CN118023485A - 一种铜铬锆合金及真空熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空感应熔炼铜合金技术领域，尤其是一种铜铬锆合金及真空熔炼方法，通过对真空感应炉测温仪器进行温度校正，提升连续测温的准确性；通过对浇注钢模内壁进行涂炭处理，实现了对浇注钢模内壁提供保护，减少铸锭表面的冷豆和麻坑；通过对真空感应炉漏气情况检验，保证每炉次的真空度稳定，避免由于真空感应炉漏气导致的铜铬锆合金铸锭表面产生气孔造成缺陷；最后，真空感应炉漏气检验合格后，将原料配料装入真空感应炉，进行熔炼，得到金属熔融液；将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内，破真空出炉，得到铜铬锆合金铸锭。解决铜合金的真空熔炼过程中，出现表面气孔和冷豆等表面缺陷，导致铸锭单边去皮厚度大、成材率低问题。

Description

一种铜铬锆合金及真空熔炼方法

技术领域

本发明涉及真空感应熔炼铜合金技术领域，具体为一种铜铬锆合金及真空熔炼方法。

背景技术

铜铬锆合金应用范围较广，可用于冶金行业连铸结晶器，机械制造工业的焊接、导电嘴、开关触头和焊机辅助装置用材料等，还可以应用于大型集成电路的引线框架、电车和电力机车架空导线、高铁用接触材料和大功率轨道交通用电机转子和端环。铜铬锆合金产品国内外现有的生产方法是真空熔炼—去皮加工--水封挤压或热轧开坯—冷加工—热处理，其中尤为关键的生产工序就是真空感应熔炼，在这项生产工序中最受研究者们关心的就是铸锭的表面质量，它不但影响着后续工序的产品质量，还直接影响着最终成材率。铜合金的真空熔炼生产，由于各种工艺操作方法原因，生产的铜铬锆铸锭中，下部、中部时常出现表面气孔和冷豆等表面缺陷，这些表面缺陷在进入下一道工序前，必须用车床通过去皮机加工来去除，现在一般技术能做到铸锭单边去皮8～10mm后，才能完全去除铸锭的表面缺陷，由此而影响最终成材率只能达到50％。

发明内容

针对现有技术中存在的铜合金的真空熔炼生产过程中，出现表面气孔和冷豆等表面缺陷，导致的铸锭单边去皮厚度大、成材率低的问题，本发明提供一种铜铬锆合金及真空熔炼方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种铜铬锆合金真空熔炼方法，包括以下步骤：

对真空感应炉测温仪器进行温度校正；

对浇注钢模内壁进行涂炭处理；

检验真空感应炉漏气情况；

真空感应炉漏气检验合格后，将原料配料装入真空感应炉，进行熔炼，并用校正后的测温仪器进行温度监测，得到金属熔融液；

将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内，破真空出炉，得到铜铬锆合金铸锭。

进一步地，对真空感应炉测温仪器进行温度校正的方法为：

将真空感应炉测温仪器的测温光斑打在相应的测温位置，记录真空感应炉测温仪器的测量温度；

将热电偶测温仪置于真空感应炉测温仪器的测温光斑处，记录热电偶测温仪的温度；

将真空感应炉测温仪器的测量温度与热电偶测温仪的温度进行比较，实现对真空感应炉测温仪器温度的校正。

优选地，所述热电偶测温仪为双铂铑热电偶测温仪。

进一步地，对浇注钢模内壁进行涂炭处理的方法为：

对浇注钢模进行烘烤除气；

对浇注钢模进行烘烤除气后，用乙炔枪对浇注钢模内壁进行熏烤，使浇注钢模内壁均匀涂上一层黑炭薄膜，完成浇注钢模内壁的涂炭。

优选地，所述黑炭薄膜的厚度为0.8～1.3mm。

进一步地，检验真空感应炉漏气情况的方法为：

在对真空感应炉抽真空时，泵组启动40min后，炉内真空度是否达到2.5Pa以上；否，则停炉并用氦质子检漏仪对真空感应炉进行检漏；是，则执行下一步；

从充氮到开始浇注，炉内真空度上升是否小于3000Pa，否，则停炉并用氦质子检漏仪对真空感应炉进行检漏；是，则满足生产条件，完成真空感应炉漏气情况的检验。

进一步地，所述浇注钢模的直径为160～180mm，浇注钢模的浇口直径为18～25mm。

进一步地，将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内的浇注温度为1200℃～1300℃，浇注时间为5～7min。

一种铜铬锆合金，利用上述的铜铬锆合金真空熔炼方法熔制。

优选地，该合金为铜铬锆C18150。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种铜铬锆合金真空熔炼方法，通过对对真空感应炉测温仪器进行温度校正，可提升连续测温的准确性，在熔炼过程中，使实测温度和浇注温度相匹配，从而更加准确判断每一炉次的浇注温度，减少由于温度判断不准确，导致的铜铬锆合金铸锭表面缺陷；通过对浇注钢模内壁进行涂炭处理，实现了对浇注钢模内壁提供保护，从而减少铸锭表面的冷豆和麻坑，进一步降低铜铬锆合金铸锭表面缺陷；通过对真空感应炉漏气情况检验，可保证每炉次的真空度稳定，从而避免由于真空感应炉漏气导致的铜铬锆合金铸锭表面产生气孔造成缺陷；最后，真空感应炉漏气检验合格后，将原料配料装入真空感应炉，进行熔炼，并用校正后的测温仪器进行温度监测，得到金属熔融液；将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内，破真空出炉，得到铜铬锆合金铸锭。方法简单，易操作，且无需对原有设备进行大量的改造，实现对铜铬锆合金铸锭表面缺陷的控制，从而减小后期单边去皮厚度，提升成材率。

该方法采用双铂铑热电偶测温仪对真空感应炉测温仪器进行温度校正，为实现对炉内温度的实时监测，真空感应炉设备采用红外测温仪器进行温度监测，但红外测温仪器设置的距离不同，测得的温度差别较大，导致温度判断不准确，采用双铂铑热电偶测温仪为真空感应炉测温仪器进行校正，可在实现连续实时测温的同时，提升测温准确性。

该方法采用乙炔枪对浇注钢模内壁进行熏烤，使浇注钢模内壁均匀涂上一层黑炭薄膜，完成浇注钢模内壁的涂炭，方便，易操作，且效率高。

在传统每炉次生产过程中，未对真空感应炉的真空度进行衡量，未考虑真空感应炉漏气对生产的铸锭表面缺陷的影响，该方法通过在对真空感应炉抽真空时，泵组启动40min后，炉内真空度是否达到2.5Pa以上；从充氮到开始浇注，炉内真空度上升是否小于3000Pa，设定了衡量标准，可直观，便捷地对真空感应炉是否漏气进行检验，保证炉内真空度的稳定性。

浇注钢模的直径和浇口尺寸决定着浇注方式和浇注速度，是十分关键的工艺参数。浇口尺寸大，铜液冲击钢模底盘的力度就大，浇注时钢模底部铜液飞溅就大，铸锭表面就会有冷豆和气孔；浇口尺寸小，浇注时铜液流经浇口时容易造成堵塞；所述浇注钢模的直径为160～180mm，浇注钢模的浇口直径为18～25mm，既不会造成堵塞，也不会产生大的铜液飞溅。

浇注温度和浇注速度是影响铸锭表面质量最为重要的因素，在现有的炉况下，装炉量和模具直径是一定的，浇注速度就可以用浇注时间来表征，浇注时间越长，浇注速度越慢，反之亦然。在一定的浇注温度下，随着浇注时间变长，表面缺陷越来越严重；浇注时间短，表面质量越好，但是铜锭缩孔就会变大。在一定的浇注时间下，随着浇注温度的提高，铸锭表面质量越好。但同时浇注温度高，对钢模冲击损坏就大，通过创造性的积累，将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内的浇注温度为1200℃～1300℃时，浇注时间为5～7min，铸锭的表面缺陷最少，铜铬锆的成材率最高。

本发明还提供一种铜铬锆合金，利用上述的铜铬锆合金真空熔炼方法熔制，该铜铬锆合金表面缺陷少，质量高，可使铸锭单边去皮2～3mm后，就可以得到合格的铜铬锆铸锭，使得铜铬锆产品的最终成材率相较于传统熔炼方法提升30％。

附图说明

图1为本发明的一种铜铬锆合金真空熔炼方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1，本发明提供一种铜铬锆合金真空熔炼方法，包括以下步骤：

S1：对真空感应炉测温仪器进行温度校正；

原有的真空感应炉测温仪器一般都是由机械传动、密封壳体和测量高温的热电偶组成的一套系统。整体系统有不能连续测温且易造成壳体漏气；同时，由于机械传动装置运作较慢，实测的温度和浇注温度差别较大。通过关键设备真空感应炉前沿技术调研，发现美国雷泰红外测温仪器适合现有真空感应炉设备，并且温度范围990℃～1300℃，尽管采用红外测温仪器能够实现连续测温，但是，由于红外测温受测温距离的不同影响测温的准确性，因此，在使用时，要对测温仪器进行校正；具体操作为：

S1.1：将真空感应炉测温仪器的测温光斑打在相应的测温位置，记录真空感应炉测温仪器的测量温度；

S1.2：将热电偶测温仪置于真空感应炉测温仪器的测温光斑处，记录热电偶测温仪的温度；

S1.3：将真空感应炉测温仪器的测量温度与热电偶测温仪的温度进行比较，实现对真空感应炉测温仪器温度的校正。

为保证对真空感应炉测温仪器校正的准确性，可多次重复操作S1.1-S1.3，优选地，采用双铂铑热电偶进行校正作。

S2：对浇注钢模内壁进行涂炭处理；

现有铜铬锆合金真空熔炼工艺操作中，浇注钢模内壁没有采取过任何保护措施，这就致使铜铬锆铸锭表面的冷豆和麻坑比较多。针对这一现象，通过长时间的生产创新摸索，在浇注钢模内壁进行涂炭处理，可有效解决铜铬锆铸锭表面的冷豆和麻坑多等问题，具体操作为：

对浇注钢模进行烘烤除气，在钢模烘烤除气后，用氧乙炔抢对浇注钢模内壁进行熏烤，即在钢锭镆内壁上均匀的涂上一层厚度为0.8～1.3mm的黑碳薄膜。

S3：检验真空感应炉漏气情况；

现有铜铬锆合金真空熔炼工艺操作中，每炉次都没对真空感应炉真空度进行衡量，尤其是在充氩气后到浇注过程中，设备是否存在漏气没有检验标准，从而导致铸锭表面的气孔较多。针对这种情况，本发明提供一种检验标准，并根据该标准检验真空感应炉漏气情况，具体为：

在对真空感应炉抽真空时，泵组启动40min后，炉内真空度是否达到2.5Pa以上；否，则停炉并用氦质子检漏仪对真空感应炉进行检漏；是，则执行下一步；

从充氮到开始浇注，炉内真空度上升是否小于3000Pa，否，则停炉并用氦质子检漏仪对真空感应炉进行检漏；是，则满足生产条件，完成真空感应炉漏气情况的检验。

S4：真空感应炉漏气检验合格后，将原料配料装入真空感应炉，进行熔炼，并用校正后的测温仪器进行温度监测，得到金属熔融液；

S5：将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内，破真空出炉，得到铜铬锆合金铸锭；

现有的铜铬锆合金生产工艺中，浇口杯中浇口的尺寸和石墨直接决定着浇注的方式和浇注的速度，是十分关键的工艺参数。浇口尺寸大，铜液冲击钢模底盘的力度就大，浇注时钢模底部铜液飞溅就大，铸锭表面就会有冷豆和气孔。浇口尺寸小，浇注时铜液流经浇口时容易造成堵塞。经过长时间的生产实践及创新改进，发现用致密石墨制作浇口，所述浇注钢模的直径为160～180mm时，浇注钢模的浇口直径为18～25mm，优选为20mm为最佳，可有效降低铜铬锆合金铸锭表面就会有冷豆和气孔的产生。

另外，浇注温度和浇注速度是影响铜铬锆合金铸锭表面质量的另一重要因素。在现有的炉况下，装炉量和模具直径是一定的，浇注速度就可以用浇注时间来表征，浇注时间越长，浇注速度越慢，反之亦然。在一定的浇注温度下，随着浇注时间变长，表面缺陷越来越严重；浇注时间短，表面质量越好，但是铜锭缩孔就会变大。在一定的浇注时间下，随着浇注温度的提高，铸锭表面质量越好，但同时浇注温度高，对钢模冲击损坏就大。通过长时间生产数据的积累并进行一系列的创造性的试验数据说明，当装炉量为500公斤时，浇注温度为1200℃～1300℃时，浇注时间为5～7min，可使铜铬锆合金铸锭的表面缺陷最少，铜铬锆的成材率最高。浇注结束后，冷却破空30～40min，出炉，得到铜铬锆合金铸锭。

需要说明的是，上述熔炼方法步骤中，S1-S3并无先后顺序，可根据实际操作的便捷性和习惯进行顺序调整，为节省前期准备时间，可将部分步骤同时进行，以提升前期准备效率，从而快速进入生产。

本发明还提供一种铜铬锆合金，利用上述的铜铬锆合金真空熔炼方法熔制。优选地，该合金为铜铬锆C18150；该铜铬锆合金表面缺陷少，质量高，可使铸锭单边去皮2～3mm后，就可以得到合格的铜铬锆铸锭，使得铜铬锆产品的最终成材率相较于传统熔炼方法提升30％。

以某一500公斤一炉次的铜铬锆C18150的生产，生产130t的铜铬锆合金铸锭为例：

将真空感应炉测温仪器的测温光斑打在相应的测温位置，记录真空感应炉测温仪器的测量温度；然后，将双铂铑热电偶测温仪置于真空感应炉测温仪器的测温光斑处，记录热电偶测温仪的温度；经过多次校正，发现，在990℃～1300℃范围内，红外测温仪器测温比双铂铑热电偶平均高出6℃，符合铜铬锆真空熔炼工艺的测温精度要求，降低了由于浇注温度不准确而造成的铸锭表面缺陷较多的现象。

对浇注钢模进行烘烤除气，在钢模烘烤除气后，用氧乙炔抢对浇注钢模内壁进行熏烤，即在钢锭镆内壁上均匀的涂上一层厚度为1mm的黑碳薄膜。

在对真空感应炉抽真空时，泵组启动40min后，炉内真空度可达到2.5Pa以上；从充氮到开始浇注，炉内真空度上升小于3000Pa满足生产条件。

真空感应炉漏气检验合格后，按工艺配方将原料配料装入真空感应炉，进行熔炼，并用校正后的测温仪器进行温度监测，得到金属熔融液；

将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内，所述浇注钢模的直径为170mm时，浇注钢模的浇口直径为20mm，浇注温度为1250℃，浇注6min，冷却破真空30min，出炉，得到铜铬锆合金铸锭。发现，得到的铜铬锆合金铸锭因表面缺陷严重造成的报废率为0，铜铬锆合金铸锭单边去皮2～3mm后，就可以得到合格的铜铬锆铸锭，最终成材率由原来的46％提升到了现在的80％，相较于传统熔炼方法，本方法多创造了57万余元的净利润，具有非常好的经济效益。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

对真空感应炉测温仪器进行温度校正；

对浇注钢模内壁进行涂炭处理；

检验真空感应炉漏气情况；

真空感应炉漏气检验合格后，将原料配料装入真空感应炉，进行熔炼，并用校正后的测温仪器进行温度监测，得到金属熔融液；

将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内，破真空出炉，得到铜铬锆合金铸锭。

2.根据权利要求1所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，对真空感应炉测温仪器进行温度校正的方法为：

将真空感应炉测温仪器的测温光斑打在相应的测温位置，记录真空感应炉测温仪器的测量温度；

将热电偶测温仪置于真空感应炉测温仪器的测温光斑处，记录热电偶测温仪的温度；

将真空感应炉测温仪器的测量温度与热电偶测温仪的温度进行比较，实现对真空感应炉测温仪器温度的校正。

3.根据权利要求2所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，所述热电偶测温仪为双铂铑热电偶测温仪。

4.根据权利要求1所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，对浇注钢模内壁进行涂炭处理的方法为：

对浇注钢模进行烘烤除气；

对浇注钢模进行烘烤除气后，用乙炔枪对浇注钢模内壁进行熏烤，使浇注钢模内壁均匀涂上一层黑炭薄膜，完成浇注钢模内壁的涂炭。

5.根据权利要求4所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，所述黑炭薄膜的厚度为0.8～1.3mm。

6.根据权利要求1所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，检验真空感应炉漏气情况的方法为：

在对真空感应炉抽真空时，泵组启动40min后，炉内真空度是否达到2.5Pa以上；否，则停炉并用氦质子检漏仪对真空感应炉进行检漏；是，则执行下一步；

从充氮到开始浇注，炉内真空度上升是否小于3000Pa，否，则停炉并用氦质子检漏仪对真空感应炉进行检漏；是，则满足生产条件，完成真空感应炉漏气情况的检验。

7.根据权利要求1所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，所述浇注钢模的直径为160～180mm，浇注钢模的浇口直径为18～25mm。

8.根据权利要求1所述的铜铬锆合金真空熔炼方法，其特征在于，将金属熔融液浇注在涂炭处理后的浇注钢模内的浇注温度为1200℃～1300℃，浇注时间为5～7min。

9.一种铜铬锆合金，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的铜铬锆合金真空熔炼方法熔制。

10.根据权利要求9所述的铜铬锆合金，其特征在于，该合金为铜铬锆C18150。