CN104357708B - 一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，包括配料、装炉、熔化浇注三个阶段，本发明分多次加入铝青铜精炼剂，使脱氧、除气、除渣同时且在熔炼全过程进行。而且本发明确定了铝的加入时机，使熔炼的镍铝青铜合金化学成分均匀，性能稳定，抗拉强度在660-710MPa，屈服强度在290-370MPa，延伸率16-24％，硬度180-200，大大超过了目前国内本行业内传统方法制得的镍铝青铜的机械性能。

Description

一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法
技术领域
本发明涉及镍铝青铜的熔炼技术领域，具体为一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法。
背景技术
对于高速铁路接触网零件来说，运行安全性至关重要，因此其材质选用必须满足强度高、韧性好、硬度高及优良导电性的要求。
镍铝青铜(ZCuAl10Ni5Fe5)具有较好的机械性能和导电性，满足高速铁路接触网选材要求。镍铝青铜(ZCuAl10Ni5Fe5)的机械性能要求为：抗拉强度不低于650MPa，屈服强度不低于280MPa，延伸率不低于7％，布氏硬度不低于150。其化学成分为：Al8.5-10.5％，Ni4.0—6.0％，Fe4.0—5.5％，Cu余量，Si低于0.1％。
但采用目前国内本行业内传统的熔炼方法，仅仅能够满足镍铝青铜(ZCuAl10Ni5Fe5)的主要化学成分要求，其中的Si含量总是超标，更重要的是达不到镍铝青铜(ZCuAl10Ni5Fe5)的机械性能要求。而且传统镍铝青铜熔炼用磷铜脱氧会剧烈降低导电性、抗蚀性、切削加工性和增加气孔倾向，影响零件的正常使用，用作高速铁路接触网零件时威胁列车的运行安全；另外传统熔炼工艺脱氧后用块状精炼剂除气除渣，需要用钟罩将精炼剂压入熔池，操作危险危害因素多，溶液易飞溅伤人，同时产生大量烟雾，操作条件恶劣，严重影响现场操作工身心健康，且对环境造成严重污染。
发明内容
为确保高速铁路接触网镍铝青铜零件的安全性，使其具有满足强度高、韧性好、硬度高及优良导电性，同时改善操作条件，消除不安全因素，本发明提出了一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法。本方法采用具有不增硅特性的铝青铜精炼剂，并采用独特的精炼剂加入方法，使脱氧、除气、除渣同时且在全过程进行，操作简单安全且对人体和环境无害。
本发明的技术方案为：
所述一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量不超过配料总质量的40％；要求配料中各元素的质量百分比为：Al、9.5％，Ni、5.0％，Fe、5.0％，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的0.3％-0.5％；
步骤2：装炉：将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁竖直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙；若配料中采用回炉料，则将回炉料加入坩埚中心；将的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内；将剩余配料预热；N取4～6的整数；
步骤3：熔化浇注：在炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面高度的上升，分(N-2)次向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入的铝青铜精炼剂，并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度后出炉浇注。
进一步的优选方案，所述一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：N取4；且在步骤3中，当炉料熔化，液面高度上升到坩埚高度的1/3时，向坩埚内均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂；当液面高度上升到坩埚高度的2/3时，向坩埚内再次均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂。
有益效果
本发明的有益效果为：
1、分多次加入铝青铜精炼剂，使脱氧、除气、除渣同时且在熔炼全过程进行。2、确定了铝的加入时机，使熔炼的镍铝青铜合金化学成分均匀，性能稳定，抗拉强度在660--710MPa，屈服强度在290--370MPa，延伸率16--24％，硬度180—200，大大超过了目前国内本行业内传统方法制得的镍铝青铜的机械性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
实施例1：
本实施例采用熔化量170公斤的150KW中频感应炉，具体的工艺方法为：
步骤1：配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮进行满炉配料，经过计算要求配料中各元素的质量百分比为：Al、9.5％，Ni、5.0％，Fe、5.0％，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的0.3％。
步骤2：装炉：检查150KW中频感应炉设备合格，将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁竖直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙，这种铁皮放置方法能够有助于铁皮熔化；将的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内，N取5；将剩余配料(本实施例中为全部的1号电解铝和部分1号电解铜)放在炉台上预热。
步骤3：熔化浇注：先小功率(约60％)送电，待电流稳定后逐渐增至最大值功率。炉料开化后随着下部炉料的熔化，要经常观察炉料的下降，必要时摇动炉料，防止搭桥。在炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面高度的上升，分3次在不同时刻向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入的铝青铜精炼剂，并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度1150℃后出炉浇注。其中注意浇注前浇包800℃预热要不小于一小时。
本实施例得到的镍铝青铜化学分析以及力学性能测试结果如下：
测试化学成分：Al8.92％，Ni4.8％，Fe4.9％，Si0.07％。
力学性能：抗拉强度690MPa，屈服强度355MPa，延伸率23.5％，硬度HB202。
实施例2：
本实施例采用熔化量160公斤的150KW中频感应炉，具体的工艺方法为：
步骤1：配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量为配料总质量的30％，经过计算要求配料中各元素的质量百分比为：Al、9.5％，Ni、5.0％，Fe、5.0％，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的0.4％。
步骤2：装炉：检查150KW中频感应炉设备合格，将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁竖直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙，这种铁皮放置方法能够有助于铁皮熔化；将的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内，N取4；将剩余配料(本实施例中为全部的1号电解铝和部分回炉料)放在炉台上预热。
步骤3：熔化浇注：先小功率(约60％)送电，待电流稳定后逐渐增至最大值功率。炉料开化后随着下部炉料的熔化，要经常观察炉料的下降，必要时摇动炉料，防止搭桥。当炉料熔化，液面高度上升到坩埚高度的1/3时，向坩埚内均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂；当液面高度上升到坩埚高度的2/3时，向坩埚内再次均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂。并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度1170℃后出炉浇注。其中注意浇注前浇包800℃预热要不小于一小时。
本实施例得到的镍铝青铜化学分析以及力学性能测试结果如下：
测试化学成分：Al9.13％，Ni4.77％，Fe4.81％，Si0.07％。
力学性能：抗拉强度710MPa，屈服强度365MPa，延伸率19.5％，硬度HB191。
实施例3：
本实施例采用熔化量150公斤的150KW中频感应炉，具体的工艺方法为：
步骤1：配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量为配料总质量的40％，经过计算经过计算要求配料中各元素的质量百分比为：Al、9.5％，Ni、5.0％，Fe、5.0％，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的0.5％。
步骤2：装炉：检查150KW中频感应炉设备合格，将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁竖直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙，这种铁皮放置方法能够有助于铁皮熔化；将的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内，N取6；将剩余配料(本实施例中为全部的1号电解铝和部分回炉料)放在炉台上预热。
步骤3：熔化浇注：先小功率(约60％)送电，待电流稳定后逐渐增至最大值功率。炉料开化后随着下部炉料的熔化，要经常观察炉料的下降，必要时摇动炉料，防止搭桥。在炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面高度的上升，分4次在不同时刻向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入的铝青铜精炼剂，并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度1130℃后出炉浇注。其中注意浇注前浇包800℃预热要不小于一小时。
本实施例得到的镍铝青铜化学分析以及力学性能测试结果如下：
测试化学成分：Al9.10％，Ni5.02％，Fe5.13％，Si0.08％。
力学性能：抗拉强度665MPa，屈服强度355MPa，延伸率15％，硬度HB205。
上述三个实施例中得到的镍铝青铜，其化学成分和力学性能均满足镍铝青铜(ZCuAl10Ni5Fe5)的国际标准要求。

Claims (2)

1.一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量不超过配料总质量的40％；要求配料中各元素的质量百分比为：Al、9.5％，Ni、5.0％，Fe、5.0％，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的0.3％-0.5％；
步骤2：装炉：将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁竖直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙；若配料中采用回炉料，则将回炉料加入坩埚中心；将的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内；将剩余配料预热；N取4～6的整数；
步骤3：熔化浇注：在炉料化开到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面高度的上升，分(N-2)次向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入的铝青铜精炼剂，并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度后出炉浇注。
2.根据权利要求1所述一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：N取4；且在步骤3中，当炉料熔化，液面高度上升到坩埚高度的1/3时，向坩埚内均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂；当液面高度上升到坩埚高度的2/3时，向坩埚内再次均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂。
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