CN107988491B - 无氧铜生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的无氧铜生产工艺，无氧铜生产工艺，该工艺在无氧铜铸造炉中进行，包括步骤：向无氧铜铸造炉中充入氮气；添加铜时配以添加稀土，铜与稀土的质量配比为1：0.0002‑0.0003。向炉体中充入氮气，从而将炉体内的氧气排出，形成炉体内充氮的无氧环境。无氧铜中加入适量稀土，具有脱氧、脱硫、脱氢和脱除有害杂质的净化作用，且稀土与部分杂质的化合物易形成高熔点晶核，减少杂质微粒在晶界间的不良影响，达到细化晶粒作用，从而提高无氧铜的力学性能和导电性能。200ppm‑300ppm的剂量在能够有效地除去铜液中的杂质的前提下，又不会过量对铜液造成影响。采用本发明的无氧铜生产工艺能够生产出纯度高、含氧量低、含杂质量低，具有较好的机械性能和较高的导电性的无氧铜。

Description

无氧铜生产工艺

技术领域

本发明涉无氧铜加工领域，具体而言，涉及无氧铜生产工艺。

背景技术

无氧铜为不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜。无氧铜管的氧含量须低于30ppm，杂质含量须低于300ppm，当无氧铜的氧含量超标或杂质铁硫磷硅等含量超标时，无氧铜管存在表面粗糙的缺陷，其机械性能和导向性能均较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种能够生产出纯度高、含氧量低、含杂质量低，具有较好的机械性能和较高的导电性的无氧铜的生产工艺。

本发明提供如下技术方案：无氧铜生产工艺，该工艺在无氧铜铸造炉中进行，包括步骤：向所述无氧铜铸造炉中充入氮气；添加铜时配以添加稀土镧，铜与稀土镧的质量配比为1：0.0002-0.0003。

在示例性实施例中，首次向所述无氧铜铸造炉中添加稀土镧，先预热预设的时间后，再向所述无氧铜铸造炉中注入铜液。预热稀土镧实际为融化金属镧，从而使得熔融的稀土镧能够与铜液进行充分的混合，改善铜液元素含量水平。

在示例性实施例中，稀土镧的预热时间为5分钟。稀土镧的熔点小于无氧铜的铸造温度，在5分钟之内既能实现充分的融化，从而为与铜液的混合提供良好的基础。

在示例性实施例中，无氧铜生产工艺还包括拉坯，拉坯在铜液注入到所述无氧铜铸造炉中后10分钟进行。在铜液注入到无氧铜铸造炉中10分钟后，既可以对铜液中所含有的氧气等有害杂质除去，形成的铜液满足拉坯的条件。

在示例性实施例中，对无氧铜铸造炉做封闭处理。通过对无氧铜铸造炉做封闭处理，使得置于无氧铜铸造炉中的铜液与外界隔绝，避免了在除氧的过程中，又有新的氧气融入到铜液中。

在示例性实施例中，先向无氧铜铸造炉中充入氮气后，添加稀土镧。充入氮气，将无氧铜铸造炉中的氧气排去，从而为无氧铜铸造提供无氧的炉内铸造环境。

在示例性实施例中，还包括步骤：对所述无氧铜铸造炉的炉壁和炉沿的铜渣进行清理后再添加稀土镧和铜液。清理铜渣，防止铜渣中带有氧气等杂质污染新铜液。

在示例性实施例中，还包括步骤：在所述无氧铜铸造炉的冒口处覆上覆盖剂。明显延长冒口顶部的凝固时间，使冒口中铜液长时间处在大气压力作用之下，大大提高了冒口的补缩效率，有利于铸件中的气体和夹杂物上浮，达到了净化铜液的目的，而获得健全的无氧铜，降低了废品率。

在示例性实施例中，在充入氮气之前向所述无氧铜铸造炉中添加覆盖剂。保证加入的覆盖剂中所带的氧气被去除。

在示例性实施例中，在向所述无氧铜铸造炉中充以氮气的同时还配以物理吸氧的方法进行吸氧。采用充氮隔绝氧气的方式以及物理吸氧出去铜液中氧气的方式，从而降低铜液中的含氧量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明的无氧铜生产工艺，无氧铜生产工艺，该工艺在无氧铜铸造炉中进行，包括步骤：向无氧铜铸造炉中充入氮气；添加铜时配以添加稀土，铜与稀土的质量配比为1：0.0002-0.0003。向炉体中充入氮气，从而将炉体内的氧气排出，形成炉体内充氮的无氧环境。无氧铜中加入适量稀土，具有脱氧、脱硫、脱氢和脱除有害杂质的净化作用，且稀土与部分杂质的化合物易形成高熔点晶核，减少杂质微粒在晶界间的不良影响，达到细化晶粒作用，从而提高无氧铜的力学性能和导电性能。200ppm-300ppm的剂量在能够有效地除去铜液中的杂质的前提下，又不会过量对铜液造成影响。采用本发明的无氧铜生产工艺能够生产出纯度高、含氧量低、含杂质量低，具有较好的机械性能和较高的导电性的无氧铜。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明的实施例1提供的无氧铜生产工艺的流程图；

图2示出了本发明的实施例1提供的的无氧铜铸造炉的结构示意图；

图3示出了本发明的实施例2提供的无氧铜生产工艺的流程图；

图4示出了本发明的实施例2提供的的无氧铜铸造炉的结构示意图。

图标：1-无氧铜铸造炉；11-炉体；12-炉盖；121-连接部；13-吸氧部； 14-旋转驱动部；15-挠性部件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对无氧铜生产工艺进行更全面的描述。附图中给出了无氧铜生产工艺的优选实施例。但是，无氧铜生产工艺可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对无氧铜生产工艺的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在无氧铜生产工艺的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

图1示出了无氧铜生产工艺的流程图，图2示出了无氧铜铸造炉 1的结构示意图。

本实施例提供一种无氧铜生产工艺，该工艺在无氧铜铸造炉1中进行。

无氧铜生产工艺包括步骤：

步骤S101，清理无氧铜铸造炉1的炉壁的铜渣。无氧铜铸造炉1 内壁上残留有之前铸造时留下的铜渣，可以通过气锤敲击炉体11，从而使得粘附在炉体11内壁上的铜渣与炉体11分离，便于对炉体11进行清理，防止炉体11清理不干净造成铜渣残留，铜渣中带氧，影响铸造效果，为无氧铜提供良好的铸造环境。

步骤S102，向无氧铜铸造炉1中充入氮气。在向无氧铜铸造炉1 中充入氮气之前还应该对无氧铜铸造炉1做封闭处理。

无氧铜铸造炉1包括炉体11和炉盖12，炉盖12盖合于炉体11 上。炉体11为用于容置铜液的容器。炉盖12呈盖状，通过炉盖12盖设于炉体11上起到隔氧的作用，同时还可以有效的防止外界的杂质进入，具有一定的隔热效果，降低能量的损失。铜液的铸造温度在1150-1180℃之间，炉体11和炉盖12应由熔点高于铜的沸点的金属制造而成，或炉体11和炉盖12应由熔点高于无氧铜的铸造温度的金属制造而成，通常炉体11和炉盖12通过铸造而成。本实施例中，炉体 11和炉盖12由铸铁铸造而成。

在炉体11上盖设炉盖12后，向炉体11中充入氮气，从而将炉体 11内的氧气排出，形成炉体11内充氮的无氧环境。

步骤S103，向无氧铜铸造炉1中加入稀土，对稀土进行预热。稀土也可以称作金属稀土，稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素氧化物。

纯铜中微量稀土添加的铸坯晶粒明显细化，可提高材料的抗拉强度与延伸率，改善铜材的冷变形能力；无氧铜中加入适量稀土，具有脱氧、脱硫、脱氢和脱除有害杂质的净化作用，且稀土与部分杂质的化合物易形成高熔点晶核，减少杂质微粒在晶界间的不良影响，达到细化晶粒作用，从而提高无氧铜的力学性能和导电性能。

本实施例中，向无氧铜铸造炉1中加入稀土镧，熔点为921℃，由于无氧铜铸造的温度在1150-1180℃之间，因而无氧铜铸造炉1中的温度能够使得稀土镧融化。

可以将设定稀土镧的预热时间为5分钟，在5分钟内，稀土镧能够充分融化，流动性较好，从而能够与铜液进行充分的混合，稀土镧与铜液的混合越均匀，对铜液中的杂质的净化作用越好。可以在加入铜液后，对稀土镧和铜液进行搅拌混合。

在加入稀土镧以及加料的过程中，炉盖12始终盖合在炉体11上，保证炉体11内氧气的隔绝，炉盖12上设有加料口，加料口上设有加料盖，在加料时将加料盖打开，加过料后将加料盖盖上，从而保证炉体11内具有良好的密封性。而且氮气的充入在无氧铜铸造的过程中是持续进行的。

步骤S104，向无氧铜铸造炉1中注入铜液。

首次注入的铜液在稀土镧加入5分钟以后加入，铜液与稀土镧的质量配比为1：0.0002-0.0003。本实施例中，铜液与稀土镧的质量配比为1：0.0002，即稀土量按0.2kg/吨铜(200ppm)加入。本实施例中，无氧铜铸造炉1的容量为8t，首次加入的稀土镧的质量为1.6kg，经过 5分钟后将无氧铜铸造炉1中注满铜液。

在其他实施例中，1t铜液中还可以加入0.3kg稀土镧，或介于 0.2-0.3kg之间的稀土镧，从而调整铜液中的杂质含量。

步骤S105，拉坯。拉坯在铜液注入10分钟后进行，铜液在注入到无氧铜铸造炉1后10分钟能够调整到合适铸造温度，使得铜液具有适宜的粘度，同时能够充分的祛除铜液中所含有的氧气、硫、磷等杂质，提纯铜液，从而铸造出纯度较高、含氧量较低、含杂质量较低的无氧铜。

步骤S106，向无氧铜铸造炉1中注入稀土和铜液，铜液与稀土的质量配比为1：0.0002。

需要说明的是，若是首次在无氧铜铸造炉1中添加稀土和铜液，需要执行步骤S101-S105的操作，若不是首次在无氧铜铸造炉1中添加稀土和铜液，仅需反复执行步骤S106和S105即可，向无氧铜铸造炉1中充入的氮气在铸造的过程中是始终维持的。

实施例2

图3示出了无氧铜生产工艺的流程图，图4示出了无氧铜铸造炉 1的结构示意图。

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的无氧铜生产工艺还包括：

步骤S101A，向无氧铜铸造炉1中加入覆盖剂。步骤S101A设于步骤S101和步骤S102之间。

覆盖剂包括保温覆盖剂和发热覆盖剂，保温覆盖剂为低导热材料构成，如：膨胀珍珠岩、膨胀石墨等。加设覆盖剂能够明显延长铜液凝固时间，使铜液长时间处在大气压力作用之下，大大提高了铜液表面的补缩效率，有利于铸件中的气体和夹杂物上浮，达到了净化铜液的目的，从而获得健全的铜件，降低了废品率。

在充入氮气之前向无氧铜铸造炉1中添加覆盖剂。保证加入的覆盖剂中所带的氧气被去除，尽可能的出去无氧铜铸造炉1中的氧气，以及添加剂中携带的氧气。

本实施例中，步骤S102与实施例1中的S102有所不同。

步骤S102’：向无氧铜铸造炉1中充入氮气，同时采用物理吸氧的方式吸收铜液中的氧气。在向无氧铜铸造炉1中充入氮气之前还应该对无氧铜铸造炉1做封闭处理。

无氧铜铸造炉1包括炉体11和炉盖12，炉盖12盖合于炉体11 上。炉盖12上设有吸氧部13，吸氧部13延伸至炉体11中用于吸收铜液中的氧气。

炉体11为用于容置铜液的容器。炉盖12呈盖状，通过炉盖12盖设于炉体11上起到隔氧的作用，同时还可以有效的防止外界的杂质进入，具有一定的隔热效果，降低能量的损失。设于炉盖12上的吸氧部 13，通过与铜液的接触，吸附铜液中的氧气，降低铜液中的氧气含量，优化无氧铜的铸造效果。

由于无氧铜铸造时铜液的温度很高，因而吸氧部13应具有较高的耐高温性。本实施例中，吸氧部13包括至少一个石墨柱，进一步可以为活性炭柱。

活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂。

活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。在炉盖12盖于炉体11之上时，石墨柱延伸至炉体11插入到铜液中，从而对铜液中的氧气进行吸收，进一步除去铜液中残留的氧气。

石墨柱上设有至少一个通孔，本实施例中，石墨柱的径向上设有三个通孔。在石墨柱上加设通孔，使得石墨柱呈蜂窝状，进一步增大石墨柱与铜液的接触面积，即增大了石墨柱与氧气的接合面积，优化了对氧气的吸附性。

步骤S102’中，在采用物理吸氧的方式吸收铜液中的氧气时，可以伴随对铜液进行搅拌，从而使得铜液能够与吸液部形成充分的接触，吸液部将铜液中的气体充分的吸出。

石墨柱通过旋转驱动部14与炉盖12连接。两个石墨柱可以连接在一个连接部121上，连接部121通过与一个旋转驱动部14连接，从而使得一个驱动部可以同时带动两个石墨柱转动。

旋转驱动部14可以为电机和减速机的组合，从而使得电机的输出转速和扭矩有一个合理的配比，即降低电机的输出转速，提高电机的输出扭矩，为石墨柱的转动提供稳定而强劲的动力。旋转驱动部14设于炉盖12的上面，即设于炉体11之外，并做隔热措施，以降低旋转驱动部14的工作温度，防止旋转驱动部14的高温烧毁，延长旋转驱动部14的使用寿命。

旋转驱动部14驱动石墨柱相对炉盖12上转动，使得石墨柱对铜液有一定的搅拌作用，石墨柱与铜液的接触更加充分，进一步地优化了铜液的除氧效果。

石墨柱与连接部121之间可以接有挠性部件15，以使得石墨柱相对连接部121存在一定的挠性，如通过挠性联轴器或其弹簧等部件连接，在具有连接效果的同时，通过挠性部件15的弯曲，从而使得石墨柱的轴线可以发生一定的偏转，在石墨柱公转进行搅拌动作的同时，还能够发生挠性跳动。一方面降低石墨柱在搅拌铜液时受到铜液的阻力形成的对石墨柱与连接部121之间形成的刚性连接破坏，另一方面通过增加石墨柱的挠性，使得石墨柱对铜液的搅动更加充分。

同时采用充氮隔绝氧气的方式以及物理吸氧出去铜液中氧气的方式，从而充分地降低铜液中的含氧量，最大程度的保证铜液的纯度。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.无氧铜生产工艺，该工艺在无氧铜铸造炉中进行，其特征在于，包括步骤：

向所述无氧铜铸造炉中充入氮气；

添加铜时配以添加稀土，铜与稀土的质量配比为1：0.0002-0.0003；

所述无氧铜铸造炉包括炉体和盖合于所述炉体上的炉盖，所述无氧铜铸造炉还包括吸氧部、旋转驱动部和挠性部件，所述吸氧部通过所述旋转驱动部连接在所述炉盖上，且所述吸氧部延伸至所述炉体中以物理吸氧的方式吸收所述炉体内铜液中的氧，所述旋转驱动部能够驱动所述吸氧部相对所述炉盖转动，所述吸氧部与所述旋转驱动部之间设有所述挠性部件。

2.根据权利要求1所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，首次向所述无氧铜铸造炉中添加稀土镧，先预热预设的时间后，再向所述无氧铜铸造炉中注入铜液。

3.根据权利要求2所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，稀土镧的预热时间为5分钟。

4.根据权利要求1所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，无氧铜生产工艺还包括拉坯，拉坯在铜液注入到所述无氧铜铸造炉中后10分钟进行。

5.根据权利要求1所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，先向无氧铜铸造炉中充入氮气后，添加稀土镧。

6.根据权利要求1所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，还包括步骤：对所述无氧铜铸造炉的炉壁和炉沿的铜渣进行清理后再添加稀土镧和铜液。

7.根据权利要求1所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，还包括步骤：在所述无氧铜铸造炉的冒口处覆上覆盖剂。

8.根据权利要求7所述的无氧铜生产工艺，其特征在于，在充入氮气之前向所述无氧铜铸造炉中添加覆盖剂。

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