CN111455200A - 一种利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于包括以下制备流程：1)将熔炼炉电压设置为380～420V，先加入除铁铜末和2#紫铜，然后加入铝稀土、晶粒细化剂；2)待其熔化后，将熔炼炉电压调高到780～820V，分批次加入破碎铜，每批次破碎铜熔化后，将电压调低到380～420V，进行捞渣作业；最后加入铝硼合金；3)待步骤2中的铜水全部熔化后，将熔炼炉电压调到580～620V，取铜水化验成分，按成分比例要求添加适量锌锭。本发明采用以废杂铜为主要原料，原材料成本降低；铜锭等级一级且组织晶粒细小、均匀，满足卫浴用铜锭的使用要求。

Description

一种利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法
技术领域
本发明涉及铜锭的制备方法，具体涉及一种利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法。
背景技术
随着我国城镇化进程的推进以及房地产市场的高速发展，我国卫浴市场也得到迅速发展，据国家有关部门统计，每年用于生产卫浴阀门的铜锭以20％以上的速度递增，普通卫浴产品需求量将更大。现行卫浴产品主要是水暖部件，此类产品对表面质量、强度、韧性等性能要求极高，因此要求所用的铜锭合金基也要具有良好的组织结构和力学性能。卫浴用铜锭的原材料为80％以上的紫铜和锌、20％单一牌号再生黄铜，原材料成本较高，而且再生黄铜需要经过“废旧黄铜-阳极铜-阴极铜-黄铜”工艺过程，工艺复杂，成本高。
申请号为CN201310624688.6公开了一种环保含铋黄铜铸锭的制备方法，该黄铜铸锭的配料为：按照环保含铋黄铜铸锭的合金组成进行加料，加料的质量配比顺序为：10～15％的回料、25～30％的锌锭、45～55％的紫铜、5～10％的锌锭以及小于2％的铋锭、铝锭；该发明铸锭中需添加45～55％的紫铜从而铸造出满足铜铸锭表面少的气孔、裂纹、夹杂等现象，制得的含铋黄铜铸锭，符合环保健康的要求，能很好的满足机械加工、抛光，电镀等要求，具有良好的抛光电镀性能，适用于重熔锻造件、铸件以及切削加工成型的零部件。采用高含量比的紫铜提高了铜锭的原材料成本。
因此，如何在提高废杂铜使用比例的同时铸造出满足卫浴用的铜锭是当前需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铜锭等级一级且组织晶粒细小、均匀的利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于包括以下制备流程：
1)将熔炼炉电压设置为380～420V，先加入除铁铜末和2#紫铜，然后加入铝稀土、晶粒细化剂；
2)待其熔化后，将熔炼炉电压调高到780～820V，分批次加入破碎铜，每批次破碎铜熔化后，将电压调低到380～420V，进行捞渣作业；最后加入铝硼合金；
3)待步骤2中的铜水全部熔化后，将熔炼炉电压调到580～620V，取铜水化验成分，按成分比例要求添加适量锌锭；
4)随后加入精炼剂、除渣剂，进行搅拌、电压调至380～420V进行捞渣作业；
5)加入镁锭，保持铜水温度在1020～1060℃，取样进行甩杯预检；
6)预检完成，将熔炼炉电压调高至780～820V，进行喷火作业，喷火完成将熔炼炉电压调至380～420V，进行捞渣；
7)关掉电源，将温度降低到1020～1060℃后打开电源稳压在580～620V，浇铸得到环保卫浴用铜锭。
先加高铜的除铁铜末(含铜量在80％左右)和2#紫铜用来增加底铜水，便于后续废杂铜的熔化效率提升，继续加入铝稀土和晶粒细化剂，加入铝稀土主要是利用稀土元素与高熔点杂质元素、氧化物等具有较好的亲和性，形成密度较小的化合物，由于密度低于铜，从而从熔体中浮出；细化剂主要通过作为异质形核的核心，产生大量的形核点，能够起到细化晶粒的作用，在流程1)加入主要是为熔体充分净化提供足够的时间，破碎铜属于主要原料在除铁铜末和2#紫铜加入后，分批次加入破碎铜，最后加入铝硼合金，由于凝固过程中硼被排斥到晶界部位，从而限制晶粒的长大，铝硼合金属于细化剂的补充，最后加入起到细晶强化的作用。
步骤2)中，为了避免废杂铜中的高熔点金属熔入铜水中，因此采用分批次熔化多次捞渣工序作业，每次的捞渣工序都在低温下进行，保证了废杂铜中杂质元素的有效除杂。
步骤5)中甩杯试验要求甩杯表面光洁，没有麻点、无颗粒感。
本发明浇铸温度为1020℃～1060℃，在此温度下，液化的铜基体中的气泡可以得到有效的释放。
作为优选，所述晶粒细化剂为氟盐类细化剂。
作为优选，所述2#紫铜：除铁铜末：破杂铜的添加质量比为1：1～2：8～15，所述破碎铜中Cu的含量为57～62wt％。
作为优选，所述铜锭的平均晶粒直径控制在40um以下。铜锭晶粒细小可以保证浇铸卫浴产品的表面沙眼和开裂减少，有利于电镀表面质量的保证。
作为优选，所述铜锭中硬质点和气孔的数量≤6个。本发明通过对铸造工艺控制，实现铜锭杂质点和气孔少，说明铜锭的质量是有保证的；铜锭质量的优异可以保证在后道浇铸卫浴产品时不会因为杂质、气孔原因导致浇铸开裂、电镀沙眼等问题。
作为优选，所述铜锭的成分为Cu：55～65wt％，Al：0.3～1.0wt％，Pb：2.0～3.0wt％，Sn≤0.5％，Ni≤0.5％，Fe≤0.4％，Bi≤0.02％，其余为Zn和不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明采用以废杂铜(除铁铜末、破碎铜)为主要原料浇铸用于环保卫浴用铜锭，因废杂铜中含铜量较低，且成分复杂，因此对熔炼的要求极高，通过对整个熔炼过程中相关参数以及添加物料的顺序控制，使得浇铸出的铜锭满足硬质点和气孔数量少，达到一级标准，且铜锭的晶粒细小，保证浇铸卫浴产品的表面沙眼和开裂减少，有利于电镀表面质量的保证。与传统卫浴用铜锭的原材料为80％以上的紫铜和锌、20％单一牌号再生黄铜相比，在保证铜锭质量的前提下原材料成本得到极大地降低。
2)为了避免废杂铜中的高熔点金属熔入铜水中，因此采用分批次熔化多次捞渣工序作业，每次的捞渣工序都在低温下进行，保证了废杂铜中杂质元素能够有效去除以及硬质点和气孔数量的减少；为了保证铜锭的组织细小，晶粒细化剂与铝硼合金在不同流程中加入，两者的协同作用起到了良好的细晶强化效果。
3)利用本发明的方法生产的铜锭产品抛光质量好、无流星尾巴及凹陷凸起缺陷，成品表面更加光滑、细致更有利于后期电镀操作，铜锭产品等级达到一级。本发明利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭，节约了原材料成本，并且工序简单、流程短，生产的产品具有更高的利润空间，市场竞争优势明显。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相照片；
图2为本发明实施例2的金相照片；
图3为本发明实施例3的金相照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例1至3的铜锭制备方法：
1)将熔炼炉电压设置为380～420V，先加入除铁铜末和2#紫铜，然后加入铝稀土、晶粒细化剂；
2)待其熔化后，将熔炼炉电压调高到780～820V，分批次加入破碎铜，每批次破碎铜熔化后，将电压调低到380～420V，进行捞渣作业；最后加入铝硼合金；
3)待步骤2中的铜水全部熔化后，将熔炼炉电压调到580～620V，取铜水化验成分，按成分比例要求添加适量锌锭；
4)随后加入精炼剂、除渣剂，进行搅拌、电压调至380～420V进行捞渣作业；
5)加入镁锭，保持铜水温度在1020～1060℃，取样进行甩杯预检；
6)预检完成，将熔炼炉电压调高至780～820V，进行喷火作业，喷火完成将熔炼炉电压调至380～420V，进行捞渣；
7)关掉电源，将温度降低到1020～1060℃后打开电源稳压在580～620V，浇铸得到环保卫浴用铜锭。
对实施例铜锭取样抛光后宏观金相和微观金相检测。
宏观金相检测：观察抛光硬质点和气孔数量判定产品质量等级，0～3个算零级，3～6个算一级，6～9个算二级。
微观金相检测：按照GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》。
表1本发明实施例的成分范围
Figure BDA0002453638290000041
按照表1的实施例成分范围进行投料，投料表见表2。
表2本发明实施例的投料量
Figure BDA0002453638290000042
从表2可以看出本发明采用以破碎铜为主要原料，除铁铜末和2#紫铜主要作为底铜水少量添加，从而大大降低成产成本。
表3本发明实施例1的铜锭光谱成分单
Figure BDA0002453638290000051
表4本发明实施例2的铜锭光谱成分单
Figure BDA0002453638290000052
表5本发明实施例3的铜锭光谱成分单
Figure BDA0002453638290000053
从表3、4、5可以看出，铜锭光谱成分检测符合表1中实施例成分的要求，且杂质成分含量控制较低，铜锭质量优异。
表6本发明实施例的铜锭组织检测
编号 气孔/个 硬质点/个 平均晶粒直径/um
实施例1 4 1 30um以下
实施例2 2 2 30um以下
实施例3 3 2 30um以下
从表6可以得出，本发明实施例的气孔和硬质点个数在6个以下，铜锭符合一级标准；从图1、图2、图3看出实施例的组织平均晶粒直径在30um以下，组织晶粒细小。少的硬质点、气孔数以及组织晶粒的细小保证浇铸卫浴产品的表面沙眼和开裂减少，有利于电镀表面质量的保证。利用本发明的方法生产的铜锭产品抛光质量好、无流星尾巴及凹陷凸起缺陷，成品表面更加光滑、细致更有利于后期电镀操作。

Claims (6)

1.一种利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于包括以下制备流程：
1)将熔炼炉电压设置为380～420V，先加入除铁铜末和2#紫铜，然后加入铝稀土、晶粒细化剂；
2)待其熔化后，将熔炼炉电压调高到780～820V，分批次加入破碎铜，每批次破碎铜熔化后，将电压调低到380～420V，进行捞渣作业；最后加入铝硼合金；
3)待步骤2中的铜水全部熔化后，将熔炼炉电压调到580～620V，取铜水化验成分，按成分比例要求添加适量锌锭；
4)随后加入精炼剂、除渣剂，进行搅拌、电压调至380～420V进行捞渣作业；
5)加入镁锭，保持铜水温度在1020～1060℃，取样进行甩杯预检；
6)预检完成，将熔炼炉电压调高至780～820V，进行喷火作业，喷火完成将熔炼炉电压调至380～420V，进行捞渣；
7)关掉电源，将温度降低到1020～1060℃后打开电源稳压在580～620V，浇铸得到环保卫浴用铜锭。
2.根据权利要求1所述的利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于：所述晶粒细化剂为氟盐类细化剂。
3.根据权利要求1所述的利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于：所述2#紫铜：除铁铜末：破杂铜的添加质量比为1：1～2：8～15，所述破碎铜中Cu的含量为57～62wt％。
4.根据权利要求1所述的利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于：所述铜锭的平均晶粒直径控制在40um以下。
5.根据权利要求1所述的利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于：所述铜锭中硬质点和气孔的数量≤6个。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的利用废杂铜直接生产环保卫浴用铜锭的制备方法，其特征在于，所述铜锭的成分为Cu：55～65wt％，Al：0.3～1.0wt％，Pb：2.0～3.0wt％，Sn≤0.5％，Ni≤0.5％，Fe≤0.4％，Bi≤0.02％，其余为Zn和不可避免的杂质。
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