CN101274363B - 无氧铜锭连续吹炼铸造方法 - Google Patents

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Abstract

一种无氧铜锭连续吹炼铸造方法，属金属熔炼铸造技术领域，按以下工艺步骤进行：A、阴极铜先在熔炼炉内熔化，熔化后的铜液通过底吹流槽进入脱氧炉；B、将一氧化碳气体或一氧化碳和氮气的混合气体，通过底吹流槽底部进入底吹流槽内的铜液中，并随之进入脱氧炉内，实现第一阶段的脱氧脱气；C、在通过底吹炉头内的导流槽时，将一氧化碳气体或一氧化碳和氮气的混合气体进入导流槽内的铜液中，对导流槽内的铜液进行第二阶段的脱氧脱气；D、第二阶段脱氧脱气后的铜液通过底吹炉头内的浇铸口进入结晶器。由本发明所述方法生产的无氧铜锭坯的氧含量，不仅可稳定达到5ppm以下，还可达到3ppm以下。

Description

无氧铜锭连续吹炼铸造方法
技术领域
本发明涉及一种无氧铜锭连续吹炼铸造方法，属金属熔炼铸造技术领域。
背景技术
纯铜的导电率仅次于银，而价格远低于银。因此纯铜经熔炼铸造和加工后被广泛用于电工、电子等领域作为导电材料。但是铜在高温时容易与氧结合形成氧化亚铜，凝固结晶后氧化亚铜分布于晶界处，铜中氧含量的升高使铜的导电率下降，不能达到纯铜应有的100％以上的导电率。采用常规的熔炼铸造方法生产的纯铜材料中的氧含量≥50PPm，而随着电子、通讯业的发展，尤其磁控元件、射频电缆、电真空器件等用的低残氧高导电的纯铜材料，为保证高导高保真的需要。则要求材料中含铜99.99％以上，含氧5ppm以下，导电率≥101％。
目前无氧铜铸锭和铸坯的生产方法主要有真空熔炼铸造和常规熔炼上引法铸造。真空熔炼是将熔炼炉及铸造设备设置在密闭钢壳内，然后抽真空，使铜的熔炼和铸造保持在真空状态下进行，以达到隔绝空气和排氧的目的，但该法设备相对复杂，操作不便，成材率低，生产成本高，不宜形成连续批量化的大规模生产，尤其受设备的影响使生产的纯铜含氧量不易保持连续稳定。上引法生产无氧铜铸坯是采用常规的熔炼炉将铜熔化后，牵引杆由上自下通过牵引装置的夹紧辊和石墨管结晶器后***铜液中，然后夹紧夹紧辊，利用牵引装置将牵引杆自下而上按照一定的温度和速度进行牵引将铜提出并通过石墨管结晶器凝固结晶，由于铜凝固结晶时收缩，形成瞬间的负压，利于铜液凝固时氧的排放，而实现降低氧的目的。但该法仅能有限地将氧含量降低到7～10ppm，而不能降低到5ppm以下。并且仅能生产小规格的中低档次产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺设计合理，能有效降低无氧铜的氧含量和铸造成本的无氧铜锭连续吹炼铸造方法，
本发明为无氧铜锭连续吹炼铸造方法，采用由依次相连的熔炼炉，脱氧炉，置于熔炼炉和脱氧炉之间底部带透气砖的底吹流槽，与脱氧炉相连带导流槽和底吹砖的底吹炉头构成的无氧铜锭连续吹炼铸造炉，其特征在于按以下工艺步骤进行：
A、阴极铜先在熔炼炉内熔化，熔化后的铜液通过底吹流槽进入脱氧炉；
B、将一氧化碳气体或一氧化碳和氮气的混合气体，通过底吹流槽底部的透气砖呈弥散状进入底吹流槽内的铜液中，并随之进入脱氧炉内，实现第一阶段的脱氧脱气；
C、脱氧炉内的铜液经过第一阶段的脱氧脱气后进入底吹炉头内，在通过导流槽时，将一氧化碳气体或一氧化碳和氮气的混合气体通过导流槽底部的底吹砖呈弥散状进入导流槽内的铜液中，对导流槽内的铜液进行第二阶段的脱氧脱气；
D、第二阶段脱氧脱气后的铜液通过底吹炉头内的浇铸口进入结晶器。
所述通过底吹流槽进入脱氧炉的铜液的温度可为1120～1200℃。
所述混合气体中一氧化碳和氮气的比例可为10～70％∶30～90％。
本发明的主要原理如下：
从高温铜液中的底部通入具有还原性质的一氧化碳或一氧化碳和惰性的氮气的混合气体，并使通入的气体呈弥散分布进入铜液中。通过一氧化碳与铜液中的氧原子结合生成二氧化碳，富余的一氧化碳和生成的二氧化碳与原始的氮气泡核聚集形成气泡从铜液中逸出，而达到高纯脱氧的效果。同时通入的氮气还吸附聚集脱氧后浮出的氢以及水汽和其它不良杂质和气体等形成气泡从铜液中逸出而净化铜液和消除“氢气病”的不良后果。
本发明与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：
1、引入一氧化碳。一氧化碳比铜与氧具有更强的亲和力，在高温时一氧化碳与铜液中的氧原子结合生成在铜液中具有良好稳定性的惰性的二氧化碳，而实现脱氧的目的。同时，高温时二氧化碳很少溶解于铜液中。
2、引入一氧化碳和氮气的混合气体。对铜来说氮气属惰性气体，不溶解于铜。在铜液中通入氮气后，氮气的气泡核不仅吸附富裕的一氧化碳和二氧化碳形成气泡从铜液中逸出，同时氮气的气泡核还吸附铜液中残留的水汽，水汽高温分解氢和氧，而脱氧后残留富出的氢以及其它不良气体和杂质。净化了铜液，消除了脱氧后残留的氢和一氧化碳所造成的铜“氢气病”的不良后果。
3、一氧化碳和氮气在常温和高温下不发生反应，有利于储存。一氧化碳和氮气按一定比例混配后一起通入铜液中，协同作用，脱氧净化同时进行。供气装置简单，操作方便。
4、采用连续熔炼-吹炼的方式，逐次少量地连续加入阴极铜，阴极铜在熔炼炉中不断熔化后通过底吹流槽底部透气砖的吹气点持续进入脱氧炉，此时铜液得到了第一次净化、脱氧脱气；脱氧炉内的铜液通过多个吹气点组成的导流槽，使铜液得到进一步的脱氧脱气和净化，能有效降低铜锭坯中的氧含量。
5、本发明不需要真空装置，结构简单，操作方便，成本低，稳定可靠，易于形成规模化生产。由本发明所述方法生产的无氧铜锭坯的氧含量，不仅可稳定达到5ppm以下，还可达到3ppm以下，能满足磁控元件、射频电缆、电真空器件等用的含氧5ppm以下、导电率≥101％的低残氧高导电的纯铜材料的需要。
附图说明
图1是本发明所述无氧铜锭连续吹炼铸造炉的整体结构剖视图；
图2是图1所示A-A面结构剖视图。
图中，1为耐火砖，2为耐火材料，3为炉壳，4为熔炼炉，5为熔炼炉盖，6为阴极铜，7为加料口，8为排气口，9为脱氧炉盖，10为脱氧炉，11为底吹炉头，12为底吹砖，13为炉底室，14为铁芯，15为线圈，16为水冷套，17为电感应加热器，18为熔沟，19为底吹流槽，20为浇铸口，21为导流槽，22为透气砖。
具体实施方式
本发明采用无氧铜锭连续吹炼铸造炉，主要由外包耐火砖1和耐火材料2的炉壳3，置于炉壳3内并列设置的底部带电感应加热器17的熔炼炉4和脱氧炉10，置于熔炼炉4和脱氧炉10之间底部带透气砖22的底吹流槽19，与脱氧炉10相连底部带浇铸口20和底吹砖12的底吹炉头11，置于底吹炉头11内呈“S”形分布的导流槽21，置于熔炼炉4上部的熔炼炉盖5，置于脱氧炉10上部带排气口8的脱氧炉盖9等构成。电感应加热器17由置于炉底室13内的铁芯14和线圈15，环绕炉底室13的熔沟18，置于炉底室13线圈15外的水冷套16等构成。
以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明不局限于下述实施例，在实际应用时可根据不同性能要求及使用场合，选择除下述实施例以外的不同工艺条件，但均不以任何形式限制本发明的范围：
1、阴极铜6由加料口7进入熔炼炉4内，在电感应加热器17的作用下熔化，炉底室13内的线圈15外接电源，通电后与铁芯14产生磁场并转变为电能，使熔沟18内的铜加热熔化，与熔炼炉4内的阴极铜6进行热交换，使阴极铜6的熔化温度达到1083℃。熔化后的铜液升温达到1120～1200℃，然后通过底吹流槽19进入脱氧炉10内保温，保证温度为1120～1180℃，同时一氧化碳气体或10～70％一氧化碳和30～90％氮气的混合气体，通过底吹流槽19底部的透气砖22和耐火材料呈弥散状进入底吹流槽19内的铜液中，并随之进入脱氧炉10内。此时在底吹流槽19和脱氧炉10内铜液中的游离氧及氧化物与一氧化碳发生反应生成二氧化碳，脱氧反应后残余的氢、二氧化碳和其它气体以及富余的一氧化碳相互聚集或与通入的氮气相互吸附聚集后形成气泡从熔体中上浮，由脱氧炉盖9上的排气口8逸出，实现第一阶段的脱氧脱气。反应式为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)：
H2O→2H+O…………………………………(1)
O+CO→CO2…………………………………(2)
CuO+CO→CO2+Cu2O………………………(3)
Cu2O+CO→CO2+Cu…………………………(4)
MO+CO→CO2+M……………………………(5)
2、保温脱氧炉10内的铜液经过第一阶段的脱氧脱气后进入底吹炉头11，铜液在通过底吹炉头内“S”形分布的导流槽21时，将一氧化碳气体或10～70％一氧化碳与30～90％氮气的混合气体通过导流槽底部的底吹砖12和耐火材料呈弥散状进入导流槽21内，对导流槽21内的铜液进行第二阶段的脱氧脱气，以使铜液进一步净化。其反应式也为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)。
3、经第二阶段脱氧脱气后的铜液由底吹炉头11内的浇铸口20进入结晶器，在结晶器与浇铸口20之间有封闭的空腔并有纯一氧化碳气体持续通入，以保证铜液不与空气接触。
4、由此生产的无氧铜锭中氧含量可达到5ppm以下，甚至可达到3ppm以下。铜导电率可达到101～102％IACS。

Claims (3)

1. 一种无氧铜锭连续吹炼铸造方法，采用由依次相连的熔炼炉(4)，脱氧炉(10)，置于熔炼炉(4)和脱氧炉(10)之间底部带透气砖(22)的底吹流槽(19)，与脱氧炉(10)相连带导流槽(21)和底吹砖(12)的底吹炉头(11)构成的无氧铜锭连续吹炼铸造炉，其特征在于按以下工艺步骤进行：
A、阴极铜先在熔炼炉内熔化，熔化后的铜液通过底吹流槽进入脱氧炉；
B、将一氧化碳气体或一氧化碳和氮气的混合气体，通过底吹流槽底部的透气砖呈弥散状进入底吹流槽内的铜液中，并随之进入脱氧炉内，实现第一阶段的脱氧脱气；
C、脱氧炉内的铜液经过第一阶段的脱氧脱气后进入底吹炉头内，在通过导流槽时，将一氧化碳气体或一氧化碳和氮气的混合气体通过导流槽底部的底吹砖呈弥散状进入导流槽内的铜液中，对导流槽内的铜液进行第二阶段的脱氧脱气；
D、第二阶段脱氧脱气后的铜液通过底吹炉头内的浇铸口进入结晶器。
2. 按权利要求1所述的无氧铜锭连续吹炼铸造方法，其特征在于所述通过底吹流槽进入脱氧炉的铜液的温度为1120～1200℃。
3. 按权利要求1所述的无氧铜锭连续吹炼铸造方法，其特征在于所述混合气体中一氧化碳和氮气的比例为10～70％∶30～90％。
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