CN107309293B - 一种黄铜管材制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黄铜管材制造工艺，其生产流程为紫铜块的制备→黄铜的熔炼→水平连铸和铸锭加热→挤压和切割→轧制→拉伸→剥皮→中间退火→酸洗→退火→成品检验和包装。本发明的一种黄铜管材制造工艺，该黄铜管材制造工艺生产得到的黄铜管材具有色泽美观、高强度、耐腐蚀、易切削、强可塑性和低成本的优点。

Description

一种黄铜管材制造工艺
技术领域
本发明属于一种铜材制造工艺，更具体地说，它涉及一种黄铜管材制造工艺。
背景技术
黄铜是由铜和锌所组成的合金，黄铜管材具有色泽美观、高强度、耐腐蚀、易切削、强可塑性和低成本等优点而被广泛运用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。
紫铜又名红铜就是铜单质，因其颜色为紫红色而得名，紫铜是一种工业纯铜，其熔点为1083℃，无同素异构转变，相对密度为8.9，为镁的五倍，同体积的质量比普通钢重约15%，因其具有玫瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般称为紫铜，并且它是含有一定氧的铜，因而又称含氧铜。
将粗铜预先制成厚板作为阳极，纯铜制成薄片作阴极，以硫酸和硫酸铜的混和液作为电解液。通电后，铜从阳极溶解成铜离子向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜，亦称电解铜。粗铜中杂质如比铜活泼的铁和锌等会随铜一起溶解为离子。由于这些离子与铜离子相比不易析出，所以电解时只要适当调节电位差即可避免这些离子在阴极上析出，比铜不活泼的杂质如金和银等沉积在电解槽的底部。这样生产出来的铜板，称为“电解铜”，质量极高，可以用来制作电气产品。
公告号为CN104624706A的中国发明专利申请公开了一种黄铜线材生产工艺，工艺流程包括：水平连铸→连拉连刨→低氧退火→稀酸洗→多模拉伸→光亮退火→检验包装。连铸温度l160℃-1250℃，连铸速度0.8-1.6米／分钟，酸洗采用浓度为5-20％的稀硫酸溶液，酸洗温度40-85℃，光亮退火加入氮气作保护气，退火温度640-680℃，保温时间90-120分钟。上述黄铜线材生产工艺的优点为产品强度高、耐腐蚀、易切削、机械性能好，工艺相对简单，流程易于控制，生产成本低和生产效率高。
以下对黄铜的功能性改善方面提出了一种新的技术方案。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种黄铜管材制造工艺，该黄铜管材制造工艺生产得到的黄铜管材具有色泽美观、高强度、耐腐蚀、易切削、强可塑性和低成本的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种黄铜管材制造工艺，包括以下步骤，
步骤S1、紫铜块的制备：将紫铜少量多次投入紫铜铸造机内，升温至1000-1100℃，搅拌至紫铜熔化，加入磷铜并继续搅拌，升温至1160-1200℃经捞渣和烫炉头处理30-40min，处理开始后10-15min内取样检测，再经浇铸和吊料1-2h后得到紫铜块；
步骤S2、黄铜的熔炼：将电解铜和步骤S1中得到的紫铜块少量多次投入黄铜铸造机内，升温至电解铜和紫铜块熔化，依次加入黄铜回料、锌块和200-250克食盐升温搅拌至熔化，高温捞渣，经一次喷火处理后取样检测，样品合格后继续升温，经二次喷火温度达到1060-1100℃后静置待用；
步骤S3、水平连铸和铸锭加热：将步骤S2得到的黄铜铜水在温度为1060-1200℃时进行水平连铸，铸锭规格为Φ125-295mm，铸锭经加热炉在500-800℃连续加热1-2h，得到粗锭坯；
步骤S4、挤压和切割：将步骤S3中加热好的粗锭坯经压机进行脱皮挤压，然后经传送架匀速传送到切割机处进行切割，得到切割件；
步骤S5、轧制：将步骤S4得到的切割件的端部经过制头机进行制头，得到轧制工件；
步骤S6、拉伸、剥皮：将步骤S5得到的轧制工件经拉伸机和剥皮机依次进行拉伸和剥皮处理，加工率控制在5-15%，得到的初加工工件；
步骤S7、中间退火：将步骤S6得到的初加工工件经过退火炉进行退火处理，其退火温度为600-650℃，退火时间为20-35min；
步骤S8、酸洗：将步骤S7处理得到的初加工工件经酸洗液处理后除去氧化铜，其中酸洗液为15-20%的硫酸和15-20%的磷酸的混合溶液，持续酸洗30-50min后经纯水冲洗三次，烘干待用；
步骤S9、二次退火：将步骤S8得到的酸洗工件经退火炉并采用氮气作为保护气体进行二次退火，退火温度为350-550℃，退火时间20-40min；
步骤S10、成品检验和包装。
通过采用上述技术方案，步骤S1在紫铜块的制备过程中加入磷铜，其中磷铜又称磷青铜或锡磷青铜，它是由青铜添加脱气剂、磷含量0.03-0.35%，锡含量5-8%及其它微量元素如铁和锌等组成，其具有良好的延展性和耐疲劳性能，其中磷铜内含有微量的磷元素，并且磷元素具有一定的脱氧效果的同时也可以改善紫铜铜水的流动性能；
步骤S2在黄铜的熔炼中加入锌块，可以使得位于黄铜铜水中的氢能够进入到锌蒸汽内，随着温度的上升到达锌块的沸点后，锌固定变成锌蒸汽后将位于锌蒸汽内的氢带走，降低黄铜铜水内的气体含量，使得黄铜在浇铸时能够减少内部气泡的形成，从而能够降低黄铜管件表面条状、带状分层的可能性；
步骤S3采用水平连铸生产工艺而非半连续铸造工艺，可以有效的降低黄铜溶液的二次氧化，夹杂和断流所造成的影响，另外在引锭机牵引时可以有效减少出现浇注落差、湍流和搅拌现象，有利于气体的析出与杂质的分离，使粗锭坯获得较好的内部质量；
步骤S4中采用传动架匀速将脱皮后的工件匀速传动到切割机处进行切割，可以有效保证管件的切割长度的一致性；
步骤S5轧制时对上述切割件的端部间隙制头，可以使得金属管材拉拔前将管头缩细的加工方法，该方法具有生产效率高、金属消耗少和加工容易的优点的同时也进一步方便了后续拉伸机对上述管材的拉伸；
步骤S6中根据管件规格对上述轧制工件进行拉伸处理，使得管件的直径能够达到规定的要求，其次对拉伸后的工件间隙剥皮处理，可以去除管件表面的氧化层和杂质层，从而提高管件的整体质量；
步骤S7中间退火，能够消除变形过程中的加工硬化和不均匀变形，有利于后续变形加工，另外能够在管件的外表面制造氧化亚铜层，使得管件的表面颜色更加绚丽的同时能够有效减少偏析、细化晶粒组织；
在步骤S8中，对管件进行酸洗能够有效的除去管件表面附着的黑色的氧化铜和杂质，能够有效降低管件表面附着的杂质物质，从而进一步提高管件的整体的质量；
当在步骤S9退火过程中不添加惰性气体氮气时，由于空气中存在充足的氧气，在高温情况下铜很容易会别氧化成为氧化铜，使得管件的表面附着黑色的杂质氧化铜从而影响管件的整体美观程度，而当采用氮气等惰性气体作为保护气体时，在高温下，惰性气体能够隔绝空气，从而有效减少氧化铜的产生，其次在步骤S9酸洗过程中会造成的管件表面不光滑的现象，当采用二次退火后，可以使得原先不光滑的换件表面变得更加的光滑。
本发明进一步设置为：所述步骤S1中的紫铜铸造机为钢丝绳半连续铸造机，其铸造温度采用橘红色比色卡为控制标准。
操作者采用对紫铜铜水的观察所得的颜色与橘红色比色卡进行对照，可以大致能够判断紫铜铜水的实际温度是否已近达到紫铜熔炼的熔铸温度，通过采用上述技术方案能够较为准确的判断紫铜铸造机内炉料的熔化情况，方便了操作者判断加入磷铜的时机。
本发明进一步设置为：步骤S2一次喷火后取适量铜液样本，浇入样模中，待铜凝固，倒出并冷却至室温，随后送样，与标准值比较，两者相差较大时补加锌或补铜量直到过15公分/炉后重新取样复检，直至金属补量低于15公分/炉时即可出炉。
通过采用上述技术方案，对步骤S2中的黄铜铜水进行取样检测可是使得操作者对与铸造机内的黄铜铜水实际金属量进行较为准确的了解，使得制备的黄铜管材的性能和质量更佳。
本发明进一步设置为：所述步骤S3中浇铸覆盖剂为发泡硼砂和石墨混合剂，其铸造温度为1080-1120℃，其铸造速度为12-14m/h，冷水水压为0.12-0.38MPa。
由于硼砂发泡后具有一定的隔绝空气、保温和吸水的效果，减少水分进入到铸造机内，起到减少黄铜铜水飞溅的作用，其次石墨具有较好的耐高温性能和稳定的化学性能，通过采用上述技术方案，可以起到良好的保温隔热的作用。
本发明进一步设置为：所述步骤S3水平连铸过程中倾动炉子，浇管进入结晶器25mm左右时打开石墨棒放流并打开冷却水和振动装置，所述振动装置为振动台，其振动频率为80-100次/分。
通过采用上述技术方案，在水平连铸的过程中便于结晶器内壁与粗铜坯外壳在振动其的作用实现两者的相互脱离，并且还具有保护粗铜坯和减少氧化的作用。
本发明进一步设置为：在步骤S3过程中冷却水连续供应，水温小于等于40℃。
通过采用上述技术方案，确保冷却水不间断连续供应，可以有效降低烧铸过程中出现冷隔或爆炸事故的机率，使得操作者在铸造黄铜管件时更加的安全。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明的一种黄铜管材制造工艺，该黄铜管材制造工艺生产得到的黄铜管材具有色泽美观、高强度、耐腐蚀、易切削、强可塑性和低成本的优点。
附图说明
图1为本实施例的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：如图1所示，一种黄铜管材制造工艺，包括以下步骤，
步骤S1、紫铜块的制备：将重量份数的组分为300份的紫铜和少量紫铜回料少量多次加入到钢丝绳半连续铸造机内,升温至1000℃，搅拌直至紫铜和回料全部熔化，随后边搅拌边加入少量磷铜，继续搅拌次数20-30次，继续升温至1060℃并经采用橘红色比色卡对照后确定其铸造温度，随后再经捞渣和烫炉头处理40min，处理开始后15min内取样检测，再经浇铸和吊料2h后得到紫铜块；
步骤S2、黄铜的熔炼：将重量份数的组分为52.5份的电解铜和步骤S1中得到的紫铜块根据少量多次的原则依次加入到黄铜水平连铸机内，升高温度直至电解铜和紫铜块全部熔化，再加入黄铜回料进行升温至黄铜回料全部熔化，然后加入锌块升温至锌块熔化，接着再加入200克食盐搅拌后进行高温捞渣处理，然后再经一次喷火处理后操作者用小坩埚伸入铜液5公分处取样，浇入样模中，待铜却凝固后，倒出水冷至室温，随后立即送样至检测中心炉前站化验，当测试值与中心值相差较大则，补加锌或补铜量直到过15公分/炉时，必须补量后重新取样复检，直至金属补量低于15公分/炉时为合格，样品合格后继续升温，经二次喷火温度达到1060℃后静置待用；
步骤S3、水平连铸和铸锭加热：采用发泡硼砂为浇铸覆盖剂，将步骤S2得到的黄铜铜水在温度为1060-1200℃、铸造速度为12-16m/h以及冷水水压为0.12-0.38MPa时进行水平连铸，铸锭规格为Φ125-295mm，水平连铸生产工艺而非半连续铸造工艺，其中一般的水平连铸生产流程为熔化炉→保温炉→结晶器（铜水冷套与石墨内衬）→引锭机（牵引机）→铣面机→剪切机→卷取机以及附属收屑机等组成,其中水平连铸过程中需进行3-4次倾炉处理，浇管进入结晶器25mm左右时打开石墨棒放流并打开冷却水和振动台，使冷却水不间断供应的同时保持其水温在40℃以下；其中振动台的振动频率为80次/分，然后将上述铸锭经加热炉在800℃连续加热1h，得到粗锭坯；
步骤S4、挤压和切割：将步骤S3中加热好的粗锭坯经压机进行脱皮挤压，然后经传送架匀速传送到切割机处进行切割，得到切割件；
步骤S5、轧制：将步骤S4得到的切割件的端部经过制头机进行制头，得到轧制工件；
步骤S6、拉伸、剥皮：将步骤S5得到的轧制工件经拉伸机和剥皮机依次进行拉伸和剥皮处理，加工率控制在5-15%，得到的初加工工件后并回收剥皮废料；
步骤S7、中间退火：将步骤S6得到的初加工工件经过退火炉进行退火处理后得到退火工件，其退火温度为650℃，退火时间为20min；
步骤S8、酸洗：将步骤S7得到的退火工件经酸洗池内的酸洗液除去热加工或热处理中产生的表面的黑色氧化铜，其中酸洗液为20%的硫酸和15%的磷酸的混合溶液，持续酸洗时间为30min后采用纯水冲洗后得到酸洗工件；
步骤S9、二次退火：将步骤S8得到的酸洗工件经过退火炉并采用氮气作为保护气体进行二次退火，形成以氧化亚铜主要成分的氧化层，退火温度为550℃，退火时间20min；
步骤S10、成品检验和包装。
实施例2：如图1所示，一种黄铜管材制造工艺，与实施例1的不同之处在于：在步骤S1中加入紫铜后升高的温度，加入磷铜后升高的温度，捞渣和烫炉头的处理的时间，取样的时间，浇铸和吊料的时间，步骤S2中二次喷火的温度，浇铸覆盖剂的种类，黄铜铜水的铸造温度，铸造速度，振动台振动的次数，铸锭加热温度及时间，步骤S7中中间退火的温度及时间，酸洗液的配比，酸洗时间和步骤S9中二次退火的温度及时间，包括以下步骤，
步骤S1、紫铜块的制备：将重量份数的组分为300份的紫铜和少量紫铜回料少量多次加入到钢丝绳半连续铸造机内,升温至1100℃，搅拌直至紫铜和回料全部熔化，随后边搅拌边加入少量磷铜，继续搅拌次数20-30次，继续升温至1120℃并经采用橘红色比色卡对照后确定其铸造温度，随后再经捞渣和烫炉头处理30min，处理开始后10min内取样检测，再经浇铸和吊料1h后得到紫铜块；
步骤S2、黄铜的熔炼：将重量份数的组分为52.5份的电解铜和步骤S1中得到的紫铜块根据少量多次的原则依次加入到黄铜水平连铸机内，升高温度直至电解铜和紫铜块全部熔化，再加入黄铜回料进行升温至黄铜回料全部熔化，然后加入锌块升温至锌块熔化，接着再加入250克食盐搅拌后进行高温捞渣处理，然后再经一次喷火处理后操作者用小坩埚伸入铜液5公分处取样，浇入样模中，待铜却凝固后，倒出水冷至室温，随后立即送样至检测中心炉前站化验，当测试值与中心值相差较大则，补加锌或补铜量直到过15公分/炉时，必须补量后重新取样复检，直至金属补量低于15公分/炉时为合格，样品合格后继续升温，经二次喷火温度达到1100℃后静置待用；
步骤S3、水平连铸和铸锭加热：采用发泡硼砂和石墨的混合物为浇铸覆盖剂将步骤S2得到的黄铜铜水在温度为1080-1120℃、铸造速度为12-14m/h以及冷水水压均为0.12-0.38MPa时进行水平连铸，铸锭规格为Φ125-295mm，水平连铸生产工艺而非半连续铸造工艺，其中一般的水平连铸生产流程为熔化炉→保温炉→结晶器（铜水冷套与石墨内衬）→引锭机（牵引机）→铣面机→剪切机→卷取机以及附属收屑机等组成,其中水平连铸过程中需进行3-4次倾炉处理，浇管进入结晶器25mm左右时打开石墨棒放流并打开冷却水和振动台，使冷却水不间断供应的同时保持其水温在40℃以下；其中振动台的振动频率为100次/分，然后将上述铸锭经加热炉在500℃连续加热2h，得到粗锭坯；
步骤S4、挤压和切割：将步骤S3中加热好的粗锭坯经压机进行脱皮挤压，然后经传送架匀速传送到切割机处进行切割，得到切割件；
步骤S5、轧制：将步骤S4得到的切割件的端部经过制头机进行制头，得到轧制工件；
步骤S6、拉伸、剥皮：将步骤S5得到的轧制工件经拉伸机和剥皮机依次进行拉伸和剥皮处理，加工率控制在5-15%，得到的初加工工件后并回收剥皮废料；
步骤S7、中间退火：将步骤S6得到的初加工工件经过退火炉进行退火处理后得到退火工件，其退火温度为600℃，退火时间为35min；
步骤S8、酸洗：将步骤S7得到的退火工件经酸洗池内的酸洗液除去热加工或热处理中产生的表面的黑色氧化铜，其中酸洗液为20%的硫酸和15%的磷酸的混合溶液，持续酸洗时间为50min后采用纯水冲洗后得到酸洗工件；
步骤S9、二次退火：将步骤S8得到的酸洗工件经过退火炉并采用氮气作为保护气体进行二次退火，形成以氧化亚铜主要成分的氧化层，退火温度为350℃，退火时间40min；
步骤S10、成品检验和包装。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种黄铜管材制造工艺，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S1、紫铜块的制备：将紫铜少量多次投入紫铜铸造机内，升温至1000-1100℃，搅拌至紫铜熔化，加入磷铜并继续搅拌，升温至1160-1200℃经捞渣和烫炉头处理30-40min，处理开始后10-15min内取样检测，再经浇铸和吊料1-2h后得到紫铜块；
步骤S2、黄铜的熔炼：将电解铜和步骤S1中得到的紫铜块少量多次投入黄铜铸造机内，升温至电解铜和紫铜块熔化，依次加入黄铜回料、锌块和200-250克食盐升温搅拌至熔化，高温捞渣，经一次喷火处理后取样检测，样品合格后继续升温，经二次喷火温度达到1060-1100℃后静置待用；
步骤S3、水平连铸和铸锭加热：将步骤S2得到的黄铜铜水在温度为1060-1200℃时进行水平连铸，铸锭规格为Φ125-295mm，铸锭经加热炉在500-800℃连续加热1-2h，得到粗锭坯；
步骤S4、挤压和切割：将步骤S3中加热好的粗锭坯经压机进行脱皮挤压，然后经传送架匀速传送到切割机处进行切割，得到切割件；
步骤S5、轧制：将步骤S4得到的切割件的端部经过制头机进行制头，得到轧制工件；
步骤S6、拉伸、剥皮：将步骤S5得到的轧制工件经拉伸机和剥皮机依次进行拉伸和剥皮处理，加工率控制在5-15%，得到的初加工工件；
步骤S7、中间退火：将步骤S6得到的初加工工件经过退火炉进行退火处理，其退火温度为600-650℃，退火时间为20-35min；
步骤S8、酸洗：将步骤S7处理得到的初加工工件经酸洗液处理后除去氧化铜，其中酸洗液为15-20%的硫酸和15-20%的磷酸的混合溶液，持续酸洗30-50min后经纯水冲洗三次，烘干待用；
步骤S9、二次退火：将步骤S8得到的酸洗工件经退火炉并采用氮气作为保护气体进行二次退火，退火温度为350-550℃，退火时间20-40min；
步骤S10、成品检验和包装。
2.根据权利要求1所述的一种黄铜管材制造工艺，其特征在于：所述步骤S1中的紫铜铸造机为钢丝绳半连续铸造机，其铸造温度采用橘红色比色卡为控制标准。
3.根据权利要求2所述的一种黄铜管材制造工艺，其特征在于：步骤S2一次喷火后取适量铜液样本，浇入样模中，待铜凝固，倒出并冷却至室温，随后送样，与标准值比较，两者相差较大时补加锌或补铜量直到过15公分/炉后重新取样复检，直至金属补量低于15公分/炉时即可出炉。
4.根据权利要求3所述的一种黄铜管材制造工艺，其特征在于：所述步骤S3中浇铸覆盖剂为发泡硼砂和石墨混合剂，其铸造温度为1080-1120℃，其铸造速度为12-14m/h，冷水水压为0.12-0.38MPa。
5.根据权利要求4所述的一种黄铜管材制造工艺，其特征在于：所述步骤S3水平连铸过程中倾动炉子，浇管进入结晶器25mm左右时打开石墨棒放流并打开冷却水和振动装置，所述振动装置为振动台，其振动频率为80-100次/分。
6.根据权利要求5所述的一种黄铜管材制造工艺，其特征在于：在步骤S3过程中冷却水连续供应，水温小于等于40℃。
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