CN103341600A - 紫杂铜水平连铸tp2铜管坯的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备及方法，设备包括：依次安装的倾动式有芯工频感应熔炼炉、固定式有芯工频感应熔炼炉和有芯工频感应保温炉；方法包括初次熔炼、二次熔炼和引铸管坯步骤。本发明的有益之处在于：方法简单，节约了资源，降低了生产成本和能源消耗； 采用两次熔炼的方法，可高效去除紫杂铜中含有的氧和其它杂质，实现了以紫杂铜为原料生产高纯度TP2铜管坯的目标；本发明的装置设计了两个熔炼炉，可为管坯铸造提供充足的铜液，从而使水平连铸铜管坯生产率在原有的基础上提高了40%左右；倾动式有芯工频感应熔炼炉能有效防止铜液在倾倒过程中氧化和吸气，生产的TP2铜管坯含氧低、杂质含量少，成分稳定。

Description

紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种铜熔炼方法及装置，尤其涉及一种水平连铸中利用紫杂铜生产TP2铜管坯的铜熔炼方法及装置。

背景技术

我国铜资源的消费量早已位居世界第一，随着国民经济的发展，我国铜资源的消费量将继续快速增长。以此同时，铜是我国严重匮乏的矿产资源，矿产资源的保有储量明显不足并有减少的趋势，国内铜精矿的供应不到 30%，超过 70%的比例需要依赖进口，远远高于铁矿石和石油的对外依赖程度。另一方面，国内大量的铜加工企业在生产过程中产生了大量边角料、机械加工碎料等紫杂铜废料。

目前国内外多数企业已开始使用紫杂铜作为原料来生产低氧光亮铜杆，采用的是罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术，此技术的推广及应用大大节约了铜矿资源、社会及经济成本。但在铜管加工业，特别是铜管水平连铸生产中，长期以来利用废铜生产纯铜管都只有先将废铜电解成电解铜后再进行熔炼铸管这一条弯路，而电解铜生产过程需大量设备及电能，这极大增加了成本、生产周期和能源消耗。

综上所述，现有技术存在以下问题：

（1）国内铜资源短缺，精铜原料成本高，而铜加工企业在生产过程中产生了大量边角料、机械加工碎料等紫杂铜废料得不到有效利用。

（2）到目前为止，在空调制冷薄壁TP2铜管生产中，多数都是采用电解铜作为熔炼原料，而没有采用紫杂铜做原料生产空调制冷用TP2铜管成熟技术，这使得这类铜管的生产成本较高。

（3）目前水平连铸生产铜管坯中，普遍采用的熔炼设备是一个熔炼炉和一个保温炉的组合炉，这种熔炼设备存在一定问题：熔炼效率较低，从而导致水平连铸铜管坯的效率较低；连铸的铜管坯含氧量和杂质含量较高。

面对我国铜矿短缺和精铜原料成本逐步攀升形势，如何利用企业自身产生的紫杂铜废料来生产铜管产品、降低成本和能源消耗正成为多数铜加工企业急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种充分利用企业自身在生产过程中产生的大量边角料、机械加工碎料等紫杂铜废料生产高纯度TP2铜管坯的方法，该方法不仅可以有效节约资源，而且能够有效降低生产成本和能源消耗；同时提供一套结构简单、操作方便、可为铜管坯铸造提供充足的铜液、使水平连铸铜管坯的生产率大幅提高的水平连铸熔炼设备。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，包括：固定式有芯工频感应熔炼炉、有芯工频感应保温炉，其特征在于，还包括：倾动式有芯工频感应熔炼炉，前述倾动式有芯工频感应熔炼炉、固定式有芯工频感应熔炼炉、有芯工频感应保温炉依次安装在地基上，倾动式有芯工频感应熔炼炉在朝向固定式有芯工频感应熔炼炉的一侧形成有斜向上的炉嘴，固定式有芯工频感应熔炼炉和有芯工频感应保温炉之间通过潜流通道连通，有芯工频感应保温炉上形成有引铸口。

前述的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，其特征在于，前述倾动式有芯工频感应熔炼炉包括：支架，安装于支架上的炉体，推动前述支架转动的推动机构，以及设置在支架与固定式有芯工频感应熔炼炉之间的第一支撑柱；前述第一支撑柱的顶端部固定安装有回转支座，回转支座之间安装有圆柱横梁；前述支架的上部焊接有朝向第一支撑柱的耳板，耳板的自由端形成有轴孔，前述耳板通过轴孔与圆柱横梁固定连接。

前述的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，其特征在于，前述推动机构为液压缸，前述液压缸的缸筒与地基铰接，活塞杆与支架铰接。

前述的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，其特征在于，前述支架不与地基接触，支架的远离固定式有芯工频感应熔炼炉的两个支架脚与地基之间设置有第二支撑柱。

一种紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（一）、初次熔炼：将收集到的紫杂铜边角料、机械加工碎料或电解铜进行分选和打包，送入倾动式有芯工频感应熔炼炉中进行初次熔炼；

（二）、二次熔炼：倾动式有芯工频感应熔炼炉翻转，将铜液倒入固定式有芯工频感应熔炼炉进行二次熔炼；

（三）、引铸管坯：铜液通过潜流通道进入有芯工频感应保温炉，最终从有芯工频感应保温炉引铸口引铸出TP2铜管坯。

前述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，初次熔炼包括以下步骤：

（1）、熔化：将熔炼温度控制在1180～1200℃，使紫杂铜原料完全熔化；

（2）、氧化：向前述铜液中吹送压缩空气，使铜、杂质元素氧化生成氧化物；

（3）、造渣：向前述铜液中加入精炼熔剂，精炼熔剂与氧化物反应生成炉渣，铜液的温度为1180～1200℃；

（4）、除渣：铜液静置5-8分钟，铜液中的炉渣充分上浮后去掉炉渣。

前述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，前述压缩空气经过干燥和脱水处理，压力为0.4～0.8MPa。

前述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，前述精炼熔剂由CaCO₃、NaCl、SiO₂组成，各组分的质量百分含量如下：

CaCO₃      35%

NaCl       30%

SiO₂              35%。

前述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，前述造渣持续时间为2-5min。

前述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，二次熔炼包括以下步骤：

（1）、铜液温度控制在1160～1180℃，向铜液中加入Cu-P13，Cu-P13在铜液中所占的质量百分含量为1.5%～2.0%；

（2）、向前述铜液表面覆盖厚度为100-150mm的木炭层，进行脱氧处理。

本发明的有益之处在于：本发明的方法工艺简单，充分利用了企业自身在生产过程中产生的大量边角料、机械加工碎料等紫杂铜废料，节约了资源，降低了生产成本和能源消耗；采用两次熔炼的方法，可高效去除紫杂铜中含有的氧和其它杂质，实现了以紫杂铜为原料生产高纯度TP2铜管坯的目标；本发明的装置结构简单，操作方便，投入少，尤其是倾动式有芯工频感应熔炼炉能有效防止铜液在倾倒过程中氧化和吸气，生产的TP2铜管坯含氧低、杂质含量少，成分稳定；采用两个熔炼炉，可为管坯铸造提供充足的铜液，从而使水平连铸铜管坯生产率在原有的基础上提高了40%左右。

附图说明

图1是本发明的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备的一个具体实施例的结构示意图。

图中附图标记的含义：1-倾动式有芯工频感应熔炼炉，2-固定式有芯工频感应熔炼炉，3-有芯工频感应保温炉，4-地基，5-潜流通道，6-引铸口， 101-炉嘴，102-支架，103-炉体, 104-第一支撑柱，105-回转支座，106-圆柱横梁，107-耳板，108-缸筒，109-活塞杆，110-第二支撑柱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

首先介绍适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备。

参照图1，本发明的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备包括：依次安装在地基4上的倾动式有芯工频感应熔炼炉1、固定式有芯工频感应熔炼炉2和有芯工频感应保温炉3。其中，倾动式有芯工频感应熔炼炉1在朝向固定式有芯工频感应熔炼炉2的一侧形成有斜向上的炉嘴101，固定式有芯工频感应熔炼炉2和有芯工频感应保温炉3之间通过潜流通道5连通，有芯工频感应保温炉3上形成有引铸口6，用于引铸出TP2铜管坯。

下面详细介绍倾动式有芯工频感应熔炼炉1。

参照图1，倾动式有芯工频感应熔炼炉1包括：支架102，安装于支架102上的炉体103，推动支架102转动的推动机构，以及设置在支架102与固定式有芯工频感应熔炼炉2之间的第一支撑柱104。其中，第一支撑柱104的顶端部固定安装有回转支座105，回转支座105之间安装有圆柱横梁106；支架102的上部焊接有朝向第一支撑柱104的耳板107，耳板107的自由端形成有轴孔(未图示)，耳板107通过轴孔与圆柱横梁106固定连接。

作为一种优选的方案，推动机构为液压缸，液压缸的缸筒108与地基4铰接，活塞杆109与支架102铰接。

使用时，在推动机构的作用下，炉体103与支架102一起绕圆柱横梁106的中心线做逆时针回转运动，当炉体103的炉嘴101倾斜到一定角度时，炉体103内的铜液通过炉嘴101倒入下一个固定式有芯工频感应熔炼炉2。由于倾动式有芯工频感应熔炼炉1可以转动并且具有较长的炉嘴101，所以有效防止了铜液在倾倒过程中氧化和吸气，生产的TP2铜管坯含氧低、杂质含量少，成分稳定。

为了方便倾动式有芯工频感应熔炼炉1倾倒铜液，同时减少支架102与地基4之间的磨损，作为一种优选的方案，支架102不与地基4接触，支架102的远离固定式有芯工频感应熔炼炉2的两个支架102脚与地基4之间设置有第二支撑柱110。第二支撑柱110、推动机构以及第一支撑柱104，三者共同将支架102支撑起来，既保证了支架102的稳固性，又分担了重量。

接下来，参照图1，介绍本发明的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法。

第一步：初次熔炼。

将收集到的紫杂铜边角料、机械加工碎料或电解铜进行分选和打包，送入倾动式有芯工频感应熔炼炉1中进行初次熔炼。初次熔炼为氧化精炼过程，其具体操作及工艺参数如下：

（1）、熔化：将熔炼温度控制在1180～1200℃，使紫杂铜原料完全熔化；

（2）、氧化：向熔融的铜液中吹送经过干燥和脱水处理的压缩空气，压缩空气的压力为0.4～0.8MPa，使铜和S、Zn、Fe、Pb、Sn、Ni等杂质元素氧化生成氧化物；压缩空气压力依铜液深度不同而不同，压缩空气输送管为直径在20mm左右的石墨管，石墨管插入铜液深度的2/3处为宜；

（3）、造渣：向经氧化的铜液中加入精炼熔剂，精炼熔剂由CaCO₃、NaCl、SiO₂组成，各组分的质量百分含量依次为：35%、30%、35%，精炼熔剂与氧化物发生化学反应生成炉渣，精炼时间为2-5分钟，精炼过程保证铜液的温度为1180～1200℃；

（4）、除渣：精炼过程结束后，对铜液静置5-8分钟，使铜液中的炉渣充分上浮，最后扒掉铜液表面的炉渣。

第二步：二次熔炼。

初次熔炼完成后，在推动机构的作用下，倾动式有芯工频感应熔炼炉1翻转，将铜液通过炉嘴101倒入固定式有芯工频感应熔炼炉2进行二次熔炼。二次熔炼为还原精炼过程，其具体操作及工艺参数如下：

（1）、铜液温度控制在1160～1180℃，向铜液中加入磷铜，磷铜中磷的质量百分含量为13%（以下简写做Cu-P13），Cu-P13在铜液中所占的质量百分含量为1.5%～2.0%；

（2）、向铜液表面覆盖厚度为100-150mm的木炭层，进行脱氧处理。

第三步：引铸管坯。

二次熔炼完成后，铜液通过潜流通道5进入有芯工频感应保温炉3，最终从有芯工频感应保温炉3引铸口6引铸出TP2铜管坯。

本发明的方法，由于采用两个熔炼炉，从而可为管坯铸造提供充足的铜液，所以使水平连铸铜管坯生产率在原有的基础上提高了40%左右。

另外，由于采用两次熔炼的方法，可高效去除紫杂铜中含有的氧和其它杂质，实现了以紫杂铜为原料生产高纯度TP2铜管坯的目标。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，包括：固定式有芯工频感应熔炼炉、有芯工频感应保温炉，其特征在于，还包括：倾动式有芯工频感应熔炼炉，上述倾动式有芯工频感应熔炼炉、固定式有芯工频感应熔炼炉、有芯工频感应保温炉依次安装在地基上，倾动式有芯工频感应熔炼炉在朝向固定式有芯工频感应熔炼炉的一侧形成有斜向上的炉嘴，固定式有芯工频感应熔炼炉和有芯工频感应保温炉之间通过潜流通道连通，有芯工频感应保温炉上形成有引铸口。

2.根据权利要求1所述的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，其特征在于，上述倾动式有芯工频感应熔炼炉包括：支架，安装于支架上的炉体，推动上述支架转动的推动机构，以及设置在支架与固定式有芯工频感应熔炼炉之间的第一支撑柱；上述第一支撑柱的顶端部固定安装有回转支座，回转支座之间安装有圆柱横梁；上述支架的上部焊接有朝向第一支撑柱的耳板，耳板的自由端形成有轴孔，上述耳板通过轴孔与圆柱横梁固定连接。

3.根据权利要求2所述的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，其特征在于，上述推动机构为液压缸，上述液压缸的缸筒与地基铰接，活塞杆与支架铰接。

4.根据权利要求3所述的适用于紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的熔炼设备，其特征在于，上述支架不与地基接触，支架的远离固定式有芯工频感应熔炼炉的两个支架脚与地基之间设置有第二支撑柱。

5.一种紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（一）、初次熔炼：将收集到的紫杂铜边角料、机械加工碎料或电解铜进行分选和打包，送入倾动式有芯工频感应熔炼炉中进行初次熔炼；

（二）、二次熔炼：倾动式有芯工频感应熔炼炉翻转，将铜液倒入固定式有芯工频感应熔炼炉进行二次熔炼；

（三）、引铸管坯：铜液通过潜流通道进入有芯工频感应保温炉，最终从有芯工频感应保温炉引铸口引铸出TP2铜管坯。

6.根据权利要求5所述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，初次熔炼包括以下步骤：

（1）、熔化：将熔炼温度控制在1180～1200℃，使紫杂铜原料完全熔化；

（2）、氧化：向上述铜液中吹送压缩空气，使铜、杂质元素氧化生成氧化物；

（3）、造渣：向上述铜液中加入精炼熔剂，精炼熔剂与氧化物反应生成炉渣，铜液的温度为1180～1200℃；

（4）、除渣：铜液静置5-8分钟，铜液中的炉渣充分上浮后去掉炉渣。

7.根据权利要求6所述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，上述压缩空气经过干燥和脱水处理，压力为0.4～0.8MPa。

8.根据权利要求6所述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，上述精炼熔剂由CaCO₃、NaCl、SiO₂组成，各组分的质量百分含量如下：

CaCO₃      35%

NaCl       30%

SiO₂              35%。

9.根据权利要求8所述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，上述造渣持续时间为2-5min。

10.根据权利要求5所述的紫杂铜水平连铸TP2铜管坯的方法，其特征在于，二次熔炼包括以下步骤：

（1）、铜液温度控制在1160～1180℃，向铜液中加入Cu-P13，Cu-P13在铜液中所占的质量百分含量为1.5%～2.0%；

（2）、向上述铜液表面覆盖厚度为100-150mm的木炭层，进行脱氧处理。