CN206373332U - 一种应用于上引连铸法的复合脱氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于上引连铸法的复合脱氧装置，包括高压惰性气体发生装置、石墨管，所述石墨管的一端与高压惰性气体发生装置的气体输出管连通，其另一端伸入保温炉内，所述石墨管伸入保温炉内一端的底部分布有高压惰性气体喷出口；所述保温炉内装有高温铜液，高温铜液的上方设有木炭层。采用本实用新型所述的复合脱氧装置用于高温铜液脱氧方法的优点：脱氧效果好，用于上引连铸生产的无氧铜杆，其含氧量≤5ppm；使用惰性气体，大大减少了脱氧时间，降低了生产成本，且对环境无污染；吹气装置的惰性气体流量可调节，能进行工艺参数的设定，可获得高品质铜产品；结构简单、操作容易、成本低，适用于普通工业生产。

Description

一种应用于上引连铸法的复合脱氧装置

技术领域

本实用新型涉及上引连铸法生产铜材的装置，更具体的涉及上引连铸法生产铜材使用的复合脱氧装置。

背景技术

上引连铸法是铜材加工生产的主要方法，铜材的铸型成型是在连铸机结晶器内的石墨模中完成的，其铸型原理是保温炉内的高温铜液从石墨模底部进入石墨模，高温铜液在石墨模内连续水冷冷却成铜杆后被牵引出石墨模，完成铜杆的铸型。

保温炉内熔融状态下的高温铜液有较强的吸气能力，熔体吸气在铸造过程中会造成铜杆产生气孔、疏松等缺陷，且高温铜液易与气体中的氧结合生成氧化物Cu₂O，凝固结晶后的Cu₂O分布在铜晶粒边界上，容易引起铜的“氢脆”，降低铜杆的塑性，使铜杆很难进行冷加工，而且氧在铜杆中是杂质元素，降低铜的导电率，严重影响铜杆的性能。

为降低熔炼过程中高温铜液中的气体尤其是氧含量，上引连铸法采用木炭覆盖的扩散脱氧方法，木炭的主要成分是碳，具有对熔体保温、防止吸气和脱氧等多种作用：木炭在高温铜液表面燃烧生成还原性气体CO，它在铜溶液中的溶解度很小，且不与铜发生反应，形成保护膜，使空气不能接触铜液，起到防止吸气、生成氧化物的作用；其次具有还原作用，木炭的氧化物CO可使铜液表面的氧化物Cu₂O还原，起到扩散脱氧的作用；木炭是疏松多孔的物质，当具有一定厚度时，靠自身燃烧的热量起保温作用。但即使在木炭覆盖工艺最佳的状态下，铸型铜杆内氧含量只能控制在20ppm以下，且氧含量不稳定。随着电子、电力和通讯行业的发展，尤其是磁控元件都需要采用高纯低氧的无氧铜杆，要求氧含量≤5ppm。该脱氧方法不能满足高品质无氧铜杆对含氧量的要求，所以必须采用更有效的脱氧方法和装置来降低高温铜液内的氧含量。常用其他高温铜液脱氧的方法有化学脱氧法、真空脱氧法：

1、化学脱氧法：在金属铜熔炼时加入脱氧剂，利用其化学活性高于金属铜的特点，将熔融铜液中的氧原子置换出来，降低铜液中的氧含量。该脱氧方法的缺点是脱氧剂会形成新的杂质污染，且脱氧能力有限。

2、真空脱氧法：铜液在真空中熔炼，通过降低熔炼时的气体分压，使铜液中的氧溢出，降低氧含量。该脱氧方法脱氧效果好，但设备投资大，工艺繁杂，产量有限，不适用于普通工业生产。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术中的不足，在于提供一种脱氧效果好、结构简单、成本低的应用于上引连铸法的复合脱氧装置。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种应用于上引连铸法的复合脱氧装置，包括高压惰性气体发生装置、石墨管，所述石墨管的一端与高压惰性气体发生装置的气体输出管连通，其另一端伸入保温炉内，所述石墨管伸入保温炉内一端的底部分布有高压惰性气体喷出口；所述保温炉内装有高温铜液，高温铜液的上方设有木炭层。

依照本实用新型的一个方面，所述高压惰性气体喷出口有8-10个，均匀分布在石墨管伸入保温炉内一端底部的四周。

依照本实用新型的一个方面，所述高压惰性气体喷出口为圆形，其直径为1-3mm。

依照本实用新型的一个方面，所述木炭层的厚度为200-300mm。

依照本实用新型的一个方面，所述木炭层中木炭的粒径为50-200mm。

依照本实用新型的一个方面，所述高压惰性气体发生装置的气体输出管上设有减压阀、压力表、流量表。

依照本实用新型的一个方面，所述高压惰性气体发生装置为高压氩气瓶。

依照本实用新型的一个方面，所述气体输出管与石墨管通过通孔螺栓连通。

依照本实用新型的一个方面，所述石墨管的外径为50-80mm，内径为8-10mm。

本实用新型采用一种复合脱氧装置来降低高温铜液中的氧含量，其脱氧原理是在高温铜液表面采用木炭覆盖的前提下，向高温铜液中吹入惰性气体，惰性气体既不溶解于铜液，也不与铜液发生反应，惰性气体在铜液中形成大量气泡，气泡内惰性气体的分压为零，而溶于气泡附近的铜液中的氧分压远大于零，铜液中的氧在惰性气体气泡内外的分压差使氧不断向气泡内扩散，随着气泡的上升和逸出而排出到大气中，从而达到脱氧的目的。向铜液中吹入惰性气体还有助于熔体中其他气体的溢出和夹杂物的上浮，吹入的惰性气体能加快铜液搅动，使铜液成分更加均匀，同时扩大了熔融铜液中二氧化碳和木炭的接触面积，加快了二氧化碳的扩散速度，增加了保护气体一氧化碳的数量。

采用本实用新型所述的复合脱氧装置用于高温铜液脱氧方法的优点：

1.脱氧效果好，用于上引连铸生产的无氧铜杆，其含氧量≤5ppm。

2.使用惰性气体，大大减少了脱氧时间，降低了生产成本，且对环境无污染。

3.吹气装置的惰性气体流量可调节，能进行工艺参数的设定，可获得高品质铜产品。

4.结构简单、操作容易、成本低，适用于普通工业生产。

附图说明

图1为本实用新型复合脱氧装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明，本实用新型未提及部分均为现有技术。

本实用新型所述的“保温炉”用来加热、保温和存储高温铜液。

参见图1，一种应用于上引连铸法的复合脱氧装置，包括高压惰性气体发生装置1、石墨管6，所述石墨管6的一端与高压惰性气体发生装置1的气体输出管5a连通，其另一端伸入保温炉12内；保温炉的上方设有保温炉盖8，用于保温炉的保温和隔气。所述石墨管6伸入保温炉12内一端的底部分布有高压惰性气体喷出口13；所述保温炉12内装有高温铜液10，高温铜液的上方设有木炭层9，木炭层的厚度优选为200-300mm，优选的所述木炭层中木炭的粒径为50-200mm；进一步起到隔氧、保温作用，提高高温铜液的脱氧效果。木炭最好符合下列要求：1其材质最好是硬木烧成，外观灰白色；2含水量不大于5％；3含碳量在83％以上；4气孔率在75-85％；5颗粒大小均匀。高压惰性气体由高压惰性气体喷出口13进入高温铜液10中。高压惰性气体发生装置优选为高压氩气瓶，存储惰性气体，氩气的纯度≥99.99％；高压氩气瓶的气体输出管5a上设有减压阀2、压力表3、流量表4，减压阀2将氩气降低到给定压力，压力表3用来显示气体输出管中氩气的气压，流量表4用于测量氩气的体积流量；气体输出管5a通过通孔螺栓5与石墨管6螺纹紧密连接，将氩气通入到石墨管6内的惰性气体通道7内。从节省石墨管的材料成本考虑，优选的石墨管6的外径为50-80mm，内径为8-10mm；石墨管插入高温铜液10中，插入深度根据保温炉的深浅而定，木炭层9覆盖在高温铜液10上面，起隔氧、保温作用。

高压惰性气体喷出口有8-10个，均匀分布在石墨管6伸入保温炉内一端的底部四周；氩气从石墨管伸入保温炉内一端的底部四周的高压惰性气体喷出口13均匀、快速喷射进入高温铜液，在喷出口处形成射流；在高速气流的冲击下，搅动高温铜液混入气流，将气体分割成大量细小的气泡11，气泡从高温铜液通过时，高温铜液中的氧由于气泡内外的分压差使其不断向气泡内扩散，这些气泡向上运动，将高温铜液中的氧随气泡溢出而带入大气，降低铜液中的氧含量。高压惰性气体喷出口为圆形，其直径为1-3mm。圆形喷出口既方便加工、又能够最大程度的减小高压惰性气体从喷出口喷出时的阻力。将圆形喷出口的直径设为1-3mm，惰性气体从该喷出口喷出形成的射流最适宜搅动高温铜液混入气流。

本实用新型所述的复合脱氧装置的上部固定在保温炉的上方，下部石墨管插入高温铜液中，惰性气体自高压惰性气体发生装置1出来，通过气体输出管输送进入到石墨管内的惰性气体通道，最后由石墨管伸入保温炉内一端的底部四周的高压惰性气体喷出口吹出。由于惰性气体压力很高，远大于高压惰性气体喷出口处铜液静压力、大气压力及表面张力之和，惰性气体以相当高的速度喷射进入铜液，在高压惰性气体喷出口处形成射流。在高速气流的冲击下，搅动铜液混入气流，将气体分割成大量细小的气泡，气泡从铜液中通过时，铜液中的氧由于气泡内外的分压差使其不断向气泡内扩散，这些气泡向上运动，将铜液中的氧随气泡溢出而带入大气，降低铜液中的氧含量。同时，气泡与铜液中的其它气体和夹杂氧化物相遇时，气体由于分压差进入气泡被排出大气外，夹杂氧化物被气泡吸附随气泡上浮到熔体表面。

为提高净化效果，吹入的惰性气体产生的气泡数量越多，气泡半径越小，分布越均匀越好。因此，惰性气体压力要合适：压力过大，则气流速度块，气泡的上浮速度加块，易形成链式气泡流，使气泡与铜液的接触面积减少，不仅降低吹气除氧效果，而且气泡逸出表面时还会引起铜液的飞溅，破坏覆盖在铜液表面的木炭层，使铜液吸气。压力过小，单位时间内气泡数量小，气泡与铜液的接触面积也变小，除氧效果差。适中的气体压力会形成小直径非链式气泡流，既加强铜液搅动，又增大铜液与气泡的接触面积且直径小的气泡上浮速度慢，与熔体时间长，净化除氧效果最佳。而且，惰性气体吹入铜液的体积流量也要合适：随着铜液内吹入气流量的增加，铜液中氧含量逐渐下降。随着气流量的增加，氧含量下降幅度降低，同时，气体流量过大，造成铜液面不稳定，极易引起上引连铸过程中的质量问题。因此，合理的惰性气体流量应控制在在0.4-0.6m³/h。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于包括高压惰性气体发生装置、石墨管，所述石墨管的一端与高压惰性气体发生装置的气体输出管连通，其另一端伸入保温炉内，所述石墨管伸入保温炉内一端的底部分布有高压惰性气体喷出口；所述保温炉内装有高温铜液，高温铜液的上方设有木炭层。

2.根据权利要求1所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述高压惰性气体喷出口有8-10个，均匀分布在石墨管伸入保温炉内一端底部的四周。

3.根据权利要求2所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述高压惰性气体喷出口为圆形，其直径为1-3mm。

4.根据权利要求3所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述木炭层的厚度为200-300mm。

5.根据权利要求4所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述木炭层中木炭的粒径为50-200mm。

6.根据权利要求5所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述高压惰性气体发生装置的气体输出管上设有减压阀、压力表、流量表。

7.根据权利要求6所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述高压惰性气体发生装置为高压氩气瓶。

8.根据权利要求7所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述气体输出管与石墨管通过通孔螺栓连通。

9.根据上述任一权利要求所述的应用于上引连铸法的复合脱氧装置，其特征在于所述石墨管的外径为50-80mm，内径为8-10mm。