一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法
【专利摘要】本发明提出一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，包括配料、装炉、熔化浇注三个阶段，本发明分多次加入铝青铜精炼剂，使脱氧、除气、除渣同时且在熔炼全过程进行。而且本发明确定了铝的加入时机，使熔炼的镍铝青铜合金化学成分均匀，性能稳定，抗拉强度在660--710MPa，屈服强度在290--370MPa，延伸率16--24％，硬度180—200，大大超过了目前国内本行业内传统方法制得的镍铝青铜的机械性能。
【专利说明】一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镍铝青铜的熔炼【技术领域】，具体为一种高性能镍铝青铜的环保安全熔 炼工艺方法。
【背景技术】
[0002] 对于高速铁路接触网零件来说，运行安全性至关重要，因此其材质选用必须满足 强度高、韧性好、硬度高及优良导电性的要求。
[0003] 镍铝青铜（ZCuA110Ni5Fe5)具有较好的机械性能和导电性，满足高速铁路接触网 选材要求。镍铝青铜（ZCuA110Ni5Fe5)的机械性能要求为：抗拉强度不低于650MPa，屈服强 度不低于280MPa，延伸率不低于7%，布氏硬度不低于150。其化学成分为：A1 8. 5-10. 5%， Ni4.0-6.0%，Fe4.0-5. 5%，Cu余量，Si低于 0.1%。
[0004] 但采用目前国内本行业内传统的熔炼方法，仅仅能够满足镍铝青铜 (ZCuA110Ni5Fe5)的主要化学成分要求，其中的Si含量总是超标，更重要的是达不到镍铝 青铜（ZCuA110Ni5Fe5)的机械性能要求。而且传统镍铝青铜熔炼用磷铜脱氧会剧烈降低导 电性、抗蚀性、切削加工性和增加气孔倾向，影响零件的正常使用，用作高速铁路接触网零 件时威胁列车的运行安全；另外传统熔炼工艺脱氧后用块状精炼剂除气除渣，需要用钟罩 将精炼剂压入熔池，操作危险危害因素多，溶液易飞溅伤人，同时产生大量烟雾，操作条件 恶劣，严重影响现场操作工身心健康，且对环境造成严重污染。
【发明内容】
[0005] 为确保高速铁路接触网镍铝青铜零件的安全性，使其具有满足强度高、韧性好、硬 度高及优良导电性，同时改善操作条件，消除不安全因素，本发明提出了一种高性能镍铝青 铜的环保安全熔炼工艺方法。本方法采用具有不增硅特性的铝青铜精炼剂，并采用独特的 精炼剂加入方法，使脱氧、除气、除渣同时且在全过程进行，操作简单安全且对人体和环境 无害。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] 所述一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：采用以下步 骤：
[0008] 步骤1 :配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的 同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量不超过配料总质量的40% ;要求配料中各元 素的质量百分比为：Al、9. 5%，Ni、5. 0%，Fe、5. 0%，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝 青铜精炼剂质量为配料总质量的〇. 3% -0. 5% ;
[0009] 步骤2 :装炉：将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩 埚壁坚直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙；若配料中采用回炉料，则将回炉料加入坩埚中 心;将4 (N3_u啲铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内;将剩余配料预热；N取4?6的整数；
[0010] 步骤3 :熔化浇注：在炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着 液面高度的上升，分（N-2)次向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入77^17啲铝青铜 精炼剂，并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余 配料；当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号 电解铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4 的铝青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的 浇注温度后出炉浇注。
[0011] 进一步的优选方案，所述一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征 在于：N取4 ;且在步骤3中，当炉料熔化，液面高度上升到坩埚高度的1/3时，向坩埚内均 匀撒入1/4的铝青铜精炼剂；当液面高度上升到坩埚高度的2/3时，向坩埚内再次均匀撒入 1/4的错青铜精炼剂。
[0012] 有益效果
[0013] 本发明的有益效果为：
[0014] 1、分多次加入铝青铜精炼剂，使脱氧、除气、除渣同时且在熔炼全过程进行。2、 确定了铝的加入时机，使熔炼的镍铝青铜合金化学成分均匀，性能稳定，抗拉强度在 660-710MPa，屈服强度在290-370MPa，延伸率16-24%，硬度180- 200,大大超过了目前 国内本行业内传统方法制得的镍铝青铜的机械性能。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合具体实施例描述本发明：
[0016] 实施例1 :
[0017] 本实施例采用熔化量170公斤的150KW中频感应炉，具体的工艺方法为：
[0018] 步骤1 :配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮进行满炉配料，经过 计算要求配料中各元素的质量百分比为：Al、9. 5%，Ni、5. 0%，Fe、5. 0%，Cu、余量；选用的 具有不增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的〇. 3%。
[0019] 步骤2 :装炉：检查150KW中频感应炉设备合格，将1号电解镍块全部放入感应炉 的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁坚直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙，这种铁皮放置 方法能够有助于铁皮熔化；将^^17的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内，N取5 ;将剩余配料 (本实施例中为全部的1号电解铝和部分1号电解铜）放在炉台上预热。
[0020] 步骤3 :烙化浇注：先小功率（约60% )送电，待电流稳定后逐渐增至最大值功率。 炉料开化后随着下部炉料的熔化，要经常观察炉料的下降，必要时摇动炉料，防止搭桥。在 炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面高度的上升，分3次在不同 时刻向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入的铝青铜精炼剂，并且随着熔化的 进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到 坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完 全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚 内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度1150°C后出炉浇 注。其中注意浇注前浇包800°C预热要不小于一小时。
[0021] 本实施例得到的镍铝青铜化学分析以及力学性能测试结果如下：
[0022] 测试化学成分：A1 8. 92%，Ni4. 8%，Fe4. 9%，Si0· 07%。
[0023] 力学性能：抗拉强度690MPa，屈服强度355MPa，延伸率23. 5%，硬度HB202。
[0024] 实施例2 :
[0025] 本实施例采用熔化量160公斤的150KW中频感应炉，具体的工艺方法为：
[0026] 步骤1 :配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的 同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量为配料总质量的30%，经过计算要求配料中 各元素的质量百分比为：Al、9. 5%，Ni、5. 0%，Fe、5. 0%，Cu、余量；选用的具有不增硅特性 的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的〇. 4%。
[0027] 步骤2 :装炉：检查150KW中频感应炉设备合格，将1号电解镍块全部放入感应炉 的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁坚直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙，这种铁皮放置 方法能够有助于铁皮熔化；将^7^的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内，N取4 ;将剩余配料 (本实施例中为全部的1号电解铝和部分回炉料）放在炉台上预热。
[0028] 步骤3 :烙化浇注：先小功率（约60% )送电，待电流稳定后逐渐增至最大值功率。 炉料开化后随着下部炉料的熔化，要经常观察炉料的下降，必要时摇动炉料，防止搭桥。当 炉料熔化，液面高度上升到坩埚高度的1/3时，向坩埚内均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂；当 液面高度上升到坩埚高度的2/3时，向坩埚内再次均匀撒入1/4的铝青铜精炼剂。并且随着 熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度 上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电 解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂； 当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度1170°C后 出炉浇注。其中注意浇注前浇包800°C预热要不小于一小时。
[0029] 本实施例得到的镍铝青铜化学分析以及力学性能测试结果如下：
[0030] 测试化学成分：A1 9. 13%，Ni4. 77%，Fe4. 81%，Si0· 07%。
[0031] 力学性能：抗拉强度710MPa，屈服强度365MPa，延伸率19. 5%，硬度HB191。
[0032] 实施例3 :
[0033] 本实施例采用熔化量150公斤的150KW中频感应炉，具体的工艺方法为：
[0034] 步骤1 :配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的 同牌号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量为配料总质量的40 %，经过计算经过计算要 求配料中各元素的质量百分比为：Al、9. 5%，Ni、5. 0%，Fe、5. 0%，Cu、余量；选用的具有不 增硅特性的铝青铜精炼剂质量为配料总质量的0. 5%。
[0035] 步骤2 :装炉：检查150KW中频感应炉设备合格，将1号电解镍块全部放入感应炉 的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁坚直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙，这种铁皮放置 方法能够有助于铁皮熔化；将^^的铝青铜精炼剂均匀撒入坩埚内，N取6 ;将剩余配料 (本实施例中为全部的1号电解铝和部分回炉料）放在炉台上预热。
[0036] 步骤3 :烙化浇注：先小功率（约60% )送电，待电流稳定后逐渐增至最大值功率。 炉料开化后随着下部炉料的熔化，要经常观察炉料的下降，必要时摇动炉料，防止搭桥。在 炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面高度的上升，分4次在不同 时刻向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入^^的铝青铜精炼剂，并且随着熔化的 进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料；当液面高度上升到 坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解铝；当1号电解铝完 全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝青铜精炼剂；当坩埚 内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注温度1130°C后出炉浇 注。其中注意浇注前浇包800°C预热要不小于一小时。
[0037] 本实施例得到的镍铝青铜化学分析以及力学性能测试结果如下：
[0038] 测试化学成分：A1 9. 10%，Ni5. 02%，Fe5. 13%，Si0· 08%。
[0039] 力学性能：抗拉强度665MPa，屈服强度355MPa，延伸率15%，硬度HB205。
[0040] 上述三个实施例中得到的镍铝青铜，其化学成分和力学性能均满足镍铝青铜 (ZCuAl10Ni5Fe5)的国际标准要求。
【权利要求】
1. 一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：采用以下步骤： 步骤1:配料：采用1号电解铜、1号电解铝、1号电解镍、铁皮以及化学成分明确的同牌 号回炉料进行满炉配料，其中回炉料质量不超过配料总质量的40% ;要求配料中各元素的 质量百分比为：A1、9. 5%，Ni、5. 0%，Fe、5. 0%，Cu、余量；选用的具有不增硅特性的铝青铜 精炼剂质量为配料总质量的〇. 3% -0. 5% ; 步骤2 :装炉：将1号电解镍块全部放入感应炉的坩埚底部，将1号电解铜板沿坩埚壁 坚直方向插入，将铁皮插入铜板缝隙；若配料中采用回炉料，则将回炉料加入坩埚中心；将
步骤3 :熔化浇注：在炉料开化到液面高度上升到坩埚高度的3/4的过程中，随着液面 高度的上升，分（N-2)次向坩埚内均匀撒入铝青铜精炼剂，每次撒入
齐U，并且随着熔化的进行，向坩埚内逐步加入1号电解铝之外的经过预热的部分剩余配料； 当液面高度上升到坩埚高度的3/4时，扒除表面熔渣，向坩埚内加入经过预热的1号电解 铝；当1号电解铝完全熔化时，立即加入剩下的所有经过预热的剩余配料，并撒入1/4的铝 青铜精炼剂；当坩埚内所有配料全部化开后，测量并调整坩埚液面温度至镍铝青铜的浇注 温度后出炉浇注。
2. 根据权利要求1所述一种高性能镍铝青铜的环保安全熔炼工艺方法，其特征在于：N取4 ;且在步骤3中，当炉料熔化，液面高度上升到坩埚高度的1/3时，向坩埚内均匀撒入 1/4的铝青铜精炼剂；当液面高度上升到坩埚高度的2/3时，向坩埚内再次均匀撒入1/4的 错青铜精炼剂。
【文档编号】C22C9/01GK104357708SQ201410633354
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】田荣县, 王明虎, 魏孟, 范小林, 李铁麟, 吕耀斌, 杨双, 李赟, 赵明 申请人:中船重工西安东仪科工集团有限公司