CN105603201A - 一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法 - Google Patents

一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法。其主要特征在于，先将紫杂铜原料在感应炉中熔化，倾倒转注到保温炉前5~10分钟，在熔体中加入适量Cu-P中间合金；在铜熔体倾倒转入保温炉前，将适量Cu-RE中间合金投入保温炉；熔体全部倾倒至保温炉后，将适量经过充分脱水干燥的盐类精炼剂装入带有多排小孔的石墨管，采用氮气吹入铜熔体；对铜熔体进行充分扒渣后，采用石墨和木炭覆盖，静置20~60分钟开始铸造。本发明保证了精炼过程除杂脱气的充分进行，克服了紫铜吸气性强且熔铸过程密封性差的问题，精炼效果好，铸锭致密度显著提高，对提高紫杂铜加工产品质量作用明显。

Description

一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法
技术领域：本发明属于有色金属加工技术领域。具体涉及一种倾转熔铸紫杂铜的精炼方法。
背景技术：
铜是国民经济发展的基础材料。随着我国经济的逐年增长，各行业对铜的需求也随之增加，而我国铜矿产资源日渐匮乏和矿石品位不断降低，因此对于废铜的回收和再生利用尤为重视。
紫杂铜是含铜量不低于90%的废杂铜，其中含有多种有害的杂质元素，例如Ni等固溶至金属中会显著降低其导电性能，而非固溶杂质例如O、S等往往与铜形成共晶或脆性化合物，降低合金塑性，这些元素往往给铜合金的后续加工和使用性能带来不利影响。绝大多数紫杂铜采用回炉重熔、精炼、电解等形式进行回收，品质较好的废铜线可以直接用于加工各种线材。废铜回收利用主要分为两类，第一类为直接利用，即将高质量的杂铜精炼成纯铜或者铜合金，占废铜总量的2/3；第二类为间接利用，即通过冶炼取出废杂铜中的贱金属杂质，通常使用电解精炼提纯，占废铜总量的1/3。而直接利用比电解提纯节能50%，且避免了环境污染。因此，充分利用高科技，实现铜的高效率的回收利用，是目前解决环境及资源问题的当务之急。
传统的紫杂铜生产过程为：“熔炼—熔体转移—保温铸造”三段式结构。在紫杂铜的生产过程中，常用的转炉方式有倾动转炉、溢流转炉、潜流转炉。溢流转炉的流槽需要保证一定温度并加设熔体保护措施，潜流转炉设备投资大且运行成本高，倾动转炉作为一种成本低，效率高且可间断生产的转炉方式被许多中小企业所采用。该方式主要通过熔炼炉的转动，熔体经出铜口、流槽进入保温炉，甚至直接将铜熔体倾倒入保温炉。在这种熔炼炉和保温炉分离的模式中，存在熔体质量不稳定的问题，因为铜熔体在倾倒转移时，不能实现密封，易造成吸收空气的氧气和氢气，形成多种氧化夹渣等情况，从而导致铸锭的质量缺陷，特别是内部气孔多，铸锭致密度低。
根据已有的相关研究和专利报道，大多集中在某种精炼剂和覆盖剂的除气净化上，尚未有而针对倾转熔铸的整体熔炼工艺的完整报道。而倾转熔铸这一方式，存在严重的吸气现象，用常规的精炼剂或覆盖剂难以解决其中的技术困难，因此，需要一套系统先进的精炼方法，控制铜熔体的冶金质量，降低气孔、夹渣等的危害，提高精炼效率，促进中小铜加工企业的经济发展。
发明内容
本发明的目的在于通过一系列针对于倾转熔铸的精炼方法，克服倾转熔铸中熔体氧化、吸气和夹渣而导致铸坯致密度低的缺陷，实现紫杂铜低成本高效率的回收再利用。
本发明的一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，其特征在于，先将紫杂铜原料在感应炉中熔化，倾倒转注到保温炉前5~10分钟，在熔体中加入适量Cu-P中间合金；在铜熔体倾倒转入保温炉前，将适量Cu-RE中间合金投入保温炉；熔体全部倾倒至保温炉后，将适量经过充分脱水干燥的盐类精炼剂装入带有多排小孔的石墨管，采用氮气吹入铜熔体；对铜熔体进行充分扒渣后，采用石墨和木炭覆盖，静置20~60分钟开始铸造。
本发明一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，在熔体倾倒转注入保温炉前6~8分钟，加入适量Cu-P中间合金，使加入的P元素达到熔体质量的0.03%~0.06%。
本发明一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，在保温炉内加入的Cu-RE中间合金，加入量为使其中的稀土元素达到铜熔体质量的0.01%~0.03%。
本发明一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，在保温炉内采用石墨管和氮气吹入铜熔体的盐类精炼剂，其组成为20%冰晶石+50%氯化钠+20%硼砂+10%碳酸钙，加入量为熔体质量的0.1~0.3%。
本发明一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，熔体倾倒至保温炉后，经充分扒渣，采用石墨和木炭覆盖，静置25-35分钟开始铸造。
本发明的目的是通过以下方式实现的：（1）在熔体倾倒的过程中，往往产生熔体的剧烈翻滚，大量氧气和氢气被吸入熔体，从而导致熔体质量的严重下降。在倾倒转注前5~10分钟加入的Cu-P中间合金，P与熔池内熔融铜水中的氧反应，生成密度小、熔点低而易于凝聚和上浮的脱氧产物。在熔炼炉中加入Cu-P中间合金，既能保证P与铜熔体充分接触，又能防止在倾倒过程中大量气体进入熔体；（2）稀土元素（RE）是一类非常活拨金属，在铜熔体中具有卓越的脱氧、除气、精炼的作用。将适量Cu-RE中间合金加入保温炉，其中的稀土元素将与铜熔体中的硫、氧、锡、铅、铋等有害杂质形成难熔二元或多元化合物，使之以熔渣形式被除去，有效提高再生紫杂铜铸锭的致密度，从而改善材料的导电性能及力学性能；（3）采用惰性气体N2吹入盐类精炼剂的方式，气体分散度高，接触面积大，既能使熔体内的氧化物与盐类精炼剂相互作用形成熔点低、体积大且易于与溶体分离的复盐式炉渣，又能通过内外分压之差，使熔体中的氢气和氧气不断向通入氮气所形成气泡中扩散，并随其上升和逸出；盐类精炼剂在高温铜熔体中分解，亦可产生大量气体，上浮过程中带出气体和各种夹渣，从而强化脱氧除气和净化熔体效果；（4）扒渣后采用木炭和石墨覆盖静止，保证熔体内的除杂除气反应充分进行，同时起到防止吸气、保温和脱氧的多种作用；（5）通过上述每一步的相互作用协调，前后承接，从保证倾转熔铸紫杂铜的精炼高效稳定的进行。
本发明与已有技术相比的优点：
（1）本发明通过一套“三管齐下”的精炼方法，保证了精炼过程除杂脱气的充分进行，克服了紫铜吸气性强且熔铸过程密封性差的问题，精炼能力强，铸锭致密度显著提高，对提高紫杂铜产品质量作用明显。
（2）本发明的精炼方法能耗低，且采用的原料价廉易得；既能很好的湿润炉衬，又不与炉衬起反应而对设备造成破坏，形成的熔体具有适宜的黏度和表面张力；使用的熔剂既能形成保护层，又易于与熔体分离。
（3）本发明的精炼方法操作简便，设备简单，效果明显，为中小铜加工企业的发展提供了一条低成本高效率的新思路。
具体实施方式
以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明：
对比例1：将1000kg紫杂铜原料采用感应炉中熔化，铜熔体倾倒转注到保温炉后，加入约3kgCu-10P中间合金进行精炼；扒渣后，采用木炭覆盖，静置15分钟后开始水平连续铸造，得到直径为155mm的铸锭。将铸锭锯切成规定的长度，称重测得铸锭密度为7.86g/cm2，表明铸锭密度低，内部气孔多。
对比例2：将1000kg紫杂铜原料采用感应炉中熔化，铜熔体倾倒转注到保温炉后，加入3kgCu-10P中间合金和0.2kgCu-RE中间合金进行精炼，扒渣后，采用木炭覆盖，静置15分钟后开始水平连续铸造，得到直径为155mm的铸锭。将铸锭锯切成规定的长度，称重测得铸锭密度为8.25g/cm2，表明铸锭密度较低，内部气孔较多。
实施例1：将紫杂铜原料在感应炉中熔化后，每炉倾倒转注到保温炉前6分钟，在熔体中加入3kg/吨的Cu-10P中间合金；在铜熔体倾倒转入保温炉前，将0.3kg/吨的Cu-RE中间合金投入保温炉；每次熔体全部倾倒至保温炉后，将经过充分脱水干燥的3kg/吨盐类精炼剂装入带有多排小孔的石墨管，其盐类精炼剂组成为20%冰晶石+50%氯化钠+20%硼砂+10%碳酸钙，采用氮气吹入铜熔体；每次倾倒并精炼后对铜熔体进行充分扒渣，采用石墨和木炭覆盖，静置25分钟后开始水平连续铸造，得到直径为155mm的铸锭。将铸锭锯切成规定的长度，称重测得铸锭密度为8.80g/cm2，表明铸锭密度较高，气孔较少。
实施例2：将紫杂铜原料在感应炉中熔化后，每炉倾倒转注到保温炉前6分钟，在熔体中加入3kg/吨的Cu-10P中间合金；在铜熔体倾倒转入保温炉前，将0.2kg/吨的Cu-RE中间合金投入保温炉；每次熔体全部倾倒至保温炉后，将经过充分脱水干燥的2kg/吨盐类精炼剂装入带有多排小孔的石墨管，其盐类精炼剂组成为20%冰晶石+50%氯化钠+20%硼砂+10%碳酸钙，采用氮气吹入铜熔体；每次倾倒并精炼后对铜熔体进行充分扒渣，采用石墨和木炭覆盖，静置15分钟后开始水平连续铸造，得到直径为155mm的铸锭。将铸锭锯切成规定的长度，称重测得铸锭密度为8.72g/cm2，表明铸锭密度较高，气孔较少。
对比例1只采用Cu-10P进行精炼，铸锭中还存在大量气孔，导致铸锭密度未达到标准要求（≥8.4g/cm2）；而对比例2既加入Cu-10P精炼，又加入适量Cu-RE中间合金进行精炼，结果铸锭密度明显提高，但仍未符合标准要求；实施例1、实施例2均采用了Cu-10P、Cu-RE和氮气吹入盐类熔剂三种精炼方法，所得到的铸锭的致密度均超过了标准要求，表明本发明的精炼方法使铸锭内气孔大幅度减少，精炼效率显著提高。
本发明提供了一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法。上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，其特征在于：先将紫杂铜原料在感应炉中熔化，倾倒转注到保温炉前5~10分钟，在熔体中加入适量Cu-P中间合金；在铜熔体倾倒转入保温炉前，将适量Cu-RE中间合金投入保温炉；熔体全部倾倒至保温炉后，将适量经过充分脱水干燥的盐类精炼剂装入带有多排小孔的石墨管，采用氮气吹入铜熔体；对铜熔体进行充分扒渣后，采用石墨和木炭覆盖，静置20~60分钟开始铸造。
2.根据权利要求1的一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，其特征在于：在熔体倾倒转注入保温炉前6~8分钟，加入适量Cu-P中间合金，使加入的P元素达到熔体质量的0.03%~0.06%。
3.根据权利要求1的一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，其特征在于：在保温炉内加入的Cu-RE中间合金，加入量为使其中的稀土元素达到铜熔体质量的0.01%~0.03%。
4.根据权利要求1的一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，其特征在于：在保温炉内采用石墨管和氮气吹入铜熔体的盐类精炼剂，其组成为：20%冰晶石+50%氯化钠+20%硼砂+10%碳酸钙，加入量为熔体质量的0.1~0.3%。
5.根据权利要求1的一种倾转熔铸紫杂铜精炼方法，其特征在于：熔体倾倒至保温炉后，经充分扒渣，采用石墨和木炭覆盖，静置25-35分钟开始铸造。
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