CN110343870A - 一种无氧铜熔铸生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无氧铜熔铸生产方法，本发明方法适合敞开式工频感应电炉熔铸生产无氧铜，大大降低无氧铜生产对生产设备的要求，同时，本发明方法突破现有无氧铜铸锭规格小(铸锭截面积≤30000mm2)的限制，可获得大规格无氧铜铸锭(铸锭截面积可达200000mm2)。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种无氧铜熔铸生产方法，尤其适合敞开式工频感应电炉熔铸生产无氧铜。
(二)背景技术
无氧铜由于纯度高，含氧量少的特点，具有高导电、导热性及良好的抗氢脆性和优良的加工性能、焊接性能，在电气、通讯行业、电真空领域具有特殊而广泛的用途。目前半连续铸造的无氧铜生产以化学成份合乎要求的优质A级电解铜为原料，采用进口的专用真空炉熔炼，投资大、铸造系统复杂、生产成本高，设备维护困难。而且生产出来的产品存在着规格较小、组织多粗大柱状晶、物理和机械性能较差、产品档次低等缺点。
(三)发明内容
为解决目前半连铸生产无氧铜设备要求高，产品规格小的问题。本发明提供一种适合敞开式工频感应电炉熔铸生产无氧铜的方法，可获得大规格无氧铜铸锭(铸锭截面积可达200000mm2)。
本发明的技术方案如下：
一种无氧铜熔铸生产方法，包括以下步骤：
(1)材料预处理
以标准阴极铜(Cu-CATH-2)或高纯阴极铜(Cu-CATH-1)为原料，将原料置于100～200℃下预热烘干2～4h；
以木炭、鳞片状石墨为辅助材料，将木炭置于200～300℃下烘烤3h(以消除表面吸附的水分和去潮)，将鳞片状石墨置于200～300℃下保温8～12h(以消除表面吸附的水分和去潮)；
(2)熔炼
将步骤(1)准备好的原料装入熔炼炉中，以步骤(1)准备好的木炭覆盖，待原料熔化后，控制熔炼温度在1120～1180℃，通过中空石墨管将微还原性气体吹入熔体进行除氧、脱气除气、造渣，接着吹入惰性气体进行脱气除气、造渣，同时，在熔炼期间，施加外加电磁场；
所述木炭的用量为：原料全部熔化后，其覆盖厚度不少于200mm，优选250～300mm；
所述微还原性气体的吹入时间为15～30min，待微还原性气体吹入完成后5～10min，将惰性气体吹入熔体，所述惰性气体的吹入时间为15～30min；
所述微还原性气体为：由高纯纳米碳粉(C：≥99.999％)和高纯氮气(N：≥99.999％)组成的雾化气体(碳粉占总重量的1～2％)，或者由高纯纳米碳粉(C：≥99.999％)和高纯氩气(Ar：≥99.999％)组成的雾化气体(碳粉占总重量的1～2％)；
所述惰性气体为：高纯氩气(Ar：≥99.999％)或高纯氮气(N：≥99.999％)；
所述外加电磁场的电流频率为50Hz，电流强度为100A；
(3)铸造
将步骤(2)熔炼好的铜液通过潜流方式引入石墨浇铸头，进入装有石墨内衬套的结晶器内凝固，控制结晶器水压为0.3～0.5MPa，结晶器出水温度控制在40℃以下(优选15～20℃)，进出水温差控制在15±2℃，牵引速度为100±20mm/min，在整个铸造过程中，铸模液面采用燃烧煤气保护和覆盖步骤(1)准备好的鳞片状石墨，同时施加外加电磁场；
所述鳞片状石墨的覆盖厚度为4～6mm；
所述外加电磁场的电流频率为50Hz，电流强度为50A。
本发明的有益效果在于：
1)、适合敞开式工频感应电炉熔铸生产无氧铜，大大降低无氧铜生产对生产设备的要求。
2)、突破现有无氧铜铸锭规格小(铸锭截面积≤30000mm2)的限制，可获得大规格无氧铜铸锭(铸锭截面积可达200000mm2)。
(四)附图说明
图1：分压差脱气原理示意图；
图2：吸附除渣原理示意图。
(五)具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
步骤一：原辅材料准备
1)、原材料：采用标准阴极铜或高纯阴极铜，表面要求光洁无铜绿、铜豆。切除边缘隆起及挂耳，刷洗掉表面尘灰及铜绿。而后在100-200℃下保温进行预热烘干2-4小时。
2)、辅助材料：选用木炭(硬实木制的刚炭)及鳞片石墨(目数在60-100目)。木炭在使用前进行烘烤(200-300℃下烤3小时)以消除表面吸附的水分和去潮；鳞片石墨在使用前放入200-300℃的干燥箱，保温8-12小时，进行烘干处理，以消除表面吸附的水分和去潮。
步骤二：熔炼
1)、熔化：将步骤一处理好的原材料装入熔炼炉中，待炉膛内加满原料后，以高温烘干后的木炭覆盖，加入量为原材料全部熔化后，其覆盖厚度不少于200mm；
2)、脱氧：待铜熔化后，控制熔炼温度在1120℃-1180℃，通过一根中空的石墨管，将微还原性混合气体吹入熔体深处进行除氧，吹入时间为15-30分钟。通过还原性混合气体中的高纯纳米碳粉与铜熔体中的氧结合形成CO2气体上浮去除铜熔体中的氧。
3)、除气、除渣：待微还原性混合气体吹入完成后5-10分钟，通过中空的石墨管将惰性气体(高纯氮气或氩气)熔体深处进行除气、除渣，吹入时间为15-30分钟。惰性气体通入铜熔体后，在其气泡的上升过程中，不断汇集熔体中的微小气泡，增大浮力，从而带出熔体中的气(图1)；同时与悬浮状态的细小夹渣(如残余碳粉等)相遇时，夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带到熔体表面通过捞渣除去(图2)。
4)、在熔炼期间，同时施加外加电磁场，对铜液进一步提纯。
步骤三：铸造
将熔炼好的铜液通过潜流方式引入石墨浇铸头，进入装有石墨内衬套的结晶器内凝固；控制结晶器水压为0.3-0.5MPa，结晶器出水温度控制在40℃以下，进出水温差控制在15±2℃，牵引速度为100±20mm/min，在整个铸造过程中，石墨浇铸头埋于铸模液面下，铸模液面采用燃烧煤气保护和覆盖鳞片石墨粉，石墨粉覆盖厚度4-6mm，同时施加外加电磁场。
实施效果：
注：TU2无氧铜对氧含量控制要求：O≤30ppm。
Claims (10)
1.一种无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
(1)材料预处理
以标准阴极铜或高纯阴极铜为原料，以木炭、鳞片状石墨为辅助材料，对原料和辅助材料进行烘烤处理；
(2)熔炼
将步骤(1)准备好的原料装入熔炼炉中，以步骤(1)准备好的木炭覆盖，待原料熔化后，控制熔炼温度在1120～1180℃，通过中空石墨管将微还原性气体吹入熔体进行除氧、脱气除气、造渣，接着吹入惰性气体进行脱气除气、造渣，同时，在熔炼期间，施加外加电磁场；
(3)铸造
将步骤(2)熔炼好的铜液通过潜流方式引入石墨浇铸头，进入装有石墨内衬套的结晶器内凝固，控制结晶器水压为0.3～0.5MPa，结晶器出水温度控制在40℃以下，进出水温差控制在15±2℃，牵引速度为100±20mm/min，在整个铸造过程中，铸模液面采用燃烧煤气保护和覆盖步骤(1)准备好的鳞片状石墨，同时施加外加电磁场。
2.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述原料置于100～200℃下预热烘干2～4h。
3.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述木炭置于200～300℃下烘烤3h，所述鳞片状石墨置于200～300℃下保温8～12h。
4.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述木炭的用量为：原料全部熔化后，其覆盖厚度不少于200mm。
5.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微还原性气体的吹入时间为15～30min，待微还原性气体吹入完成后5～10min，将惰性气体吹入熔体，所述惰性气体的吹入时间为15～30min。
6.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微还原性气体为：由高纯纳米碳粉和高纯氮气组成的雾化气体，或者由高纯纳米碳粉和高纯氩气组成的雾化气体。
7.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述惰性气体为：高纯氩气或高纯氮气。
8.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述外加电磁场的电流频率为50Hz，电流强度为100A。
9.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(3)中，所述鳞片状石墨的覆盖厚度为4～6mm。
10.如权利要求1所述的无氧铜熔铸生产方法，其特征在于，步骤(3)中，所述外加电磁场的电流频率为50Hz，电流强度为50A。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A production method of oxygen-free copper melting and casting Effective date of registration: 20230109 Granted publication date: 20211029 Pledgee: Bank of Hangzhou Co.,Ltd. Jinhua Branch Pledgor: ZHEJIANG TIANNING ALLOY MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2023980030604 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Granted publication date: 20211029 Pledgee: Bank of Hangzhou Co.,Ltd. Jinhua Branch Pledgor: ZHEJIANG TIANNING ALLOY MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2023980030604 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A production method of oxygen free copper casting Granted publication date: 20211029 Pledgee: Bank of Hangzhou Co.,Ltd. Jinhua Branch Pledgor: ZHEJIANG TIANNING ALLOY MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2024980001979 |
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