專利名稱：無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，屬金屬熔煉鑄造技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
純銅的導(dǎo)電率僅次于銀，而價(jià)格遠(yuǎn)低于銀。因此純銅經(jīng)熔煉鑄造 和加工后被廣泛用于電工、電子等領(lǐng)域作為導(dǎo)電材料。但是銅在高溫 時(shí)容易與氧結(jié)合形成氧化亞銅，凝固結(jié)晶后氧化亞銅分布于晶界處，銅中氧含量的升高使銅的導(dǎo)電率下降，不能達(dá)到純銅應(yīng)有的100%以上的導(dǎo)電率。采用常規(guī)的熔煉鑄造方法生產(chǎn)的純銅材料中的氧含量S0PPm，而隨著電子、通訊業(yè)的發(fā)展，尤其磁控元件、射頻電纜、 電真空器件等用的低殘氧高導(dǎo)電的純銅材料，為保證高導(dǎo)高保真的需 要。則要求材料中含銅99.99%以上，含氧5ppm以下，導(dǎo)電率^101%。 目前無氧銅鑄錠和鑄坯的生產(chǎn)方法主要有真空熔煉鑄造和常規(guī) 熔煉上引法鑄造。真空熔煉是將熔煉爐及鑄造設(shè)備設(shè)置在密閉鋼殼 內(nèi)，然后抽真空，使銅的熔煉和鑄造保持在真空狀態(tài)下進(jìn)行，以達(dá)到 隔絕空氣和排氧的目的，但該法設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，操作不便，成材率低， 生產(chǎn)成本高，不宜形成連續(xù)批量化的大規(guī)模生產(chǎn)，尤其受設(shè)備的影響 使生產(chǎn)的純銅含氧量不易保持連續(xù)穩(wěn)定。上引法生產(chǎn)無氧銅鑄坯是采 用常規(guī)的熔煉爐將銅熔化后，牽引桿由上自下通過牽引裝置的夾緊輥 和石墨管結(jié)晶器后插入銅液中，然后夾緊夾緊輥，利用牽引裝置將牽 引桿自下而上按照一定的溫度和速度進(jìn)行牽引將銅提出并通過石墨 管結(jié)晶器凝固結(jié)晶，由于銅凝固結(jié)晶時(shí)收縮，形成瞬間的負(fù)壓，利于 銅液凝固時(shí)氧的排放，而實(shí)現(xiàn)降低氧的目的。但該法僅能有限地將氧含量降低到7 10ppm，而不能降低到5ppm以下。并且僅能生產(chǎn)小規(guī) 格的中低檔次產(chǎn)品。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝設(shè)計(jì)合理，能有效降低無氧銅的氧 含量和鑄造成本的無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，本發(fā)明為無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，采用由依次相連的熔煉 爐，脫氧爐，置于熔煉爐和脫氧爐之間底部帶透氣磚的底吹流槽，與 脫氧爐相連帶導(dǎo)流槽和底吹磚的底吹爐頭構(gòu)成的無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造爐，其特征在于按以下工藝步驟進(jìn)行A、 陰極銅先在熔煉爐內(nèi)熔化，熔化后的銅液通過底吹流槽進(jìn)入 脫氧爐；B、 將一氧化碳?xì)怏w或一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，通過底吹流 槽底部的透氣磚呈彌散狀進(jìn)入底吹流槽內(nèi)的銅液中，并隨之進(jìn)入脫氧 爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)第一階段的脫氧脫氣；C、 脫氧爐內(nèi)的銅液經(jīng)過第一階段的脫氧脫氣后進(jìn)入底吹爐頭 內(nèi)，在通過導(dǎo)流槽時(shí)，將一氧化碳?xì)怏w或一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w 通過導(dǎo)流槽底部的底吹磚呈彌散狀進(jìn)入導(dǎo)流槽內(nèi)的銅液中，對(duì)導(dǎo)流槽 內(nèi)的銅液進(jìn)行第二階段的脫氧脫氣；D、 第二階段脫氧脫氣后的銅液通過底吹爐頭內(nèi)的澆鑄口進(jìn)入結(jié)晶器o所述通過底吹流槽進(jìn)入脫氧爐的銅液的溫度可為1120~ 1200°C。 所述混合氣體中一氧化碳和氮?dú)獾谋壤蔀?0~70%: 30~90%。 本發(fā)明的主要原理如下從高溫銅液中的底部通入具有還原性質(zhì)的一氧化碳或一氧化碳 和惰性的氮?dú)獾幕旌蠚怏w，并使通入的氣體呈彌散分布進(jìn)入銅液中。 通過一氧化碳與銅液中的氧原子結(jié)合生成二氧化碳，富余的一氧化碳和生成的二氧化碳與原始的氮?dú)馀莺司奂纬蓺馀輳你~液中逸出，而 達(dá)到高純脫氧的效果。同時(shí)通入的氮?dú)膺€吸附聚集脫氧后浮出的氫以 及水汽和其它不良雜質(zhì)和氣體等形成氣泡從銅液中逸出而凈化銅液 和消除"氫氣病"的不良后果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、 引入一氧化碳。 一氧化碳比銅與氧具有更強(qiáng)的親和力，在高 溫時(shí)一氧化碳與銅液中的氧原子結(jié)合生成在銅液中具有良好穩(wěn)定性 的惰性的二氧化碳，而實(shí)現(xiàn)脫氧的目的。同時(shí)，高溫時(shí)二氧化碳很少 溶解于銅液中。2、 引入一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。對(duì)銅來說氮?dú)鈱俣栊詺怏w， 不溶解于銅。在銅液中通入氮?dú)夂螅獨(dú)獾臍馀莺瞬粌H吸附富裕的一 氧化碳和二氧化碳形成氣泡從銅液中逸出，同時(shí)氮?dú)獾臍馀莺诉€吸附 銅液中殘留的水汽，水汽高溫分解氫和氧，而脫氧后殘留富出的氫以 及其它不良?xì)怏w和雜質(zhì)。凈化了銅液，消除了脫氧后殘留的氫和一氧 化碳所造成的銅"氫氣病"的不良后果。3、 一氧化碳和氮?dú)庠诔睾透邷叵虏话l(fā)生反應(yīng)，有利于儲(chǔ)存。 一氧化碳和氮?dú)獍匆欢ū壤炫浜笠黄鹜ㄈ脬~液中，協(xié)同作用，脫氧 凈化同時(shí)進(jìn)行。供氣裝置簡(jiǎn)單，操作方便。4、 采用連續(xù)熔煉-吹煉的方式，逐次少量地連續(xù)加入陰極銅，陰 極銅在熔煉爐中不斷熔化后通過底吹流槽底部透氣磚的吹氣點(diǎn)持續(xù) 進(jìn)入脫氧爐，此時(shí)銅液得到了第一次凈化、脫氧脫氣；脫氧爐內(nèi)的銅 液通過多個(gè)吹氣點(diǎn)組成的導(dǎo)流槽，使銅液得到進(jìn)一步的脫氧脫氣和凈 化，能有效降低銅錠坯中的氧含量。5、 本發(fā)明不需要真空裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，穩(wěn) 定可靠，易于形成規(guī)?；a(chǎn)。由本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的無氧銅錠坯 的氧含量，不僅可穩(wěn)定達(dá)到5ppm以下，還可達(dá)到3卯m以下，能滿足磁控元件、射頻電纜、電真空器件等用的含氧5ppm以下、導(dǎo)電率 2101%的低殘氧高導(dǎo)電的純銅材料的需要。


圖1是本發(fā)明所述無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造爐的整體結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖2是圖1所示A-A面結(jié)構(gòu)剖視圖。圖中，l為耐火磚，2為耐火材料，3為爐殼，4為熔煉爐，5為 熔煉爐蓋，6為陰極銅，7為加料口， 8為排氣口， 9為脫氧爐蓋，10 為脫氧爐，ll為底吹爐頭，12為底吹磚，13為爐底室，14為鐵芯， 15為線圈，16為水冷套，17為電感應(yīng)加熱器，18為熔溝，19為底 吹流槽，20為澆鑄口， 21為導(dǎo)流槽，22為透氣磚。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造爐，主要由外包耐火磚1和耐 火材料2的爐殼3，置于爐殼3內(nèi)并列設(shè)置的底部帶電感應(yīng)加熱器17 的熔煉爐4和脫氧爐10，置于熔煉爐4和脫氧爐10之間底部帶透氣 磚22的底吹流槽19，與脫氧爐10相連底部帶澆鑄口 20和底吹磚12 的底吹爐頭ll，置于底吹爐頭ll內(nèi)呈"S"形分布的導(dǎo)流槽21，置于 熔煉爐4上部的熔煉爐蓋5，置于脫氧爐10上部帶排氣口 8的脫氧 爐蓋9等構(gòu)成。電感應(yīng)加熱器17由置于爐底室13內(nèi)的鐵芯14和線 圈15，環(huán)繞爐底室13的熔溝18，置于爐底室13線圈15外的水冷套 16等構(gòu)成。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不局限于下述 實(shí)施例，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)不同性能要求及使用場(chǎng)合，選擇除下述 實(shí)施例以外的不同工藝條件，但均不以任何形式限制本發(fā)明的范圍1、陰極銅6由加料口7進(jìn)入熔煉爐4內(nèi)，在電感應(yīng)加熱器17的 作用下熔化，爐底室13內(nèi)的線圈15外接電源，通電后與鐵芯14產(chǎn) 生磁場(chǎng)并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使熔?8內(nèi)的銅加熱熔化，與熔煉爐4內(nèi)的陰極銅6進(jìn)行熱交換，使陰極銅6的熔化溫度達(dá)到1083°C。熔化后 的銅液升溫達(dá)到1120~ 1200°C，然后通過底吹流槽19進(jìn)入脫氧爐10 內(nèi)保溫，保證溫度為1120~1180°C，同時(shí)一氧化碳?xì)怏w或10~70%— 氧化碳和30 90%氮?dú)獾幕旌蠚怏w，通過底吹流槽19底部的透氣磚 22和耐火材料呈彌散狀進(jìn)入底吹流槽19內(nèi)的銅液中，并隨之進(jìn)入脫 氧爐10內(nèi)。此時(shí)在底吹流槽19和脫氧爐10內(nèi)銅液中的游離氧及氧 化物與一氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳，脫氧反應(yīng)后殘余的氫、二氧 化碳和其它氣體以及富余的一氧化碳相互聚集或與通入的氮?dú)庀嗷?吸附聚集后形成氣泡從熔體中上浮，由脫氧爐蓋9上的排氣口 8逸出， 實(shí)現(xiàn)第一階段的脫氧脫氣。反應(yīng)式為(1)、 (2)、 G)、 (4)、 (5):H20 — 2H + O....................................... (1)O + CO —C02....................................... (2)CuO + CO — C02 + Cu20........................... (3)Cu20 + CO— C02 + Cu.............................. ( 4 )MO + CO —C02 + M................................. (5)2、 保溫脫氧爐10內(nèi)的銅液經(jīng)過第一階段的脫氧脫氣后進(jìn)入底吹 爐頭11，銅液在通過底吹爐頭內(nèi)"S"形分布的導(dǎo)流槽21時(shí)，將一氧化 碳?xì)怏w或10 70%—氧化碳與30~90%氮?dú)獾幕旌蠚怏w通過導(dǎo)流槽底 部的底吹磚12和耐火材料呈彌散狀進(jìn)入導(dǎo)流槽21內(nèi)，對(duì)導(dǎo)流槽21 內(nèi)的銅液進(jìn)行第二階段的脫氧脫氣，以使銅液進(jìn)一步凈化。其反應(yīng)式 也為(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)03、 經(jīng)第二階段脫氧脫氣后的銅液由底吹爐頭11內(nèi)的澆鑄口 20 進(jìn)入結(jié)晶器，在結(jié)晶器與澆鑄口 20之間有封閉的空腔并有純一氧化 碳?xì)怏w持續(xù)通入，以保證銅液不與空氣接觸。4、 由此生產(chǎn)的無氧銅錠中氧含量可達(dá)到5ppm以下，甚至可達(dá) 到3ppm以下。銅導(dǎo)電率可達(dá)到101 102%IACS。
權(quán)利要求
1. 一種無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，采用由依次相連的熔煉爐(4)，脫氧爐(10)，置于熔煉爐(4)和脫氧爐(10)之間底部帶透氣磚(22)的底吹流槽(19)，與脫氧爐(10)相連帶導(dǎo)流槽(21)和底吹磚(12)的底吹爐頭(11)構(gòu)成的無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造爐，其特征在于按以下工藝步驟進(jìn)行A、陰極銅先在熔煉爐內(nèi)熔化，熔化后的銅液通過底吹流槽進(jìn)入脫氧爐；B、將一氧化碳?xì)怏w或一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，通過底吹流槽底部的透氣磚呈彌散狀進(jìn)入底吹流槽內(nèi)的銅液中，并隨之進(jìn)入脫氧爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)第一階段的脫氧脫氣；C、脫氧爐內(nèi)的銅液經(jīng)過第一階段的脫氧脫氣后進(jìn)入底吹爐頭內(nèi)，在通過導(dǎo)流槽時(shí)，將一氧化碳?xì)怏w或一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w通過導(dǎo)流槽底部的底吹磚呈彌散狀進(jìn)入導(dǎo)流槽內(nèi)的銅液中，對(duì)導(dǎo)流槽內(nèi)的銅液進(jìn)行第二階段的脫氧脫氣；D、第二階段脫氧脫氣后的銅液通過底吹爐頭內(nèi)的澆鑄口進(jìn)入結(jié)晶器。
2、 按權(quán)利要求1所述的無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，其特征在 于所述通過底吹流槽進(jìn)入脫氧爐的銅液的溫度為1120~ 1200°C。
3、 按權(quán)利要求1所述的無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，其特征在 于所述混合氣體中一氧化碳和氮?dú)獾谋壤秊?0 70%: 30~90%。
全文摘要
一種無氧銅錠連續(xù)吹煉鑄造方法，屬金屬熔煉鑄造技術(shù)領(lǐng)域，按以下工藝步驟進(jìn)行A.陰極銅先在熔煉爐內(nèi)熔化，熔化后的銅液通過底吹流槽進(jìn)入脫氧爐；B.將一氧化碳?xì)怏w或一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，通過底吹流槽底部進(jìn)入底吹流槽內(nèi)的銅液中，并隨之進(jìn)入脫氧爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)第一階段的脫氧脫氣；C.在通過底吹爐頭內(nèi)的導(dǎo)流槽時(shí)，將一氧化碳?xì)怏w或一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w進(jìn)入導(dǎo)流槽內(nèi)的銅液中，對(duì)導(dǎo)流槽內(nèi)的銅液進(jìn)行第二階段的脫氧脫氣；D.第二階段脫氧脫氣后的銅液通過底吹爐頭內(nèi)的澆鑄口進(jìn)入結(jié)晶器。由本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的無氧銅錠坯的氧含量，不僅可穩(wěn)定達(dá)到5ppm以下，還可達(dá)到3ppm以下。
文檔編號(hào)C22B9/05GK101274363SQ20081006156
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者曹建國, 狄大江, 斌 王, 趙學(xué)龍, 陳玉良, 魏連運(yùn) 申請(qǐng)人:浙江海亮股份有限公司