CN103184357B - 非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，包括：(1)烘炉，将含铜原料和覆盖剂装入熔炼炉的炉膛内，使含铜原料熔化为铜水；(2)将金属铬粉碎成粒径为3～5mm的颗粒，用耐火容器盛放并密封，将耐火容器压入铜水中使金属铬颗粒全部释放到铜水中，维持炉膛温度1300～1400℃；(3)用铜箔包裹金属锆，将包有金属锆的铜箔快速压入铜水中，维持炉膛温度1250～1350℃，保温5～10分钟后停炉，扒渣；(4)调节炉膛内温度为1200～1300℃，然后将熔炼炉中的熔体转入浇包中，之后进行浇铸。本发明提供的方法，操作简单，成本低，金属铬和金属锆的氧化损失少并能够进行大规模工业化生产。

Description

非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法

技术领域

本发明属于有色金属加工制造技术领域，具体涉及非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法。

背景技术

铜-铬-锆合金的化学成分为：0.5％～1.2％的铬，0.05％～0.25％的锆，余量为铜。铜-铬-锆合金具有高的强度和良好的导电、导热性能。自美国发明它以来，被广泛用于高强、高导领域，它是目前研制出的唯一能够满足超大规模集成电路性能要求的高强、高导引线框架材料。铜-铬-锆合金的抗拉强度：Rm≥600Mpa，导电率：λ≥80％I ACS，它还有高达500℃以上的再结晶温度。

铜-铬-锆合金的工业化生产的首要问题是熔炼和铸造，由于铬和锆与氧的亲和力很强，因此在熔炼和铸造时必须解决合金元素的氧化损失问题。目前国内外均采用真空熔炼和铸造的方法。

铜-铬-锆合金采用真空熔炼和铸造的方法，其优点是：①防止了铬和锆的氧化损失，金属铬和金属锆的收得率高；②合金的含气量低，致密性好；③周围环境影响小。但是该方法也有很多缺点：①生产能力小，难以形成规模化生产；②生产成本高；③生产效率低，大规格的材料难生产；④真空时铬易挥发，清理炉子时对人身体健康有一定的影响；⑤市场的竞争能力差。因此，能够实现大规模生产的非真空熔炼和浇铸的方法，成了各生产企业迫切解决的难题。

虽然该合金目前大多以真空熔炼和铸造的方法生产，但还是有企业对非真空熔炼和浇铸进行了研究，如中国发明专利ZL200610085210.0(申请日2006年6月2日，授权公告号CN100425715C)描述了非真空熔炼和浇铸Cu-Cr-Zr合金的方法。该方法是在保护气体的保护下，将铜和铜-铬中间合金以及金属锆加入到感应电炉中进行熔炼，熔炼完成后从感应电炉的底部开一个口，成为下浇口，下浇口与结晶器相连接，同时也有保护气体装置提供气体保护，整个过程都在保护气体下进行，从而降低氧化烧损率。该方法虽然可以减少氧化烧损，但是需要一套保护气体装置，自制或购买保护气体均会增加生产成本；采用中间合金的方式加金属铬，需要首先制备铜-铬中间合金，同样会增加生产成本；另外；浇口开在感应电炉的底部，一是安全问题无法保证，二是作为实验装置进行少量试验是可以的，但要进行大规模工业化生产是无法满足要求的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种操作简单、成本低、金属铬和金属锆的氧化损失少并能够进行大规模工业化生产的非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)熔炼前先烘熔炼炉，然后将含铜原料和覆盖剂装入熔炼炉的炉膛内，快速升温至1150～1250℃使含铜原料熔化为铜水，再升温至1300～1400℃；

(2)将金属铬粉碎成粒径为3～5mm的颗粒，用耐火容器盛放并密封，然后将耐火容器压入铜水中使金属铬颗粒全部释放到铜水中，之后取出耐火容器备用，维持炉膛温度在1300～1400℃之间；

(3)用铜箔包裹金属锆，用耐火棒将包有金属锆的铜箔快速压入铜水中，然后取出耐火棒，维持炉膛温度在1250～1350℃之间，保温5～10分钟后停炉，扒渣；

(4)调节熔炼炉功率，使炉膛内温度为1200～1300℃，然后将熔炼炉中的熔体转入浇包中，之后进行浇铸。

进一步，步骤(1)中，所述含铜原料包括电解铜和熔炼返料；所述覆盖剂为重量比为1∶1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆盖剂的加入量为含铜原料总重量的1～2％。

进一步，步骤(2)中，所述耐火容器耐温1350～1600℃；盛放金属铬颗粒后，所述耐火容器的开口处以铜箔密封，铜箔厚度为1～1.5mm。

再进一步，所述耐火容器压入铜水中的深度为10～15cm。

进一步，步骤(3)中，所述耐火棒为石墨棒；包有金属锆的铜箔压入铜水中的深度为15～20cm。

进一步，所述浇包的底部设有与其一体连接的漏斗装置，漏斗装置内设有塞棒。

本发明的有益效果在于：

第一，本发明在非真空条件下直接将金属铬和金属锆加入铜水中，金属铬和金属锆的氧化损失少，铬的氧化损失率为5～10％，锆的氧化损失率10～15％。

第二，本发明不使用昂贵的真空设备和保护气体装置，生产成本降低50％左右。

第三，本发明向铜水中加金属铬和金属锆时，金属铬和金属锆均以单体形式加入，而不是采用中间合金的形式，免去了制造中间合金的成本或中间合金购置成本，进一步降低生产成本。

第四，本发明提供的方法，操作简单，适于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。

本文中wt％均表示重量百分比。

下述实施例采用100kw的中频感应电炉为熔炼炉。含铜原料使用电解铜及铜-铬-锆合金熔炼过程中的返料，覆盖剂使用重量比为1∶1的碎玻璃和硼砂的混合物。原料中，电解铜中Cu含量≥99.95wt％，金属铬中Cr含量≥98.5wt％；金属锆中Zr含量≥98wt％。

以下以具体实施例详细说明本发明的提供的非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法。

(1)熔炼前先烘熔炼炉，然后将150kg电解铜、130kg返料和2.9kg覆盖剂(碎玻璃和硼砂的重量比为1∶1)装入熔炼炉的炉膛内，快速升温至1150～1200℃使含铜原料熔化为铜水，再升温至1300～1400℃左右；

(2)根据铸锭的使用功能，取所需重量的金属铬，将其粉碎成粒径为3～5mm的颗粒，装入耐火钟罩中，装满后，将耐火钟罩的底部以厚度为1mm的铜箔焊封，然后将装有金属铬颗粒的耐火钟罩自熔炼炉的上部开口压入铜水中(金属铬可分多次加入)，耐火钟罩压入铜水中的深度为10～15cm；15～20分钟，金属铬颗粒会全部进入钢水中，取出耐火钟罩，期间维持炉膛温度在1300～1400℃之间；

(3)根据铸锭的使用功能，取所需重量的金属锆，用铜箔包裹金属锆，用石墨棒将包有金属锆的铜箔自熔炼炉的上部开口压入铜水中(金属锆可分多次加入)，包有金属锆的铜箔压入铜水中的深度为15～20cm；5分钟后取出石墨棒，期间维持炉膛温度在1250～1350℃之间，保温5～10分钟后停炉，扒渣；

(4)调节熔炼炉功率，使炉膛内温度为1200～1300℃，然后将熔炼炉中的熔体转入浇包中，之后将浇包中的熔体注入铸模中进行铸造。

本实施例中，所使用的浇包的底部设有与其一体连接的漏斗装置，漏斗装置内设有塞棒。浇铸时，将塞棒卸下，使熔体经漏斗装置流入铸模中，这样大大减少铜水与空气的接触时间，达到减少氧化损失的目的，并且采用漏斗装置，易于控制浇铸速度。

铸造在铁模中进行，铸模温度为100～130℃，铸模涂料为骨灰水浆，铸造温度(即浇包内熔体温度)为1290～1310℃，每根铸锭(铸锭规格Φ120×800mm)30秒左右完成。由此得到的铸锭成分为：Cr：0.9～1.0％，Zr：0.09～0.12％，Cu：98.5～99％。经过检测，熔炼过程各金属熔损率为：Cr：8％，Zr：10％，Cu：3％。

为了达到所需要的使用性能，后续需要对铸锭进行包括加热、热轧、拉伸、固溶处理、时效处理等。其中，进行加热时，加热温度880℃，保温时间1小时；进行热轧时，开轧温度760℃，终轧温度650～550℃；进行固溶处理时，加热温度940℃，保温时间1小时，然后快速放入水中淬水，即固溶；进行时效处理时，时效温度450℃，保温时间3小时，从而使过饱和固溶体重新分解程，使材料达到所要求的性能。

对采用本发明的方法制造的铜-铬-锆合金材料进行了性能测定，其结果如下：抗拉强度Rm≥600Mpa，延伸率A≥10％，硬度HRB≥75，导电率λ≥80％IACS。

上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)熔炼前先烘熔炼炉，然后将含铜原料和覆盖剂装入熔炼炉的炉膛内，快速升温至1150～1250℃使含铜原料熔化为铜水，再升温至1300～1400℃；

(2)将金属铬粉碎成粒径为3～5mm的颗粒，用耐火容器盛放并密封，然后将耐火容器压入铜水中使金属铬颗粒全部释放到铜水中，之后取出耐火容器备用，维持炉膛温度在1300～1400℃之间；

(3)用铜箔包裹金属锆，用耐火棒将包有金属锆的铜箔快速压入铜水中，然后取出耐火棒，维持炉膛温度在1250～1350℃之间，保温5～10分钟后停炉，扒渣；

(4)调节熔炼炉功率，使炉膛内温度为1200～1300℃，然后将熔炼炉中的熔体转入浇包中，之后进行浇铸；所述浇包的底部设有与其一体连接的漏斗装置，漏斗装置内设有塞棒。

2.根据权利要求1所述的非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含铜原料包括电解铜和熔炼返料；所述覆盖剂为重量比为1:1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆盖剂的加入量为含铜原料总重量的1～2％。

3.根据权利要求1或2所述的非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述耐火容器耐温1350～1600℃；盛放金属铬颗粒后，所述耐火容器的开口处以铜箔密封，铜箔厚度为1～1.5mm。

4.根据权利要求3所述的非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，其特征在于，所述耐火容器压入铜水中的深度为10～15cm。

5.根据权利要求1或2所述的非真空熔炼和浇铸铜-铬-锆合金的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述耐火棒为石墨棒；包有金属锆的铜箔压入铜水中的深度为15～20cm。