非真空熔煉及澆鑄Cu－Cr－Zr合金的方法
2023-06-30 10:04:06 2
專利名稱：非真空熔煉及澆鑄Cu－Cr－Zr合金的方法
技術領域：
本發明涉及Cu-Cr-Zr合金的加工，尤其涉及熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，屬於有色金屬加工技術領域。
背景技術：
Cu-Cr-Zr合金的傳統加工方法是，先將電解銅與其它合金元素按比例配好並裝入真空爐中，同時將模具也放入真空爐內，抽真空至10-3Pa以下開始加熱熔煉，熔煉結束之後直接在真空爐內澆鑄。這種熔煉方法，由於爐內具有很高的真空度，氧的氣體分壓極低，從動力學上阻止了熔鍊金屬(Cu、Cr和Zr)的氧化燒損。熔煉過程中，銅的熔體中含有一定量的氧和氫，熔體內部與熔煉環境之間因濃度梯度產生很大的化學位，使得熔體中的氧和氫能夠快速向熔煉環境擴散，因此，真空熔煉法可以有效脫氧脫氫。
然而，真空熔煉Cu-Cr-Zr合金的方法存在以下問題①由於真空爐熔煉過程中需要很高的真空度，對爐體的密封性要求很高，熔煉時不能進行成分測量、成分調整和拔渣等操作，因此對原料的成分和雜質含量要求很高；②真空熔煉一般不會採用快速冷卻的方法，鑄錠易發生晶體粗化，在變形工藝中很容易出現裂紋，降低了板帶成品率；③真空爐本身的不連續操作，使其只能進行小規模生產，不能進行連續化大規模生產，限制了其產業化前景。
發明內容
本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法。
本發明的技術解決方案是非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於包括以下工序步驟1)將電解銅和銅鉻中間合金裝入熔煉爐膛，打開保護氣閥，通過上部進氣口通入保護氣體，直到爐內氣體經由上部出氣孔或加料口排出、保護氣體充滿爐膛、出氣口處點燃火柴會立即熄滅為止，關小保護氣閥，維持爐內壓力；2)將爐膛預熱、升溫，使電解銅和銅鉻中間合金熔化，在800～1500℃溫度下熔煉0～60分鐘，然後向爐膛內加入金屬鋯、脫氧劑和細化晶粒劑，保溫0～60分鐘；3)降低功率為0～30KW加熱，從下部進氣口向結晶器或鐵模中通入保護氣體，維持結晶器或鐵模內壓力，多餘氣體從下部出氣孔排出，打開水冷閥，10～30分鐘後開始澆鑄，溫度為800～1500℃。
進一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其中，步驟1)所述的維持爐內壓力是指，爐內保護氣體的表壓為0.5～10大氣壓；步驟3)所述的維持結晶器或鐵模內壓力是指，結晶器或鐵模內保護氣體的表壓為0.5～10大氣壓。
更進一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其中，所述的保護氣體為惰性氣體，尤其是氮氣或者氬氣。
更進一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其中，步驟2)中加入的金屬鋯為絲狀、塊狀或者銅包鋯。
再進一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其中，所述的上部進氣口以及下部進氣口的入射角為0～45度。
本發明的技術效果是(1)採用非真空熔煉Cu-Cr-Zr合金的方法來取代真空熔煉法，保護氣體採用高純惰性氣體，顯著降低了氧化燒損，並且加速熔體內部氧和氫的擴散，脫氧脫氫效果好，能及時在線測量和調整合金成分，鑄錠組織細化並且雜質含量低，徹底解決了真空熔煉成本昂貴和難以規模化生產的缺點；(2)採用非真空熔煉Cu-Cr-Zr合金的設備簡單，採用下澆的方式鑄錠，操作方便，可以實現大規模生產。
圖1是本發明熔煉及澆鑄設備結構示意圖。
圖中各附圖標記的含義見下表
具體實施方式
本發明採用非真空的方法即在保護氣體中進行熔煉和澆鑄Cu-Cr-Zr合金，保護氣體為工業純，在保護氣層中，氧和氫氣的分壓很小，加速了熔體中氧和氫的擴散，氧和氫氣的密度小，上浮至爐膛上部出氣口及時排出，脫氧脫氫效果好，可以及時在線測量和調整合金成分，使鑄錠組織細化，雜質含量低，徹底解決了真空熔煉成本昂貴和難以規模化生產的缺點。
圖1是本發明熔煉及澆鑄採用的設備結構示意圖，下面結合圖1對本發明作進一步的詳細描述。這些例子僅是一些應用範例，不能理解為對本發明權利要求保護範圍的限制。
實施例1分別取原料電解銅、銅鉻中間合金和鋅，取料量見表1，從加料口7裝入爐膛8，使其盛於坩堝16當中；也可以打開爐蓋2直接加入原料。蓋好加料口7和觀察窗1，打開保護氣閥，從上部進氣孔3通入氬氣，直到空氣從上部出氣口5排出、保護氣體充滿爐膛8、在上部出氣口5處點燃火柴會立即熄滅為止。打開感應加熱裝置10，功率10KW，時間10分鐘，調功率為50KW，加熱至熔化，整個加熱過程可在觀察窗1中觀察。從加料口7加入銅包鋯和鎂，熔煉5分鐘，同時打開氣閥，從下部進氣口15通入氬氣，使其作為保護氣體充滿澆鑄區域，多餘的氬氣從下部出氣口11排出。然後，降低功率至30KW，保溫10分鐘；關掉電源，打開塞棒6進行澆鑄。在熔煉過程中，塞棒9用於阻止熔體從下澆口13處流下；澆鑄過程中，通過調節塞棒機構6來控制熔體流量，保證合理的澆鑄速度，使熔體從下澆口13流入結晶器或鐵模14。
上述過程中，所述銅鋯中間合金主體成為Cu含量為0～90％，Cr含量為0～50％，Zr含量為0～50％。坩堝16、塞棒9和下澆口13採用氧化鋯或氧化鎂材質，爐體的上部和下部的外層分別設置石棉密封層4和12。原料及鑄錠的化學含量見表1，熔煉過程各金屬損失率分別為Cu≤1.0％、Cr≤3.5％、Zr≤6.2％。
表1
實施例2以鋯絲代替銅包鋯，採用與實施例1相同的條件實施本發明。原料及鑄錠的化學含量見表2，熔煉過程各金屬損失率分別為Cu≤1.0％、Cr≤3.4％和Zr≤7.2％。
表2
實施例3採用與實施例1相同的條件，採用N2為保護氣，熔煉完畢保溫過程中用氣體噴嘴從加料口7伸入熔體中，將N2通入熔體內部進行除氣。原料及鑄錠的化學含量見表3，根據金相照片，可以看出鑄錠組織明顯提高，氣孔和夾雜減少，熔煉過程各金屬損失率分別為Cu≤1.1％、Cr≤3.4％和Zr≤7.1％。
表3
權利要求
1.非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於包括以下工序步驟1)將電解銅和銅鉻中間合金裝入熔煉爐膛，打開保護氣閥，通過上部進氣口通入保護氣體，直到爐內氣體經由上部出氣孔或加料口排出、保護氣體充滿爐膛、出氣口處點燃火柴會立即熄滅為止，關小保護氣閥，維持爐內壓力；2)將爐膛預熱、升溫，使電解銅和銅鉻中間合金熔化，在800～1500℃溫度下熔煉0～60分鐘，然後向爐膛內加入金屬鋯、脫氧劑和細化晶粒劑，保溫0～60分鐘；3)降低功率為0～30KW加熱，從下部進氣口向結晶器或鐵模中通入保護氣體，維持結晶器或鐵模內壓力，多餘氣體從下部出氣孔排出，打開水冷閥，10～30分鐘後開始澆鑄，溫度為800～1500℃。
2.根據權利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於步驟1)所述的維持爐內壓力是指，爐內保護氣體的表壓為0.5～10大氣壓。
3.根據權利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於步驟3)所述的維持結晶器或鐵模內壓力是指，結晶器或鐵模內保護氣體的表壓為0.5～10大氣壓。
4.根據權利要求1或2或3所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於所述的保護氣體為惰性氣體。
5.根據權利要求4所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於所述的保護氣體為氮氣或氬氣。
6.根據權利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於步驟2)中加入的金屬鋯為絲狀、塊狀或者銅包鋯。
7.根據權利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法，其特徵在於所述的上部進氣口以及下部進氣口的入射角為0～45度。
全文摘要
本發明提供了一種熔煉及澆鑄Cu－Cr－Zr合金的方法，其主要工藝是將電解銅、銅鉻中間合金和金屬鋯裝入保護氣體感應爐內，通入保護氣體進行熔煉，熔煉完畢後，從底部澆出，下澆口與結晶器相接，並具有氣體保護裝置。整個過程都是在工業純保護氣體下進行，熔鍊氣氛中氧和氫的分壓很低，氧化燒損率低，且具有較好的脫氧脫氫效果；也可在熔煉過程中將惰性氣體通入熔體進行脫氣，鑄錠質量得到提高，並可進行連續化生產。
文檔編號B22D21/00GK1865467SQ200610085210
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月2日 優先權日2006年6月2日
發明者郭富安, 慕思國, 曹興民, 向朝建, 楊春秀, 朱雯 申請人:蘇州有色金屬加工研究院