CN104250694A

CN104250694A - 一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺

Info

Publication number: CN104250694A
Application number: CN201410319804.8A
Authority: CN
Inventors: 宋长洪; 郭淑梅; 王硕; 符志祥; 刘关强; 李华清; 向朝建; 朱莎霜; 杨东超
Original assignee: NINGBO CHANGZHEN COPPERY CO Ltd
Current assignee: NINGBO CHANGZHEN COPPERY CO Ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104250694B

Abstract

本发明公开了一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺，步骤为：（1）将废杂黄铜装入电炉中，开炉升温加热至1100-1200 ℃，待废杂黄铜完全熔化后，搅拌，然后静置，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除；（2）步骤（1）完成后，将占熔体重量0.2%-1%的除铁精炼剂压入熔体内部，搅拌，然后静置，再将熔体温度降至990-1010℃，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除；（3）经步骤（2）处理后的熔体再按铜合金牌号调整成分，最后铸造成铸锭。本发明能有效降低废杂黄铜中的杂质元素Fe，抑制Fe元素对易切削黄铜制品塑性、切削性等性能的影响，并去除熔体中的氧化物夹渣，提升易切削黄铜制品的品质。

Description

一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，特别涉及一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺。

背景技术

中国是全球最大的铜消费国，同时也是最大的精铜生产国，随着国内精铜产量和消费量的不断扩张，铜原料供应已经成为制约中国铜工业发展的瓶颈因素。因铜的再生性能良好，相对于原生铜而言，废杂铜作为铜原料具有节能、环保、经济等优势，因此废杂铜成为铜工业的一个重要原料来源。我国废杂黄铜的直接利用是：采用大吨位电炉熔炼－潜液转流－多流多头水平连铸铅黄铜棒技术。废杂黄铜中除了Zn、Pb元素为易切削黄铜制品的有益元素，还大量存在Fe、Sn、Al、Si、Bi等有害元素，尤其是Fe、Sn元素同时大量存在，在熔炼不严格的情况下，这些有害元素还会大量存在于再生黄铜中，影响再生黄铜制品的综合性能。

废杂黄铜除杂在铜合金熔铸领域尚属行业难题，开展领域研究的学校及机构不少，但是取得的成果不多。采用废杂铜熔炼直接制备易切削黄铜的过程采用溶剂降低及去除杂质元素方面文献更少。文章“高锌黄铜熔炼的精炼除渣”（《冶金丛刊》2004年，Vol.149，No.1，P 19-21）提及一种工厂黄铜加工边角料、旧料回炉所用的硼砂型除渣剂：硼砂：42%，焦炭粉：50%，碳酸钠：8%，有效降低了金属元素损耗，有较好的覆盖效果，但该除渣精炼剂并不能有效去除废杂黄铜内的Fe、Sn等有害元素。专利CN101514398A “一种精炼废杂铜的高稀土含量中间合金精炼剂及其制备和应用”公开了一种含Cu – RE精炼剂，对低熔点元素硫、磷、锡、铋、铅等杂质元素有一定的脱除作用，但主要适用于紫杂铜和杂白铜的精炼及变质处理。专利CN102605193A 公开了一种铜及铜合金熔炼用精炼剂，主要用于紫杂铜、纯铜及其合金的除气、保温、精炼及覆盖作用。然而上述精炼剂并非针对废杂黄铜，对于废杂黄铜的精炼效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺，能有效降低废杂黄铜中的杂质元素Fe，抑制Fe元素对易切削黄铜制品切削性能的影响，并去除熔体中的氧化物夹渣，提升易切削黄铜制品的品质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺，包括以下步骤：

（1）将废杂黄铜装入电炉中，开炉升温加热至1100-1200 ℃，待废杂黄铜完全熔化后，搅拌，然后静置5-15分钟，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除；

（2）步骤（1）完成后，将占熔体重量0.2%-1%的除铁精炼剂压入熔体内部，搅拌，然后静置10-25分钟，再将熔体温度降至990-1010℃，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除；

除铁精炼剂压入熔体内部，能使本发明除铁精炼剂在熔体内部充分发生反应，搅拌，有助于除铁精炼剂在熔体内均匀分布，静置10-25分钟，使其充分反应并上浮，与碳酸钠、硫酸钾会上浮至熔体表面，并溶解吸附Fe元素化合物与氧化物。将熔体温度降至990-1010℃，这样除渣效果更好，生产更安全。

（3）经步骤（2）处理后的熔体再按铜合金牌号调整成分，最后铸造成铸锭。

作为优选，步骤（1）中搅拌速度为40-60r/min，搅拌时间3-5min。

作为优选，步骤（2）中搅拌速度为40-60r/min，搅拌时间1-5min。

作为优选，所述除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉20-40%，CuTi中间合金粉5-15%， CuP中间合金粉15-25%，碳酸钠5-15%，硫酸钾20-35%。

本发明精炼剂的化学原理：

Zr、Ti金属密度较Cu小，且能与Fe在高温下形成化合物，如FeZr₃、FeZr₂、Fe₃Zr、Fe₂Zr、TiFe和TiFe₂等。这些化合物密度较铜小，在铜合金熔体高温静置时，部分会上浮。加入硫酸钾与碳酸钠，能够有效溶解上浮的铁元素化合物及氧化物，对其他的氧化物杂质也有较好的溶解吸附作用。P元素的加入，除与Fe元素反应形成化合物消耗Fe元素外，还能有效提高熔体的流动性，易于熔体中化合物的上浮。

本发明精炼剂的制备原理：

本发明精炼剂中， Zr、Ti及P均采用中间合金粉的形式与硫酸钾、碳酸钠混合使用。Zr与Cu中间合金中，Zr元素的含量在20~70%为佳；Ti与Cu中间合金中，Ti元素的含量在20~70%为佳；P与Cu中间合金中，P元素的含量在10~20%为佳。因Zr、Ti及P 与Cu形成的这些范围的中间合金极脆，易粉碎。本发明中，中间合金粉的粒度以20目~100目为佳，能快速熔化起效。

作为优选，所述除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉25-35%，CuTi中间合金粉10-15%， CuP中间合金粉15-20%，碳酸钠5-15%，硫酸钾25-35%。

作为优选，所述CuZr中间合金粉中，Zr的质量百分比含量为20-70%，余量为Cu。

作为优选，所述CuTi中间合金粉中，Ti的质量百分比含量为20-70%，余量为Cu。

作为优选，所述CuP中间合金粉中，P的质量百分比含量为10-20%，余量为Cu。

作为优选，所述CuZr中间合金粉、CuTi中间合金粉及CuP中间合金粉的细度均为20目-100目。

作为优选，所述除铁精炼剂使用时：将CuZr中间合金粉、CuTi中间合金粉、CuP中间合金粉、碳酸钠及硫酸钾混合均匀，加热至200℃-350℃保温2小时-3小时（这样充分去除除铁精炼剂内部水分），最后用铜箔或铜管包覆压制成块后使用。本发明的除铁精炼剂去除水分后用铜箔或铜管包覆压制成块后使用，使用方便，效果更好。

本发明的有益效果是：

1、本发明的除铁精炼工艺简单易行，安全性好，适合工业化生产。

2、本发明的除铁精炼剂采用Zr、Ti及P与铜熔铸成中间合金，并粉碎成粉，熔点低于黄铜的熔炼温度，精炼剂能够快速熔化，并与熔体中的Fe元素发生反应，形成化合物。

3、本发明的除铁精炼剂，采用铜箔或铜管包覆，压制成块，去除了精炼剂内气体，存储、使用方便，且易于添加。

4、本发明的除铁精炼剂中，Ti、Zr元素为黄铜熔炼的有效变质剂，Ti、Zr元素的加入，能够细化铸锭晶粒，改善铸锭质量，提高黄铜制品的力学性能、加工性能和使用性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

（1）将废杂黄铜装入电炉中，开炉升温加热至1100 ℃，待废杂黄铜完全熔化后，40r/min搅拌速度下搅拌5min，然后静置5分钟，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

（2）步骤（1）完成后，将占熔体重量0.2%的除铁精炼剂压入熔体内部，40r/min搅拌速度下搅拌5min，然后静置10分钟，再将熔体温度降至990℃，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉（Zr的质量百分比含量为70%）20%，CuTi中间合金粉（Ti的质量百分比含量为20%）15%， CuP中间合金粉（P的质量百分比含量为10%）25%，碳酸钠5%，硫酸钾35%。

除铁精炼剂按照上述配比，将CuZr中间合金粉（细度20目-100目）、CuTi中间合金粉（细度20目-100目）、CuP中间合金粉（细度20目-100目）、碳酸钠及硫酸钾混合均匀，放入电炉内加热至200℃保温3小时，最后用铜箔包覆压制成块后使用。

（3）经步骤（2）处理后的熔体再按铜合金牌号（HPb59-1）调整成分，最后铸造成铸锭。

实施例2：

（1）将废杂黄铜装入电炉中，开炉升温加热至1200 ℃，待废杂黄铜完全熔化后， 60r/min搅拌速度下搅拌3min，然后静置15分钟，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

（2）步骤（1）完成后，将占熔体重量1%的除铁精炼剂压入熔体内部， 60r/min搅拌速度下搅拌1min，然后静置25分钟，再将熔体温度降至1010℃，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉（Zr的质量百分比含量为20%）40%，CuTi中间合金粉（Ti的质量百分比含量为70%）5%， CuP中间合金粉（P的质量百分比含量为20%）15%，碳酸钠15%，硫酸钾25%。

除铁精炼剂按照上述配比，将CuZr中间合金粉（细度20目-100目）、CuTi中间合金粉（细度20目-100目）、CuP中间合金粉（细度20目-100目）、碳酸钠及硫酸钾混合均匀，放入电炉内加热至350℃保温2小时，最后用铜管包覆压制成块后使用。

实施例3：

（1）将废杂黄铜装入电炉中，开炉升温加热至1150 ℃，待废杂黄铜完全熔化后，50r/min搅拌速度下搅拌4min，然后静置10分钟，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

（2）步骤（1）完成后，将占熔体重量0.5%的除铁精炼剂压入熔体内部，50r/min搅拌速度下搅拌3min，然后静置20分钟，再将熔体温度降至1000℃，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉（Zr的质量百分比含量为30%）40%，CuTi中间合金粉（Ti的质量百分比含量为50%）10%， CuP中间合金粉（P的质量百分比含量为15%）20%，碳酸钠10%，硫酸钾20%。

除铁精炼剂按照上述配比，将CuZr中间合金粉（细度20目-100目）、CuTi中间合金粉（细度20目-100目）、CuP中间合金粉（细度20目-100目）、碳酸钠及硫酸钾混合均匀，放入电炉内加热至300℃保温2.5小时，最后用铜箔或铜管包覆压制成块后使用。

实施例4：

（2）步骤（1）完成后，将占熔体重量0.5%的除铁精炼剂压入熔体内部，50r/min搅拌速度下搅拌2min，然后静置15分钟，再将熔体温度降至1000℃，将上浮聚集于熔体上表面的炉渣扒除。

除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉（Zr的质量百分比含量为40%）30%，CuTi中间合金粉（Ti的质量百分比含量为40%）10%， CuP中间合金粉（P的质量百分比含量为15%）20%，碳酸钠10%，硫酸钾30%。

除铁精炼剂按照上述配比，将CuZr中间合金粉（细度20目~100目）、CuTi中间合金粉（细度20目~100目）、CuP中间合金粉（细度20目~100目）、碳酸钠及硫酸钾混合均匀，放入电炉内加热至250℃保温3小时，最后用铜箔包覆压制成块后使用。

将使用本发明除铁精炼工艺前后的熔体取样进行成分检测与对比分析，结果见表1。

表1本发明除铁精炼工艺使用前后的效果对比

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜的除铁精炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的除铁精炼工艺，其特征在于：步骤（1）中搅拌速度为40-60r/min，搅拌时间3-5min。

3.根据权利要求1或2所述的除铁精炼工艺，其特征在于：步骤（2）中搅拌速度为40-60r/min，搅拌时间1-5min。

4.根据权利要求1所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉20-40%，CuTi中间合金粉5-15%， CuP中间合金粉15-25%，碳酸钠5-15%，硫酸钾20-35%。

5.根据权利要求4所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述除铁精炼剂由以下质量百分比计的组分混合制成：CuZr中间合金粉25-35%，CuTi中间合金粉10-15%， CuP中间合金粉15-20%，碳酸钠5-15%，硫酸钾25-35%。

6.根据权利要求4或5所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述CuZr中间合金粉中，Zr的质量百分比含量为20-70%，余量为Cu。

7.根据权利要求4或5所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述CuTi中间合金粉中，Ti的质量百分比含量为20-70%，余量为Cu。

8.根据权利要求4或5所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述CuP中间合金粉中，P的质量百分比含量为10-20%，余量为Cu。

9.根据权利要求4或5所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述CuZr中间合金粉、CuTi中间合金粉及CuP中间合金粉的细度均为20目-100目。

10.根据权利要求4或5所述的除铁精炼工艺，其特征在于：所述除铁精炼剂使用时：将CuZr中间合金粉、CuTi中间合金粉、CuP中间合金粉、碳酸钠及硫酸钾混合均匀，加热至200℃-350℃保温2小时-3小时，最后用铜箔或铜管包覆压制成块后使用。