CN105543546B - 大气条件下熔炼与铸造c18150合金工艺 - Google Patents

Abstract

一种大气条件下熔炼与铸造C18150合金工艺，有以下步骤：（1）铸炉与烘烤烧结，炉衬材料必须选择碱性耐火材料，不得使用硅砂等酸性耐火材料，操作流程：打炉—烤炉—烧结；（2）熔炼与铸造：a、烘烤覆盖剂，b、配料，c、熔炼，d、铸造，e、检查，f、锯切，g、入库。本发明从根本上解决了Cr、Zr元素的烧损问题，同时净化了熔体，减少原材料消耗，大幅度降低生产成本，提高了铸锭冶金质量，避免传统流槽输送金属液的方法带来的吸气、吸氧造成的气孔、夹杂和夹渣等缺陷，不但提高铸锭质量，还具有占用空间小、劳动强度低、金属损耗少等优点，真正实现了低成本生产。

Description

大气条件下熔炼与铸造C18150合金工艺

技术领域

本发明涉及一种熔炼与铸造合金的方法，特别是涉及一种大气条件下熔炼与铸造C18150（铬锆铜合金）工艺，尤其是涉及一种铸炉与烤炉烧结工艺，强调筑炉材料必须是碱性耐火材料，熔炼时在熔体上添加铜合金熔炼用覆盖剂，铬、锆以中间合金形式加入炉内，铸造时采用立式潜流半连续方式，铸造圆形锭。

背景技术

C18150（铬锆铜合金）由于具有高强、高导性能，应用范围广泛，是我国十二五期间大力发展的高性能铜合金材料，技术附加值较高，但生产难度大。在我国，多数企业铬锆铜合金铸锭采用真空法熔铸生产，铬、锆在真空室一次加入，不能调整，铸锭质量冶金质量较差，铸锭成品率在70%左右，生产成本高；少数企业虽然采用了非真空法生产，但铬、锆通过人工在流槽添加，熔化不充分，也无法调整成分。因此，化学成分含量不稳定且分布不均，随之而来铸锭质量也不稳定，铸锭成品率基本在80%左右，生产成本也较高。用上述两种方法生产的铸锭加工的产品不能满足高端用户高性能要求。

从全球范围角度来看，铬锆铜合金工业化生产关键问题是熔炼技术。由于Cr、Zr元素与氧亲和力较大，因此在熔炼铬锆铜合金时必须解决合金元素的氧化烧损问题，采用真空熔炼方法来进行实际生产其生产制备成本太高，实现连续生产、大长度产品难度相当大。如何解决铬锆铜合金的大气熔炼问题，是目前全世界许多研究机构，特别是铜合金生产企业的研究方向之一，也属一个难度很大的课题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，给出一种大气条件下熔炼与铸造C18150合金工艺。本发明解决了传统真空法设备投入大及非真空法化学成分含量不稳定且分布不均的问题，具有操作灵活，提高铸锭冶金质量，使铸锭的化学成分均匀无偏析、晶粒度细小、没有冶金缺陷、表面质量好的特点，提高生产效率，降低生产成本，并形成工业化批量生产。

本发明给出的技术方案是：一种大气条件下熔炼与铸造C18150合金工艺，其特征在于有以下步骤。

（1）铸炉与烘烤烧结。

炉衬材料必须选择碱性耐火材料，不得使用硅砂等酸性耐火材料，操作流程：打炉—烤炉—烧结，工艺控制条件。

a、打炉。

炉头及上炉体采用浇铸料打制，下炉体采用干打料捣打，炉头与上炉体自然养护3～7天再将炉头与上炉体、上炉体与下炉体对接成一体。

b、烘烤。

缓慢升温，避免急速升温引起裂纹和剥落，烘烤结束缓慢降温。

c、烧结。

将切好的小块电解铜加入炉内，填满为止，然后进行烧结，烧结工艺见附图。

（2）熔炼与铸造。

新打制炉子前期过度生产不低于3天，然后再生产铬锆铜合金。

结晶器为圆形，引锭头从铸锭出口方向伸入结晶器大约1/3位置处。

化学成分控制按下表规定。

C18150（铬锆铜合金）主要化学成分要求。

铬锆铜合金操作流程。

配料—装炉—加铜合金熔炼用覆盖剂—熔化—加铜铬中间合金—升温熔化—烫炉头－取样分析－加铜镁中间合金脱氧—加铜锆中间合金—静置—取样分析，调整成分—烫炉头—铸造。

工艺控制。

a、烘烤覆盖剂。

铜合金熔炼用覆盖剂，使用前进行充分烘干，工艺为温度500℃/5～6小时，烘干结束后取出封好待用。

b、配料。

金属镁按投料总量0.01%计算，铬按总投料量的0.7～0.9%计算，锆按总投料量的0.15～0.20%计算；镁、铬、锆分别做成铜-20%镁、铜-10%铬、铜-30%锆中间合金，使用前将中间合金砸碎成小块，便于熔炼时熔化。

c、熔炼。

炉内加铜和熔炼用覆盖剂，覆盖剂厚度以熔化后达到100mm为宜，升温至1280～1320℃加入Ｃu-Ｃr合金使之熔化，温度自然降低，3～5分钟再升温至1280～1320℃，这时倾动炉体使铜液流入炉头进行烫炉头（10～15分钟），搅拌取样分析铬含量（可视含量进行微调），铬（Ｃr）分析合格后加入Ｃu-Ｍg合金，保温5分钟左右后再加入Ｃu-Ｚr合金，再保温5分钟左右，取样分析锆元素含量，合格后保温准备铸造。

d、铸造。

倾动炉体再烫炉头（10～15分钟），让炉头充分预热后方可出炉浇铸，并将铜液温度调整到1300～1350℃，这时倾动炉体使嵌入炉头的石墨管对准结晶器中心并垂直于结晶器（水平面），打开限流阀，铜液经过阀门－石墨管路进入结晶器进行铸造，铜液在结晶器内高度为距结晶器上沿10～15mm并使石墨管浸入其中。以烟灰覆盖结晶器内熔体表面，铸造温度1300～1350℃，铸造速度0.8～1.2mm/s，铸造时冷却水压力为0.03～0.05MPa。

e、检查。

铸造结束后，将铸锭吊出铸造井，切取试样分析化学成分，低倍检查内部质量，测量尺寸，检查表面质量，合格后准备锯切。

f、锯切。

检查合格后的铸锭根据需要切成齐尺，准备下道工序加工使用；

g、入库。

将检验合格并锯切的铸锭，堆放到合格铸锭存放区域，作好记录。

本发明依托拥有的“铜合金熔炼用覆盖剂”发明专利（公开号为CN 101817066A），开发研制出了铬锆铜非真空熔炼及半连续潜流铸造工艺，从根本上解决了Cr、Zr元素的烧损问题，同时净化了熔体，减少原材料消耗，大幅度降低生产成本，提高了铸锭冶金质量；半连续潜流铸造避免传统流槽输送金属液的方法带来的吸气、吸氧造成的气孔、夹杂和夹渣等缺陷，不但提高铸锭质量，还具有占用空间小、劳动强度低、金属损耗少等优点，真正实现了低成本生产。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是。

①非真空熔铸铬锆铜合金铸锭成品率达到90%，比真空熔铸高20%以上。

②应用铜合金熔炼用覆盖剂使锆元素收得率达到60%，且锆元素分布均匀。

③铬锆铜合金铸锭晶粒度达到M-8.5级。

本工艺技术方案，无需特制设备，没有设备投资，可充分利用一般有色金属加工企业现有的上下结构熔炼炉、半连续铸造机，能耗低、操作方便、清洁环保。

附图说明

图1. 炉衬烤炉烧结工艺曲线。

图2. 熔炼与铸锭工艺流程图。

具体实施方式

实施例1。

采用本发明生产C18150（铬锆铜合金）∮223mm圆形铸锭。

要求。

新打制炉子前期过度生产不低于3天，然后再去生产铬锆铜合金。

结晶器为圆形，直径∮227mm引锭头从铸锭出口方向伸入结晶器的1/3位置处。

铬锆铜合金操作流程。

配料—装炉—加铜合金熔炼用覆盖剂—熔化—加铜铬中间合金—升温熔化—烫炉头－取样分析－加铜镁中间合金脱氧—加铜锆中间合金—静置—取样分析，调整成分—烫炉头—铸造。

工艺控制条件。

a、烘烤覆盖剂。

铜合金熔炼用覆盖剂，使用前进行充分烘干，工艺为温度500℃/5～6小时，烘干结束后取出封好待用。

b、配料计算。

选择2t中频感应炉，总投料2000kg，其中金属镁按投料总量0.01%计算，需Cu-20%Mg中间合金1kg，铬按总投料量的0.8%计算，需Cu-10%Cr中间合金160kg，锆按总投料量的0.18%计算，需Cu-,30%Zr中间合金12kg，余量为铜，重量1827kg；分别将中间合金砸碎成小块，便于熔炼时熔化。

c、熔炼。

炉内加1827kg铜和熔炼用覆盖剂（约50kg），覆盖剂厚度以熔化后达到100mm为宜，升温熔化至1280～1320℃加入160kgＣu-Ｃr合金，温度略降， 5分钟升温至1280～1320℃，这时倾动炉体使铜液流入炉头进行烫炉头（13分钟），搅拌取样分析铬含量（可视含量进行微调，使含铬量不低于0.6%），铬（Ｃr）分析合格后加入1kgＣu-Ｍg合金，保温5分钟后再加入12kgＣu-Ｚr合金，再保温5分钟左右，取样分析锆元素含量（标准要求为0.05～0.25%，炉前分析要求不低于0.13%，否则进行补加锆），合格后保温准备铸造。

d、铸造。

倾动炉体再烫炉头（15分钟），让炉头充分预热后方可出炉浇铸，并将铜液温度调整到1300～1350℃，这时倾动炉体使嵌入炉头的石墨管对准结晶器中心并垂直于结晶器（水平面），打开限流阀，铜液经过阀门－石墨管路进入结晶器进行铸造，铜液在结晶器内高度为距结晶器上沿13mm并使石墨管浸入其中。结晶器内以烟灰覆盖熔体表面，铸造温度1300～1350℃，铸造速度0.9～1.2mm/s，铸造时冷却水压力为0.03～0.05MPa。

e、检查。

铸造结束后，将铸锭吊出铸造井，切取试样分析化学成分，低倍检查内部质量，测量尺寸，检查表面质量，合格后准备锯切。

f、锯切。

检查合格后的铸锭根据需要切成齐尺，准备下道工序加工使用。

g、入库。

将检验合格并锯切的铸锭，堆放到合格铸锭存放区域，作好记录。

实施例2。

采用本发明生产∮253mm圆形铸锭。

要求。

新打制炉子前期过度生产不低于3天，然后再去生产铬锆铜合金。

结晶器为圆形，直径∮258mm引锭头从铸锭出口方向伸入结晶器的1/3位置处。

铬锆铜合金操作流程。

配料—装炉—加铜合金熔炼用覆盖剂—熔化—加铜铬中间合金—升温熔化—烫炉头－取样分析－加铜镁中间合金脱氧—加铜锆中间合金—静置—取样分析，调整成分—烫炉头—铸造。

工艺控制。

a、烘烤覆盖剂。

铜合金熔炼用覆盖剂，使用前进行充分烘干，工艺为温度500℃/5～6小时，烘干结束后取出封好待用。

b、配料计算。

选择2t中频感应炉，总投料2000kg，其中金属镁按投料总量0.01%计算，需Cu-20%Mg中间合金1kg，铬按总投料量的0.8%计算，需Cu-10%Cr中间合金160kg，锆按总投料量的0.18%计算，需Cu-,30%Zr中间合金12kg，余量为铜，重量1827kg；分别将中间合金砸碎成小块，便于熔炼时熔化。

c、熔炼。

炉内加1827kg铜和熔炼用覆盖剂（约50kg），覆盖剂厚度以熔化后达到100mm为宜，升温熔化至1280～1320℃加入160kgＣu-Ｃr合金，温度略降， 5分钟升温至1280～1320℃，这时倾动炉体使铜液流入炉头进行烫炉头（13分钟），搅拌取样分析铬含量（可视含量进行微调，使含铬量不低于0.6%），铬（Ｃr）分析合格后加入1kgＣu-Ｍg合金，保温5分钟后再加入12kgＣu-Ｚr合金，再保温5分钟左右，取样分析锆元素含量（标准要求为0.05～0.25%，炉前分析要求不低于0.13%，否则进行补加锆），合格后保温准备铸造。

d、铸造。

倾动炉体再烫炉头（15分钟），让炉头充分预热后方可出炉浇铸，并将铜液温度调整到1320～1350℃，这时倾动炉体使嵌入炉头的石墨管对准结晶器中心并垂直于结晶器（水平面），打开限流阀，铜液经过阀门－石墨管路进入结晶器进行铸造，铜液在结晶器内高度为距结晶器上沿13mm并使石墨管浸入其中。结晶器内以烟灰覆盖熔体表面，铸造温度1320～1350℃，铸造速度0.8～1.1mm/s，铸造时冷却水压力为0.03～0.05MPa。

e、检查。

铸造结束后，将铸锭吊出铸造井，切取试样分析化学成分，低倍检查内部质量，测量尺寸，检查表面质量，合格后准备锯切。

f、锯切。

检查合格后的铸锭根据需要切成齐尺，准备下道工序加工使用。

g、入库。

将检验合格并锯切的铸锭，堆放到合格铸锭存放区域，作好记录。

Claims (1)

1.一种大气条件下熔炼与铸造C18150合金工艺，其特征在于有以下步骤：

（1）铸炉与烘烤烧结

炉衬材料必须选择碱性耐火材料，不得使用硅砂或其他酸性耐火材料，操作流程：打炉—烤炉—烧结，工艺控制条件：

a、打炉

炉头及上炉体采用浇铸料打制，下炉体采用干打料捣打，炉头与上炉体自然养护3～7天再将炉头与上炉体、上炉体与下炉体对接成一体；

b、烘烤

缓慢升温为宜，避免急速升温引起裂纹和剥落，烘烤结束缓慢降温；

c、烧结

将切好的小块电解铜加入炉内，填满为止，然后进行烧结；

（2）熔炼与铸造

新打制炉子前期过度生产不低于3天，然后再生产铬锆铜合金；

结晶器为圆形，引锭头从铸锭出口方向伸入结晶器的1/3位置处；

铬锆铜合金操作流程：

配料—装炉—加铜合金熔炼用覆盖剂—熔化—加铜铬中间合金—升温熔化—烫炉头－取样分析－加铜镁中间合金脱氧—加铜锆中间合金—静置—取样分析，调整成分—烫炉头—铸造 ；

工艺控制条件：

a、烘烤覆盖剂

铜合金熔炼用覆盖剂，使用前进行充分烘干，工艺为温度500℃/5～6小时，烘干结束后取出封好待用；

b、配料

金属镁按投料总量0.01%计算，铬按总投料量的0.7～0.9%计算，锆按总投料量的0.15～0.20%计算；镁、铬、锆分别做成铜-20%镁、铜-10%铬、铜-30%锆中间合金，使用前将中间合金砸碎成小块，便于熔炼时熔化；

c、熔炼

炉内加铜和熔炼用覆盖剂，覆盖剂厚度以熔化后达到100mm为宜，升温至1280～1320℃加入Ｃu-Ｃr合金使之熔化，温度降低，3～5分钟再升温至1280～1320℃，这时倾动炉体使铜液流入炉头进行烫炉头，使铜液在炉头处停留时间为10-15分钟，搅拌取样分析铬含量，铬（Ｃr）分析合格后加入Ｃu-Ｍg合金，保温5分钟左右后再加入Ｃu-Ｚr合金，再保温5分钟左右，取样分析锆元素含量，合格后保温准备铸造；

d、铸造

倾动炉体再烫炉头，使铜液在炉头处停留时间为10-15分钟，让炉头充分预热后方可出炉浇铸，并将铜液温度调整到1300～1350℃，这时倾动炉体使嵌入炉头的石墨管对准结晶器中心并垂直于结晶器的水平面，打开限流阀，铜液经过阀门－石墨管路进入结晶器进行铸造，铜液在结晶器内高度为距结晶器上沿10～15mm并使石墨管浸入其中，以烟灰覆盖结晶器内熔体表面，铸造温度1300～1350℃，铸造速度0.8～1.2mm/s，铸造时冷却水压力为0.03～0.05MPa；

e、检查

铸造结束后，将铸锭吊出铸造井，切取试样分析化学成分，低倍检查内部质量，测量尺寸，检查表面质量，合格后准备锯切；

f、锯切

检查合格后的铸锭根据需要切成齐尺，准备下道工序加工使用；

g、入库

将检验合格并锯切的铸锭，堆放到合格铸锭存放区域，作好记录。