有金属转杆(6)；所述的金属转杆(6)上套装有石墨转杆(7)；所述的主轴(5)与隔热装置（11）活动相连；所述的隔热装置（11）通过升降丝杆(12) 与升降电机(13)相连。

2.根据权利要求1所述的一种高纯高导铜材连续熔炼装置，其特征在于：所述的隔仓（3）包括第一隔仓（14）、第二隔仓（15）和第三隔仓（16）；所述的熔炼炉（1）通过第一流沟（17）与第一隔仓（14）相连；所述的第一隔仓（14）通过第二流沟（18）与第二隔仓（15）相连；所述的第二隔仓（15）通过第三流沟（19）与第三隔仓（16）相连；所述的第三隔仓（16）通过第四流沟20与保温炉（2）相连。

3.一种根据权利要求1所述的高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于包括如下步骤：1）以其表面无铜豆、酸迹缺陷的优质阴极铜为原料，切除挂耳后放入熔炼炉（1）进行熔炼；2）将步骤1）熔炼好的铜液通过第一流沟（17）流入隔仓(3)中的第一隔仓14,接着通过第二流沟（18）进入第二隔仓（15）；在第二隔仓（15）内的铜液通过连续除气装置（4）上的石墨转杆(7)向铜液中充入计量的惰性气体并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中达到除气的目的；然后铜液流经第三流沟（19）后进入第三隔仓（16）；3）将步骤2）中除气后的铜液通过第三隔仓（16）上的第四流沟（20）流入保温炉（2）中；4）在保温炉中的铜液利用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置。

4.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的步骤1）中熔炼炉（1）内的温度为1150℃～1160℃，采用烘干的木碳覆盖，保证熔炼炉的还原气氛；所述的木炭粒度为30mm～50mm，覆盖厚度100mm～150mm。

5.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的步骤2）中隔仓（3）的总尺寸长×宽×高为720×600×690mm，所述的第一流沟（17）、第二流沟（18）、第三流沟（19）、第四流沟（20）的尺寸分别为，且第三流沟（19）高出炉底100～400mm。

6.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的步骤2）中的惰性气体采用99.996%的氩气或99.996%氮气或氮气比例为30%～70%的氮气与一氧化氮的混合气体中的一种；气源出口的压力为0.5MPa，流量为1～1.25Nm³/h，转子转速为50～150r/min。

7.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的步骤3）中保温炉（2）内的温度为1140℃～1150℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度为30mm～40mm。

8.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的第四流沟(20)和保温炉(2)前端安装除渣装置。

9.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的除渣装置为泡沫陶瓷过滤板。

10.根据权利要求3所述的一种高纯高导铜材连续熔炼方法，其特征在于：所述的步骤4）中牵引机组的引杆速度为500～1500mm/min，引杆直径为Ф12.5mm～Ф30mm，冷却循环出水温度为35℃～50℃。