CN114908260A - 一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法 - Google Patents

一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Cu‑Zn‑Cr合金铸锭的制备方法，该Cu‑Zn‑Cr合金的质量百分比组成为，Zn：8wt％～12wt％，Cr：0.5wt％～1.0wt％，余量为Cu及不可避免的杂质；其特征在于：包括以下制备步骤：1)将电解铜放入加热炉，同时加入碎木炭覆盖保护，覆盖厚度在60～100mm，电压调整到500～550V进行升温加热。本发明在铸锭制备的各阶段，采取不同的措施对熔体进行保护，并严格控制Zn、Cr元素的添加温度和添加时间，对熔炼温度、浇铸温度、拉铸速度等进行严格控制，各步骤流程以及各参数的协同配合，提高了Cr的收得率，减低Zn的烧损，保证元素的稳定性和均匀性，获得成分合格、组织均匀的铸锭，保证Cr的收得率在80wt％以上。

Description

一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法
技术领域
本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法。
背景技术
随着国内电气化铁路的高速发展，对于电气化铜合金的需求在不断增长，其中以铜铬锌系合金需要量为最显著，主要是其具备强度高，耐热性好，同时导电性也非常优秀，被广泛用于电工电子，机电行业，也是国内大功率异步牵引电机转子首选合金材料。但是目前该合金的生产存在技术难点，其原因在于，Cr元素的添加比较困难，容易浮在熔液表面，且在高温下容易氧化，加上Zn在高温下(1350℃以上)容易烧损，因此，Cr、Zn元素的含量难以进行控制，使得Cr、Zn元素的稳定性和均匀性存在一定的难度。而上述问题的出现主要存在于合金的熔铸、铸造过程中，故，需要对现有的铜铬锌系合金的熔炼、铸造工艺进行改进，提高Cu-Zn-Cr合金铸锭的质量。
发明内容
本发明提供一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，提高Cr的收得率，减低Zn的烧损，保证元素的稳定性和均匀性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，该Cu-Zn-Cr合金的质量百分比组成为，Zn：8wt％～12wt％，Cr：0.5wt％～1.0wt％，余量为Cu及不可避免的杂质；其特征在于：包括以下制备步骤：
1)将电解铜放入中频熔化炉，同时加入碎木炭覆盖保护，覆盖厚度在60～100mm，电压调整到500～550V进行升温加热；
2)铜熔化完成后，炉温保持在1080℃～1120℃，加入Zn锭，20～30min升温至1280～1350℃，加入碎木炭和稻壳覆盖，静止5～15min后捞渣；
3)捞渣结束后，在铜液上方覆盖玻璃，玻璃厚度在30mm以上，加入Cr，温度控制在1250℃～1300℃，静止20～50min后，温度控制在1180～1220℃，取样化验，根据化验结果调整成分直至符合要求，在成分符合要求后，静止20～40min，然后加入细化剂；
4)浇管埋入加热炉内铜液20mm以上，将铜液浇入结晶器，同时在结晶器内加入烟灰覆盖液面，烟灰的覆盖厚度在10mm以上，浇铸温度控制在1250℃～1280℃，引锭速度100mm/min～200mm/min，冷却水冷却，铸锭出结晶器口为红热状态。
作为优选，所述碎木炭的粒度为5～15mm，
作为优选，所述步骤3)中，Cr的具体加入方式为：Cr混合冰晶石装入紫铜管中，将紫铜管加入铜液，Cr的粒度为1～5mm，Cr与冰晶石的体积比为1:0.8～1.2，紫铜管手持端加入碎木炭。Cr与冰晶石、碎木炭混合形成还原气氛空间，形成覆盖膜，防止氧化，用于防止铬的烧损。
作为优选，所述冷却水包括一次冷却水和二次冷却水；一次冷却水为循环冷却水，对结晶器进行冷却，水流量为13～15m3/h，进水、出水温差为10～15℃；二次冷却水喷洒在距结晶器出口100～150mm处的铸锭表面，二次冷却水的水流量为10～15m3/h。
作为优选，所述铸锭出结晶器口的温度控制在600℃～800℃。保证铸锭处于红锭，获得较好的铸锭表面质量，消除表面冷隔。有利于晶粒的轴向生长，获得更好的端面细晶，细化晶粒进而起到均匀化合金成分的作用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在铸锭制备的各阶段，采取不同的措施对熔体进行保护，并严格控制Zn、Cr元素的添加温度和添加时间，对熔炼温度、浇铸温度、拉铸速度等进行严格控制，各步骤流程以及各参数的协同配合，提高了Cr的收得率，减低Zn的烧损，保证元素的稳定性和均匀性，获得成分合格、组织均匀的铸锭，保证Cr的收得率在80wt％以上。
附图说明
图1为本发明实施例1的宏观的金相照片。
图2为本发明实施例1的微观金相组织照片。
图3为本发明实施例2的宏观的金相照片。
图4为本发明对比例的宏观的金相照片。
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。
实施例和对比例按照表1的成分配比进行配料，所添加的Zn锭、Cr的重量以及原料总量见表1。
实施例1
Cu-Zn-Cr合金铸锭
Figure BDA0003604239280000021
具体生产过程如下：配料按照物料总重300kg，Cr0.7％，Zn按照10％，即配入2.1kg的铬，30kg的锌，余量为267.9kg的电解板
1)将电解铜267.9kg电解板依次放入中频熔化炉，电解板加入，小块电解铜放入熔化炉底部，压实，上层放入大块电解铜，同时加入碎木炭覆盖保护，碎木炭的粒度为5～15mm，覆盖厚度在80mm，电压调整到520V进行升温加热；
2)铜熔化完成后，炉温保持在1100℃，加入30kgZn锭，25min升温至1300℃，加入碎木炭和稻壳覆盖，碎木炭的粒度为5～15mm，静止10min后捞渣；
3)捞渣结束后，在铜液上方覆盖玻璃，玻璃厚度在30mm以上，加入2.1kgCr，温度控制在1250℃，静止40min后，温度控制在1200℃，取样化验，根据化验结果调整成分直至符合要求，在成分符合要求后，静止30min，然后加入细化剂；
Cr的具体加入方式为：Cr混合冰晶石装入紫铜管中，将紫铜管加入铜液，Cr的粒度为1～5mm，Cr与冰晶石的体积比为1:1，紫铜管手持端加入碎木炭。
4)浇管埋入加热炉内铜液20mm以上，将铜液浇入结晶器，同时在结晶器内加入烟灰覆盖液面，烟灰的覆盖厚度在10mm以上，浇铸温度控制在1250℃，引锭速度150mm/min，冷却水冷却，冷却水包括一次冷却水和二次冷却水；一次冷却水为循环冷却水，对结晶器进行冷却，水流量为13～15m3/h，进水、出水温差为10～15℃；二次冷却水喷洒在距结晶器出口150mm处的铸锭表面，二次冷却水的水流量为10～15m3/h，铸锭出结晶器口的温度控制在600℃，铸锭出结晶器口为红热状态。
从图1可以看出，铸锭晶粒大小均匀，未见局部组织晶粒粗大，基本是等轴晶。从图2的微观金相组织照片可以计算出晶粒的大小在100μm以下。
实施例2
Cu-Zn-Cr合金铸锭
Figure BDA0003604239280000031
具体生产过程如下：配料按照物料总重300kg，Cr0.8％，Zn按照12％，即配入2.4kg的铬，36kg的锌，余量为261.6kg的电解板
1)将261.6kg电解铜放入中频熔炼炉，小块电解铜放入熔炼炉底部，压实，上层放入大块电解铜，同时加入碎木炭覆盖保护，碎木炭的粒度为5～15mm，覆盖厚度在70mm，电压调整到520V进行升温加热；
2)铜熔化完成后，炉温保持在1090℃，加入36kgZn锭，30min升温至1300℃，加入碎木炭和稻壳覆盖，碎木炭的粒度为5～15mm，静止10min后捞渣；
3)捞渣结束后，在铜液上方覆盖玻璃，玻璃厚度在30mm以上，加入2.4kgCr，温度控制在1300℃，静止30min后，温度控制在1250℃，取样化验，根据化验结果调整成分直至符合要求，在成分符合要求后，静止40min，然后加入细化剂；
Cr的具体加入方式为：Cr混合冰晶石装入紫铜管中，将紫铜管加入铜液，Cr的粒度为1～5mm，Cr与冰晶石的体积比为1:1，紫铜管手持端加入碎木炭。
4)浇管埋入加热炉内铜液20mm以上，将铜液浇入结晶器，同时在结晶器内加入烟灰覆盖液面，烟灰的覆盖厚度在10mm以上，浇铸温度控制在1270℃，引锭速度100mm/min，冷却水冷却，冷却水包括一次冷却水和二次冷却水；一次冷却水为循环冷却水，对结晶器进行冷却，水流量为13～15m3/h，进水、出水温差为10～15℃；二次冷却水喷洒在距结晶器出口150mm处的铸锭表面，二次冷却水的水流量为10～15m3/h，铸锭出结晶器口的温度控制在700℃，铸锭出结晶器口为红热状态。
从图1可以看出，铸锭晶粒大小均匀，未见局部组织晶粒粗大，基本是等轴晶，相对于图1，晶粒有所变化，但是金相组织均匀。
实施例3
Cu-Zn-Cr合金铸锭
Figure BDA0003604239280000041
具体生产过程如下：配料按照物料总重300kg，Cr1.0％，Zn按照11％，即配入3kg的铬，33kg的锌，余量为264kg的电解板
1)将264kg电解铜放入中频熔炼炉，小块电解铜放入熔炼炉底部，压实，上层放入大块电解铜，同时加入碎木炭覆盖保护，碎木炭的粒度为5～15mm，覆盖厚度在70mm，电压调整到520V进行升温加热；
2)铜熔化完成后，炉温保持在1100℃，加入33kg Zn锭，30min升温至1290℃，加入碎木炭和稻壳覆盖，碎木炭的粒度为5～15mm，静止10min后捞渣；
3)捞渣结束后，在铜液上方覆盖玻璃，玻璃厚度在30mm以上，加入3kg Cr，温度控制在1300℃，静止30min后，温度控制在1250℃，取样化验，根据化验结果调整成分直至符合要求，在成分符合要求后，静止40min，然后加入细化剂；
Cr的具体加入方式为：Cr混合冰晶石装入紫铜管中，将紫铜管加入铜液，Cr的粒度为1～5mm，Cr与冰晶石的体积比为1:1，紫铜管手持端加入碎木炭。
4)浇管埋入加热炉内铜液20mm以上，将铜液浇入结晶器，同时在结晶器内加入烟灰覆盖液面，烟灰的覆盖厚度在10mm以上，浇铸温度控制在1270℃，引锭速度100mm/min，冷却水冷却，冷却水包括一次冷却水和二次冷却水；一次冷却水为循环冷却水，对结晶器进行冷却，水流量为13～15m3/h，进水、出水温差为10～15℃；二次冷却水喷洒在距结晶器出口150mm处的铸锭表面，二次冷却水的水流量为10～15m3/h，铸锭出结晶器口的温度控制在750℃，铸锭出结晶器口为红热状态。
对比例
Cu-Zn-Cr合金铸锭
Figure BDA0003604239280000042
具体生产过程如下：配料按照物料总重300kg，Cr0.7％，Zn按照12％，即配入2.1kg的铬，36kg的锌，余量为261.9kg的电解板
1)将261.9kg电解铜放入加热炉，同时加入木炭覆盖保护，覆盖厚度在30mm，电压调整到520V进行升温加热；
2)铜熔化完成后，炉温保持在1200℃，加入36kgZn锭，30min升温至1300℃，加入木炭和稻壳覆盖，静止10min后捞渣；
3)捞渣结束后，在铜液上方覆盖木炭，加入2.1kgCr颗粒，温度控制在1350℃，静止30min后，温度控制在1300℃，取样化验，根据化验结果调整成分直至符合要求，在成分符合要求后，静止20min；
4)浇管埋入加热炉内铜液中，将铜液浇入结晶器，对结晶器进行冷却，铸锭出结晶器口的温度控制在500℃，铸锭出结晶器口非红热状态。
从图4可以看出，组织枝晶比较发达，组织分布不均匀，晶粒大小不均，边部是细小的等轴晶，中间部位是柱状晶，最中间为等轴晶，晶粒度无法评级，局部晶粒组织粗大。
对得到的实施例和对比例的铸锭成分采用光谱测试方法进行检测，并计算Cr收得率、Zn烧损率，具体结果见表2。
Cr收得率的计算方法：收得率＝(光谱检测Cr含量比例*铸锭重量)/原料中加入的Cr重量；
Zn烧损率的计算方法：烧损率＝(原料中加入的Zn重量-光谱检测Zn含量比例*铸锭重量)/原料中加入的Zn重量。
表1本发明实施例和对比例的配料成分/wt％以及对应添加的原料重量/Kg
Figure BDA0003604239280000061
表2本发明实施例和对比例的检测成分/wt％以及烧损率
Figure BDA0003604239280000062

Claims (5)

1.一种Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，该Cu-Zn-Cr合金的质量百分比组成为，Zn：8wt％～12wt％，Cr：0.5wt％～1.0wt％，余量为Cu及不可避免的杂质；其特征在于：包括以下制备步骤：
1)将电解铜放入加热炉，同时加入碎木炭覆盖保护，覆盖厚度在60～100mm，电压调整到500～550V进行升温加热；
2)铜熔化完成后，炉温保持在1080℃～1120℃，加入Zn锭，20～30min升温至1280～1350℃，加入碎木炭和稻壳覆盖，静止5～15min后捞渣；
3)捞渣结束后，在铜液上方覆盖玻璃，玻璃厚度在30mm以上，加入Cr，温度控制在1250℃～1300℃，静止20～50min后，温度控制在1180～1220℃，取样化验，根据化验结果调整成分直至符合要求，在成分符合要求后，静止20～40min，然后加入细化剂；
4)浇管埋入加热炉内铜液20mm以上，将铜液浇入结晶器，同时在结晶器内加入烟灰覆盖液面，烟灰的覆盖厚度在10mm以上，浇铸温度控制在1250℃～1280℃，引锭速度100mm/min～200mm/min，冷却水冷却，铸锭出结晶器口为红热状态。
2.根据权利要求1所述的Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述碎木炭的粒度为5～15mm。
3.根据权利要求1所述的Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，Cr的具体加入方式为：Cr混合冰晶石装入紫铜管中，将紫铜管加入铜液，Cr的粒度为1～5mm，Cr与冰晶石的体积比为1:0.8～1.2，紫铜管手持端加入碎木炭。
4.根据权利要求1所述的Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述冷却水包括一次冷却水和二次冷却水；一次冷却水为循环冷却水，对结晶器进行冷却，水流量为13～15m3/h，进水、出水温差为10～15℃；二次冷却水喷洒在距结晶器出口100～150mm处的铸锭表面，二次冷却水的水流量为10～15m3/h。
5.根据权利要求1所述的Cu-Zn-Cr合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述铸锭出结晶器口的温度控制在600℃～800℃。
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