CN114959327B - 利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置及方法，属于金属熔体净化技术领域。该装置包括熔体加热装置、电极位移装置和脉冲电流发生装置，具体包括加热源、金属熔体、熔池、石墨电极板、连接器、连接杆、固定旋钮、伸缩杆、电机、滑动板、平行金属滑动板底座、固定底座。石墨电极板一端插入熔体，一端连接连接器，连接器连接连接杆，连接杆穿过伸缩杆，伸缩杆控制电极上下移动，滑动板与平行金属滑动板底座控制电极左右移动，平行金属滑动板底座连接固定底座，金属导线连接连接器和脉冲电流发生装置。本发明制备低杂再生黄铜合金生产流程短、操作简易、能耗低、除杂效率高，适用于有色金属合金再生和大规模连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及金属熔体净化技术领域，特别是指一种利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置及方法。
背景技术
铜及其合金材料广泛运用于电气、汽车、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。且铜及其合金是工程大力发展的关键基础材料，也是工业装备、电子信息、电器等领域重要的工业用材料。我国原生铜矿资源严重不足，对外依存度高。
相比于铜精矿冶炼，1吨再生黄铜制品可减少二氧化碳排放约5.5万吨；回收1吨黄铜可节约4.5吨铜精矿。开发利用二次资源，不仅能够最大限度的实现资源再利用，给企业带来可观的经济效益，也成为实现可持续发展的重要途径。但是再生黄铜原料来源广泛、种类多样、形态各异，夹杂物、附着物等污染物多。这些原料直接熔炼后，导致熔体中杂质元素种类繁多、含量高等特点，不同程度地影响着铜材的加工性能和物理力学性能。因此，为了提高再生黄铜合金的质量，在再生黄铜合金熔炼时去除熔体中的杂质元素是非常重要的，这有助于最大程度地发挥黄铜合金的再生潜力，并且提高合金材料的纯净度和综合性能。
现有技术中提及了一种利用废杂铜料生产铜粉的电解槽，包括：槽体和位于槽体内的圆环阳极夹套和阴极铜柱；圆环阳极夹套套在阴极铜柱外；槽体内填充有电解液；圆环阳极夹套用于放置待电解铜料。该电解槽能够将较低品位的废杂铜料电解成符合国标的电解铜粉产品。但是对设备要求较高，电解铜液需要定期更换，操作繁琐，且直流电场能耗较高，生产成本高，不契合当前工业绿色发展规划的要求。
现有技术中还提及了一种从铜基固废中综合回收有价金属的方法，包括以下步骤：将铜基固废、煤与熔剂均匀混合配料后进行还原熔炼，产出粗铜、还原渣、烟尘；产出的粗铜进行阳极精炼，燃料率为5-15％，造渣率为3-30％，得到铜阳极板、精炼渣、烟尘；产出的精炼渣采用酸浸，得到电铜、浸出渣。该方法既能使铜基固废中的铜高效分离，又能处理废杂铜、次氧化锌烟尘、锡渣等重金属固废，实现全流程铜锌铅锡的梯级综合高效回收的目的。但是再生流程长，参数变量复杂，实现不了短流程合金熔体净化除杂的效果。
现有技术中关于废杂铜除铁的方法，其主要工艺包括原料预处理—磁选—熔炼—浇铸。废杂铜原料首先经过预处理，拆解容易分离的铁制品，利用金属剪切机破碎后磁选，进一步物理分离铁制品，然后在感应炉内完全熔化后加入铜箔包裹的精炼剂氯化铜或者氯化亚铜，熔炼温度为950℃-1500℃；搅拌保温15-60min，浇铸成锭。铸锭铜合金中铁元素含量下降至0.1％以下，处理后的铜合金中铁含量大大降低，实现了再生铜熔体净化的目的。但精炼剂造渣降杂的引入不免会引入新的杂质元素，影响后续合金加工性能。精炼剂造渣降杂过程也将发生一定程度黄铜本体金属Cu、Zn的氧化、还原介质的损耗，造成净化体系的损失。
针对上述再生黄铜合金现有工艺和技术的不足，亟待开发一种短流程、低成本、低能耗、低碳排放量的用于实际工业生产制备低杂再生黄铜合金的方法及装置来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置及方法，一方面可解决避免精炼剂造渣除杂引入新的杂质的问题，另一方面，若直接插入底部由于大体积熔体尺寸效应，利用电迁移效应除杂不明显(元素水平方向迁移)，而由于杂质元素与基体的密度差异，在电流密度梯度驱动下，熔体内杂质元素发生垂直方向上的迁移；因此，利用所述分步插入电极的装置及生产方法改变脉冲电流施加过程中电极在熔体中的位置，可以在熔体中形成更高的电流密度梯度，促进杂质元素在垂直方向上的迁移，实现再生黄铜大体积熔体的净化效果；将电场辅助熔体净化技术与再生黄铜合金生产系统有机结合，制备出低杂黄铜合金。
该装置包括熔体加热装置、电极位移装置和脉冲电流发生装置，其中，熔体加热装置包括加热源、金属熔体和熔池；电极位移装置包括石墨电极板、连接器、连接杆、固定旋钮、伸缩杆、液压装置、电机、滑动板、平行金属滑动板底座、固定底座和固定螺母，用于控制电极位置，实现电极分步式插入熔体中；脉冲电流发生装置和金属导线用于提供脉冲电流。
石墨电极板一端插入金属熔体内，另一端与连接器连接，连接器通过固定螺母与连接杆连接，连接杆穿过伸缩杆后通过固定旋钮用于调节控制石墨电极板前后方向移动，伸缩杆通过液压装置和电机用于控制石墨电极板上下方向移动；液压装置和电机安装在滑动板上，滑动板连接平行金属滑动板底座，滑动板与平行金属滑动板底座控制石墨电极板左右方向移动，平行金属滑动板底座安装在固定底座上，金属导线连接连接器和脉冲电流发生装置。
其中，伸缩杆和液压装置组合成电极自动升降装置。
滑动板内部设有强磁装置用于滑动板与平行金属滑动板底座的固定。
该装置的应用方法，包括步骤如下：
S1：将高杂再生黄铜原料放置于熔池内，启动熔体加热装置，使原料熔化，并对其搅拌和保温；
S2：将石墨电极板通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将石墨电极板插入到金属熔体内，启动脉冲电流电流发生装置，对金属熔体进行固定时间的脉冲电流处理；
S3：控制电极自动升降装置降低石墨电极板在熔体中的插入深度，下降距离与S2中石墨电极板离金属熔体表面的距离保持一致，进行脉冲电流处理且处理时间与S2相同；
S4：循环S3对金属熔体进行脉冲电流处理，直至石墨电极板插入深度接近熔池底部；由于杂质元素与基体的密度差异，在电流密度梯度驱动下，熔体内杂质元素发生垂直方向上的迁移；因此，利用所述分步插入电极的装置及生产方法改变脉冲电流施加过程中电极在熔体中的位置，可以在熔体中形成更高的电流密度梯度，促进杂质元素在垂直方向上的迁移，实现再生黄铜大体积熔体的净化效果，生产出低杂质再生黄铜合金；
S5：在保温阶段完成脉冲电流处理后，取样检测，调控熔体温度，出炉得到低杂再生黄铜合金。
其中，S1中熔体加热温度为1000～1200℃，搅拌时间为1～60min，熔体保温温度为900～1200℃，保温时间为1～500min。
S2中脉冲电流的电流为1～5000A，电脉冲频率为1Hz～120kHz，脉宽为1μs～1000ms，电压为1～36V，电极每次插入熔体深度占熔体总高度的20％～25％，每段脉冲电流的施加时间为1-60min，最终，电极底部距熔池底部距离为2-30cm。
S5中调控熔体温度为850℃～1100℃，出炉。
上述高杂再生黄铜原料中多元杂质元素包括以下成分中的一种或多种：Pb0.001-7.0wt.％、Bi 0.001-6.0wt.％、Fe 0.1-2.5wt.％、Al 0.01-2.45wt.％、Si 0.01-2.5wt.％、Sn 0.1-2.0wt.％。
上述低杂再生黄铜合金中的多元杂质元素的去除率效率范围为Pb 60～90％、Bi50～90％、Fe 55～85％、Al 50～82％、Si 50～80％、Sn 50～70％。
一般的，熔体加热装置中加热源包括但不限于工频感应炉。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，再生黄铜加热熔炼装置、电极位移装置和脉冲电流发生装置结合可实现对再生黄铜降杂和合金化制备的一体化生产，成功将电场辅助净化熔体技术与再生黄铜合金制备有机结合，且具备大规模连续生产的能力。该装置及生产方法制备低杂再生黄铜合金生产流程短、操作简易化、设备能耗低、除杂效率高，符合当前工业绿色发展规划的要求，且适用于各种有色金属合金再生和大规模连续生产。本发明可通过电极位移装置实现大体积多元杂质元素再生黄铜熔体降杂的效果，将电场辅助熔体净化技术与再生黄铜合金生产系统有机结合，制备出低杂黄铜合金。一方面解决了避免精炼剂造渣除杂引入新的杂质的问题，另一方面通过电极位移装置可对大体积黄铜熔体实现降杂效果。
附图说明
图1为本发明的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置结构示意图；
图2为本发明实施例中有无脉冲电流处理黄铜凝固后电极间Bi元素的对比，其中，(a)为未施加脉冲电流，(b)为施加脉冲电流。
其中：1-加热源；2-金属熔体；3-熔池；4-石墨电极板；5-固定螺母；6-连接器；7-连接杆；8-固定旋钮；9-伸缩杆；10-液压装置；11-电机；12-滑动板；13-平行金属滑动板底座；14-固定底座；15-金属导线；16-脉冲电流发生装置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置及方法。
如图1所示，该装置包括熔体加热装置、电极位移装置和脉冲电流发生装置16，其中，熔体加热装置包括加热源1、金属熔体2和熔池3；电极位移装置包括石墨电极板4、连接器5、连接杆7、固定旋钮8、伸缩杆9、液压装置10、电机11、滑动板12、平行金属滑动板底座13、固定底座14和固定螺母5；
石墨电极板4一端插入金属熔体2内，另一端与连接器6连接，连接器6通过固定螺母5与连接杆7连接，连接杆7穿过伸缩杆9后通过固定旋钮8用于调节控制石墨电极板4前后方向移动，伸缩杆9通过液压装置10和电机11用于控制石墨电极板4上下方向移动；液压装置10和电机11安装在滑动板12上，滑动板12连接平行金属滑动板底座13，滑动板12与平行金属滑动板底座13控制石墨电极板4左右方向移动，平行金属滑动板底座13安装在固定底座14上，金属导线15连接连接器6和脉冲电流发生装置16。
其中，伸缩杆9和液压装置10组合成电极自动升降装置。
滑动板12内部设有强磁装置用于滑动板12与平行金属滑动板底座13的固定。
一般的，该装置具体工艺参数为：处理高杂黄铜熔体质量为100-5000kg，石墨电极：矩形电极(长5～200cm、宽1～20cm、高80～300cm)。
该装置的应用方法，包括步骤如下：
S1：将高杂再生黄铜原料放置于熔池内，启动熔体加热装置，使原料熔化，并对其搅拌和保温；
S2：将石墨电极板通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将石墨电极板插入到金属熔体内，启动脉冲电流电流发生装置，对金属熔体进行固定时间的脉冲电流处理；
S3：控制电极自动升降装置降低石墨电极板在熔体中的插入深度，下降距离与S2中石墨电极板离金属熔体表面的距离保持一致，进行脉冲电流处理且处理时间与S2相同；
S4：循环S3对金属熔体进行脉冲电流处理，直至石墨电极板插入深度接近熔池底部(一般的，最终，电极底部距熔池底部距离为2-30cm)；
S5：在保温阶段完成脉冲电流处理后，取样检测，调控熔体温度(一般出炉温度为850℃～1100℃)，出炉得到低杂再生黄铜合金。
本发明通过分步插入电极的方式对高杂黄铜熔体施加脉冲电流，电极自动升降装置控制电极在熔体中的深度随时间从顶部逐渐下降到熔体底部，多次改变电极位置导致熔体内电流线分布更加密集，具有更强的电驱动力，促使熔体内杂质元素发生定向迁移。其机理为：杂质元素相对基体密度(Cu8.96g/cm-3、Zn 7.14g/cm-3)的不同，利用此装置分段式改变电极位置营造更强大的电流密度梯度，促使熔体内杂质元素发生垂直方向的迁移。例如杂质元素Pb、Bi(Pb 11.343g/cm-3、Bi 9.8g/cm-3)，在分步电极的作用下，更强的电驱动力迫使密度大的杂质最终在熔池底部聚集，定期停炉打炉壁阶段将其去除；而像杂质元素Si、Fe(Si 2.33g/cm-3、Fe 7.86g/cm-3)密度低于黄铜基体元素，由熔体内部移动并聚集到熔体表面，进行扒渣处理后，将其去除。最终可降低熔体内部多元杂质元素的含量，提高再生黄铜合金的洁净度，生产出低杂再生黄铜合金。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
一种利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置及生产方法，该装置包括熔体加热装置、电极位移装置、脉冲电流发生装置。其中加热装置包括加热源1、金属熔体2、熔池3，用于加热熔体；电极位移装置包括：石墨电极板4、固定螺母5、连接器6、连接杆7、固定旋钮8、伸缩杆9、液压装置10、电机11、滑动板12、平行金属滑动板底座13、固定底座14，用于控制电极位置，实现电极分步式插入熔体中；金属导线15和脉冲电流发生装置16用于提供脉冲电流。
本实施例原料采用高杂Bi黄铜原料(Bi 5.983wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂Bi黄铜原料重约100kg的块状废杂铜放置到熔池中。利用加热源使熔体加热至1100℃，搅拌1min，保温温度1000℃，保温时间10min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将柱状石墨电极板(长×宽×高5cm×1cm×100cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度2cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理10min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压17V，脉冲电流150A，频率2000Hz，脉宽500μs。
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Bi平均质量浓度为0.633wt.％、对应的去除率达到了89.42％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量，结果对比图如图2所示。
实施例2
本发明适用于多元杂质元素黄铜合金熔体净化制备低杂再生黄铜合金，本实施案例以一种多元杂质元素再生黄铜合金为原材料。
本实施例原料采用高杂黄铜原料(Pb 6.83wt.％、Bi 3.482wt.％、Fe 2.51wt.％、Al 1.56wt.％、Si 0.1wt.％、Sn 0.2wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂黄铜原料重约500kg的块状废杂铜放置到熔池中。利用加热源使熔体加热至1100℃，搅拌5min，保温温度900℃，保温时间20min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将矩形石墨电极(长×宽×高10cm×5cm×100cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度10cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理15min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压24V，脉冲电流1500A，频率10000Hz，脉宽100μs。
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Pb、Bi、Fe、Al、Si、Sn质量浓度分别在2.675wt.％、0.514wt.％、0.612wt.％、0.2652wt.％、0.0196wt.％、0.0585wt.％，其对应的去除率分别达到60.84％、85.24％、75.6％、83％、80.45％、70.74％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量。
实施例3
本发明适用于多元杂质元素黄铜合金熔体净化制备低杂再生黄铜合金，本实施案例以一种多元杂质元素再生黄铜合金为原材料。
本实施例原料采用高杂黄铜原料(Pb 5.3wt.％、Bi 3.269wt.％、Fe1.0wt.％、Al0.01wt.％、Si 0.374wt.％、Sn 1.2wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂黄铜原料重约500kg的块状废杂铜放置到熔池中。利用加热源使熔体加热至1050℃，搅拌5min，保温温度900℃，保温时间15min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将矩形石墨电极(长×宽×高10cm×5cm×100cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度1cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理5min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压12V，脉冲电流1500A，频率1Hz，脉宽1000ms。
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Pb、Bi、Fe、Al、Si、Sn质量浓度分别在2.125wt.％、1.308wt.％、0.45wt.％、0.005wt.％、0.187wt.％、0.6wt.％，其对应的去除率分别达到59.89％、60％、55％、52.3％、50％、50％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量。
实施例4
本发明适用于多元杂质元素黄铜合金熔体净化制备低杂再生黄铜合金，本实施案例以一种多元杂质元素再生黄铜合金为原材料。
本实施例原料采用高杂黄铜原料(Pb 3.93wt.％、Bi 0.001wt.％、Fe 0.1wt.％、Al 2.45wt.％、Si 2.578wt.％、Sn 0.3wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂黄铜原料重约1000kg的块状废杂铜装入到工频感应炉熔池内。启动加热装置，将工频感应炉加热至1100℃，搅拌10min，保温温度980℃，保温时间20min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将矩形状石墨电极(长×宽×高70cm×15cm×200cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度10cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理20min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压36V,脉冲电流2000A，频率10000Hz，脉宽100μs。
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Pb、Bi、Fe、Al、Si、Sn质量浓度分别在0.573wt.％、0.00013wt.％、0.0146wt.％、0.473wt.％、0.516wt.％、0.0861wt.％，其对应的去除率分别达到85.43％、86.82％、85.4％、80.71％、80％、71.3％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量。
实施例5
本发明适用于多元杂质元素黄铜合金熔体净化制备低杂再生黄铜合金，本实施案例以一种多元杂质元素再生黄铜合金为原材料。
本实施例原料采用高杂黄铜原料(Pb 0.001wt.％、Bi 5.471wt.％、Fe 1.5wt.％、Al 0.3wt.％、Si 2.478wt.％、Sn 0.14wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂黄铜原料重约2000kg的块状废杂铜装入到工频感应炉熔池内。启动加热装置，将工频感应炉加热至1100℃，搅拌15min，保温温度1000℃，保温时间30min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将矩形状石墨电极(长×宽×高70cm×20cm×250cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度10cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理10min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压36V，脉冲电流2500A，频率20000Hz，脉宽50μs。
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Pb、Bi、Fe、Al、Si、Sn质量浓度分别在0.00013wt.％、2.210wt.％、0.366wt.％、0.063wt.％、0.6442wt.％、0.0308wt.％，其对应的去除率分别达到87％、59.6％、75.6％、79％、74％、78％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量。
实施例6
本发明适用于多元杂质元素黄铜合金熔体净化制备低杂再生黄铜合金，本实施案例以一种多元杂质元素再生黄铜合金为原材料。
本实施例原料采用高杂黄铜原料(Pb 4.587wt.％、Bi 3.412wt.％、Fe0.745wt.％、Al 0.01wt.％、Si 0.01wt.％、Sn 2.00wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂黄铜原料重约2500kg的块状废杂铜装入到工频感应炉熔池内。启动加热装置，将工频感应炉加热至1100℃，搅拌20min，保温温度1000℃，保温时间40min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将矩形状石墨电极(长×宽×高200cm×10cm×300cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度20cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理20min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压36V，脉冲电流3000A，频率100000Hz，脉宽1μs；
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Pb、Bi、Fe、Al、Si、Sn质量浓度分别在1.335wt.％、0.839wt.％、0.193wt.％、0.002wt.％、0.002wt.％、0.896wt.％，其对应的去除率分别达到70.89％、75.41％、74.1％、80.71％、80％、55.2％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量。
实施例7
本发明适用于多元杂质元素黄铜合金熔体净化制备低杂再生黄铜合金，本实施案例以一种多元杂质元素再生黄铜合金为原材料。
本实施例原料采用高杂黄铜原料(Pb 7.0wt.％、Bi 5.947wt.％、Fe 0.15wt.％、Al 2.41wt.％、Si 0.374wt.％、Sn 0.1wt.％)，具体步骤如下：
第一步：将高杂黄铜原料重约5000kg的块状废杂铜装入到工频感应炉熔池内。启动加热装置，将工频感应炉加热至1200℃，搅拌20min，保温温度1000℃，保温时间60min，使熔体彻底熔化并得到成分均匀的再生黄铜熔体；
第二步：将矩形状石墨电极(长×宽×高200cm×20cm×300cm)通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将电极插入到熔体内，电极插入熔体深度10cm，启动脉冲电流电流发生装置，脉冲电流处理10min；脉冲电流发生装置具体参数为：电压36V，脉冲电流4500A，频率120000Hz，脉宽500ms；
第三步：控制电极升降装置使电极插入熔体的下降距离与脉冲电流处理时间、脉冲电流发生装置参数与第二步相同；
第四步：循环操作第三步的步骤对熔体进行脉冲电流处理，直至电极插入深度接近坩埚底部。
第五步：脉冲电流处理结束后，保温，除渣，出炉铸锭得到低杂再生黄铜合金。对脉冲处理后电极之间的铜合金采用X射线荧光分析仪(XRF)进行成分分析，测得脉冲处理后的杂质元素Pb、Bi、Fe、Al、Si、Sn质量浓度分别在2.625wt.％、2.289wt.％、0.0225wt.％、1.205wt.％、0.097wt.％、0.03wt.％，其对应的去除率分别达到62.5％、61.5％、85％、50％、74％、70％。可发现采用分步插入电极的方式脉冲电流处理后可有效大面积的降低废杂铜中的多元杂质元素含量。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置，其特征在于，包括熔体加热装置、电极位移装置和脉冲电流发生装置，其中，熔体加热装置包括加热源、金属熔体和熔池；电极位移装置包括石墨电极板、连接器、连接杆、固定旋钮、伸缩杆、液压装置、电机、滑动板、平行金属滑动板底座、固定底座和固定螺母；
石墨电极板一端插入金属熔体内，另一端与连接器连接，连接器通过固定螺母与连接杆连接，连接杆穿过伸缩杆后通过固定旋钮用于调节控制石墨电极板前后方向移动，伸缩杆通过液压装置和电机用于控制石墨电极板上下方向移动；液压装置和电机安装在滑动板上，滑动板连接平行金属滑动板底座，滑动板与平行金属滑动板底座控制石墨电极板左右方向移动，平行金属滑动板底座安装在固定底座上，金属导线连接连接器和脉冲电流发生装置；
该装置的应用方法，包括步骤如下：
S1：将高杂再生黄铜原料放置于熔池内，启动熔体加热装置，使原料熔化，并对其搅拌和保温；
S2：将石墨电极板通过金属导线与脉冲电流发生装置连接，启动电极自动升降装置，将石墨电极板插入到金属熔体内，启动脉冲电流电流发生装置，对金属熔体进行固定时间的脉冲电流处理；
S3：控制电极自动升降装置降低，增加石墨电极板在熔体中的插入深度，下降距离与S2中石墨电极板离金属熔体表面的距离保持一致，进行脉冲电流处理且处理时间与S2相同；
S4：循环S3对金属熔体进行脉冲电流处理，直至石墨电极板插入深度接近熔池底部，即电极底部距熔池底部距离为2-30cm；
S5：在保温阶段完成脉冲电流处理后，取样检测，调控熔体温度，出炉得到低杂再生黄铜合金。
2.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置，其特征在于，所述伸缩杆和液压装置组合成电极自动升降装置。
3.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置，其特征在于，所述滑动板内部设有强磁装置用于滑动板与平行金属滑动板底座的固定。
4.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置，其特征在于，所述S1中熔体加热温度为1000～1200℃，搅拌时间为1～60min，熔体保温温度为900～1200℃，保温时间为1～500min。
5.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置，其特征在于，所述S2中脉冲电流的电流为1～5000A，电脉冲频率为1Hz～120kHz，脉宽为1μs～1000ms，电压为1～36V，电极每次插入熔体深度占熔体总高度的2％～50％，每段脉冲电流的施加时间为1-60min。
6.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置的应用方法，其特征在于，所述S5中调控熔体温度为850℃～1100℃，出炉。
7.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置的应用方法，其特征在于，所述高杂再生黄铜原料中多元杂质元素包括以下成分中的一种或多种：Pb0.001-7.0wt.％、Bi 0.001-6.0wt.％、Fe 0.1-2.5wt.％、Al 0.01-2.45wt.％、Si 0.01-2.5wt.％、Sn 0.1-2.0wt.％。
8.根据权利要求1所述的利用电极分步插入制备低杂再生黄铜合金的装置的应用方法，其特征在于，所述低杂再生黄铜合金中的多元杂质元素的去除率效率范围为Pb 60～90％、Bi 50～90％、Fe 55～85％、Al 50～82％、Si50～80％、Sn 50～70％。
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2023
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