CN114134352A - 一种废料熔炼黄铜用清渣剂以及黄铜熔炼的方法 - Google Patents

一种废料熔炼黄铜用清渣剂以及黄铜熔炼的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废料熔炼黄铜用清渣剂，其特征在于，该清渣剂的质量百分比组成为：氟硅酸钠50％～80％，石英砂10％～15％，氧化钙5％～10％，三氧化二铝5％～10％，偏铁酸钾5％～10％，纯碱5％～10％，二氧化锰5％～10％。本发明通过控制清渣剂的添加物质及其含量，净化黄铜熔体，通过物理吸附和化学反应将熔渣排出熔体，从而净化熔体，保证熔体的成分合格，黄铜熔体的Fe含量控制在0.5wt％以下，Al含量控制在0.001wt％以下，捞出的灰渣中，含铜量在12wt％以下，铜棒质量得到保证，可继续进行下一道工序。

Description

一种废料熔炼黄铜用清渣剂以及黄铜熔炼的方法
技术领域
本发明属于铜合金铸造技术领域，具体涉及一种废料熔炼黄铜用清渣剂以及黄铜熔炼的方法。
背景技术
铜种类繁多，例如紫铜、铅黄铜、铝青铜、锡青铜、电镀黄铜类产品，有些铜合金产品夹带塑料型材，有些铜合金产品还加入其他特性属性的金属，例如铁，镍，铬，锆，钨，铋，铝，锰，硅，钙，铌，钛等金属，通过这些金属的加入使得铜合金产品具备不同的使用性能，耐腐蚀，高强度高导电，易切削，耐磨，耐冲击，高屈服等，这些铜合金产品在使用寿命周期完以后，就被当作废杂铜处理了，但是废杂铜均是简单分类，导致各种铜合金产品混杂一起，杂质含量高以及元素种类多，回收来的废杂铜再次熔炼的难度加大，而现阶段熔炼普通铅黄铜均将废杂铜作为主要原料之一，由于各种金属的存在，导致熔炼过程中，经常出现杂质超标，熔炼铜水粘度突然增加，导致引拉事故，熔炼铜灰含铜量不断增加，棒材过于偏硬，无法下料。
因此，针对现有的废料熔炼黄铜的熔体除杂需要进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种废料熔炼黄铜用清渣剂，降低熔体中杂质含量，铜灰变得蓬松，灰渣含铜量下降明显，保证铜水成分合格以及满足后续铸造要求。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种废料熔炼黄铜用清渣剂，其特征在于，该清渣剂的质量百分比组成为：氟硅酸钠50％～80％，石英砂10％～15％，氧化钙5％～10％，三氧化二铝5％～10％，偏铁酸钾5％～10％，纯碱5％～10％，二氧化锰5％～10％。
氟硅酸钠(Na2SiF6)的综合作用
氟硅酸钠可以显著降低熔渣的熔点，熔渣的熔点降低后，渣体的流动性得到大大提升，铜颗粒可以顺利沿着熔渣流入铜水中，大大提高熔炼的收得率，同时后期熔炼熔渣呈现出蓬松的状态，在捞渣过程中，可以顺利将铜颗粒流入铜水中。氟硅酸钠的分解式如下：
Na2SiF6→NaF+SiF4↑
氟硅酸钠高于80％，氟硅酸钠分解出的SiF4挥发性较多，不利于充分利用，同时增加设备腐蚀性风险，低于50％时，整体的炉渣熔点下降不明显，不利于熔渣流动性。
氧化钙(CaO)、石英砂(SiO2)、纯碱(Na2CO3)的综合作用
氧化钙、石英砂与纯碱作为覆盖剂，当温度在1100℃以上，混合物能够熔合成流动性很好的复式硅酸盐，该复式硅酸盐可以从熔体浮出，蓬松炉渣，降低铜含量，同时碳酸钠分解的二氧化碳气体可以带出熔体微小硅酸盐、氧化物以及气体。碳酸钠分解式如下：
Na2CO3→Na2O+CO2↑
Al2O3+SiO2→Al2O3·SiO2
Fe2O3+SiO2→Fe2O3·SiO2
CaO+SiO2→CaO·SiO2
Na2O+SiO2→Na2O·SiO2
NiO+SiO2→NiO·SiO2
……
石英砂低于10％，部分氧化物无法复合完全，石英砂高于15％增加渣的粘性，玻璃性氧化物过多不利于熔渣流动性。氧化钙高于10％会恶化灰渣的蓬松性，形成炉灰板块，不利于炉灰收得铜颗粒，低于5％对于造渣不利，容易使得硅质氧化物增多，增加渣的粘性，纯碱高于10％后，产生的氧化钠未被利用，会增加更多的炉灰，不利于炉灰收得铜颗粒，低于5％不利于维系蓬松渣系的稳定性。
二氧化锰的综合作用
富氧脱氢，再脱氧：铜液中氢、氧浓度的乘积是一常数。因此使铜液富氧，增加其氧浓度，可以降低铜液中的含氢量而达到脱氢的目的。熔炼时，用氧化性熔剂作为铜液的覆盖剂，可使铜液富氧脱氢。发生下列化学反应：
2MnO2→Mn2O3+[O]
Mn2O3→Mn3O4+[O]
Mn3O4+2[H]→MnO+H2O
由以上化学反应式可看出，氧化剂分解都释放出原子态氧，它不仅使铜液再氧化，生成Mn3O4而脱氢，并且可使铜液中杂质元素(例如Fe、Al、Ca、Cr、As、Bi等)氧化成金属氧化物进入熔剂渣层而被排除掉。因此氧化性熔剂亦是一种脱氢，除夹杂的精炼剂。
二氧化锰高于10％会增加炉渣的粘性，配合偏铁酸钾KFeO2，降低锰的含量，避免铸造应力的产生。
偏铁酸钾(KFeO2)的综合作用
偏铁酸钾进入熔体后，转变为高铁酸钾K2FeO4，高铁酸钾K2FeO4是一种高效氧化剂，主要用于对杂质进行氧化，将熔体内部特殊金属氧化成氧化物，例如铁，镍，铬，锆，钨，铋，铝，锰，硅，钙，铌，钛,锡等金属，这些氧化物和二氧化硅作用，形成对应的盐，进而除杂。
KFeO2+O2→K2FeO4
Fe+[O]→Fe2O3(K2FeO4作为催化剂)
Ni+[O]→NiO(K2FeO4作为催化剂)
Al+[O]→Al2O3(K2FeO4作为催化剂)
……
偏铁酸钾高于10％，过强的氧化性，会使得铜成为氧化铜，进而造渣，造成铜的损耗，而且氧化铜属于硬脆性物质，导致产品存在较大的隐患，铁偏高不利于切削性，低于5％，氧化效果补充，不能充分配合氧化。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种黄铜熔炼的方法。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种黄铜熔炼的方法，其特征在于：黄铜原料采用铜废料，铜废料包括废杂铜、加工回料、生产回料；添加权利要求1所述的清渣剂，添加量为黄铜原料总质量的1％～3％；熔炼包括以下制备步骤：
1)将炉体电压打到350～450V，将生产回料加入炉内；
2)生产回料熔化后，将加工回料加入炉体内；
3)生产回料和加工回料全部熔化后，小喷火，将电压打到280～340V，加入清渣剂总质量的5～15％，采用淋撒的方式加入到熔体中，搅拌1～3min，搅拌完成，静止2～10min，捞渣；
4)捞渣完成后，加入废杂铜，并加入15～45％的清渣剂，电压打到350～450V；
5)铜废料全部熔化后，电压打到280～340V，将剩余清渣剂加入到熔体中，搅拌5～10min，静止15～15min，再继续搅拌5min以上，捞渣，熔炼完成。
作为优选，所述铜废料的质量百分比组成为废杂铜60％～80％，加工回料15％～25％，余量为生产回料。
作为优选，黄铜熔体的Fe含量控制在0.4wt％以下，Al含量控制在0.001wt％以下，捞出的灰渣中，含铜量在12wt％以下。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过控制清渣剂的添加物质及其含量，净化黄铜熔体，通过物理吸附和化学反应将熔渣排出熔体，从而净化熔体，保证熔体的成分合格，黄铜熔体的Fe含量控制在0.5wt％以下，Al含量控制在0.001wt％以下，捞出的灰渣中，含铜量在12wt％以下，铜棒质量得到保证，可继续进行下一道工序。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
清渣剂的质量百分比组成为：氟硅酸钠65％，石英砂10％，氧化钙5％，三氧化二铝5％，偏铁酸钾5％，纯碱5％，二氧化锰5％。
将清渣剂用包装袋包好备用，清渣剂加入量为黄铜原料总质量的2％。
黄铜原料采用铜废料，铜废料的质量百分比组成为废杂铜70％，加工回料20％，余量为生产回料。
加工回料包括车削料，钻削料，冷冲料等，即成品在下游行业使用加工过程中所产生废料。
生产回料包括锯切料，锯末料，扒皮料等，即黄铜生产过程中，在铜厂生产车间所产生的废料。
在3t工频炉熔炼HPb58-2A，包括以下制备步骤：
1)熔化炉电炉电压打到400V，将280kg的生产回料加入炉内，同时利用搅拌机将物料压实，便于充分高效熔化；
2)生产回料熔化后，将560kg加工回料加入炉内，采用步骤1的方式进行操作；
3)生产回料、加工回料熔化后，小喷火，将电压打到320V，加入5.6kg的清渣剂(清渣剂10％)，采用淋撒的方式，利用捞渣瓢进行搅拌，让熔剂和炉渣充分混合，搅拌1～3min，搅拌完成，静止5min，即可捞渣；
4)捞渣完成后，加入废杂铜1960kg，废杂铜分三次加入，每次加入量为650kg，每次加入清渣剂为5.6kg，在加料小车前沿安装下料漏斗，随着加料小车震动清渣剂随物料加入，使得清渣剂可以和原料充分混合，重复三次动作，电压调到400V；
5)原料全部熔化后，电压打到320V，温度维持在1000℃左右，将剩下60％的清渣剂加入铁管，焊接在搅拌叶上，随着搅拌机深入熔体内部不断搅拌，铁管内部的清渣剂不断释放出来，可以做到充分和熔体反应，搅拌5～10min，静止10min，再用搅拌机搅拌5min以上，即可捞渣。
实施例2
清渣剂的质量百分比组成为：氟硅酸钠60％，石英砂10％，氧化钙5％，氧化铝5％，偏铁酸钾5％，纯碱10％，二氧化锰5％。
将清渣剂用包装袋包好备用，清渣剂加入量为黄铜原料总质量的2％。
黄铜原料采用铜废料，铜废料的质量百分比组成为废杂铜70％，加工回料20％，余量为生产回料。
加工回料包括车削料，钻削料，冷冲料等，即成品在下游行业使用加工过程中所产生废料。
生产回料包括锯切料，锯末料，扒皮料等，即黄铜生产过程中，在铜厂生产车间所产生的废料。
在3t工频炉熔炼C3771，包括以下制备步骤：
1)熔化炉电炉电压打到400V，将280kg的生产回料加入炉内，同时利用搅拌机将物料压实，便于充分高效熔化；
2)生产回料熔化后，将560kg加工回料加入炉内，采用步骤1的方式进行操作；
3)生产回料、加工回料熔化后，小喷火，将电压打到320V，加入5.6kg的清渣剂(清渣剂10％)，采用淋撒的方式，利用捞渣瓢进行搅拌，让熔剂和炉渣充分混合，搅拌1～3min，搅拌完成，静止5min，即可捞渣；
4)捞渣完成后，加入废杂铜1960kg，废杂铜分三次加入，每次加入量为650kg，每次加入清渣剂为5.6kg，在加料小车前沿安装下料漏斗，随着加料小车震动清渣剂随物料加入，使得清渣剂可以和原料充分混合，重复三次动作，电压调到400V；
5)原料全部熔化后，电压打到320V，温度维持在1000℃左右，将剩下60％的清渣剂加入铁管，焊接在搅拌叶上，随着搅拌机深入熔体内部不断搅拌，铁管内部的清渣剂不断释放出来，可以做到充分和熔体反应，搅拌5～10min，静止10min，再用搅拌机搅拌5min以上，即可捞渣。
对比例1熔炼HPb58-2A与实施例1的不同之处在于清渣剂的成分不同，具体成分为碳酸钠40wt％，氯化钠15wt％，氧化钙15wt％，氧化硅30wt％。
对比例2熔炼C3771与实施例2的不同之处在于清渣剂的成分不同，具体成分为碳酸钠40wt％，氯化钠15wt％，氧化钙15wt％，氧化硅30wt％。
对得到的实施例和对比例熔体进行成分检测，并对捞出的灰渣测试含铜量。
成分检测方法为：YS T 482-2005铜及铜合金分析方法光电发射光谱法。
灰渣含铜量测试方法为：在炉灰堆场，5点取样，总量2kg，将取出来的铜灰采用清水清洗干净，仅留下铜颗粒，称取铜颗粒重量A kg，A/2即可得出灰渣含量的比例。
表1本发明实施例和对比例的成分以及灰渣中铜含量/wt％
Figure BDA0003376696400000061

Claims (4)

1.一种废料熔炼黄铜用清渣剂，其特征在于，该清渣剂的质量百分比组成为：氟硅酸钠50％～80％，石英砂10％～15％，氧化钙5％～10％，三氧化二铝5％～10％，偏铁酸钾5％～10％，纯碱5％～10％，二氧化锰5％～10％。
2.一种黄铜熔炼的方法，其特征在于：黄铜原料采用铜废料，铜废料包括废杂铜、加工回料、生产回料；添加权利要求1所述的清渣剂，添加量为黄铜原料总质量的1％～3％；熔炼包括以下制备步骤：
1)将炉体电压打到350～450V，将生产回料加入炉内；
2)生产回料熔化后，将加工回料加入炉体内；
3)生产回料和加工回料全部熔化后，小喷火，将电压打到280～340V，加入清渣剂总质量的5～15％，采用淋撒的方式加入到熔体中，搅拌1～3min，搅拌完成，静止2～10min，捞渣；
4)捞渣完成后，加入废杂铜，并加入15～45％的清渣剂，电压打到350～450V；
5)铜废料全部熔化后，电压打到280～340V，将剩余清渣剂加入到熔体中，搅拌5～10min，静止15～15min，再继续搅拌5min以上，捞渣，熔炼完成。
3.根据权利要求2所述的黄铜熔炼的方法，其特征在于：所述铜废料的质量百分比组成为废杂铜60％～80％，加工回料15％～25％，余量为生产回料。
4.根据权利要求2所述的黄铜熔炼的方法，其特征在于：黄铜熔体的Fe含量控制在0.4wt％以下，Al含量控制在0.001wt％以下，捞出的灰渣中，含铜量在12wt％以下。
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