一种铜铬触头废料的回收利用方法与流程

本发明属于资源回收
技术领域：
，涉及一种废料的回收利用方法，尤其涉及一种铜铬触头废料的回收利用方法。
背景技术：
：真空断路器是电网的重要组成部分，而触头材料是真空断路器的核心部件，触头材料的性能直接影响真空断路器的使用寿命，进而影响整个电网的安全运行。铜铬合金兼具铜的良好导电性以及铬的耐腐蚀性的特点，是一类被广泛应用的电触头材料，铬含量高的铜铬合金是制造中高压真空断路器的重要原料。目前，用于制备铜铬电触头材料的方法包括混粉烧结法、熔渗法、真空感应熔炼法以及真空电弧熔炼法。cn108746644a公开了一种铜铬触头材料的制备方法，包括步骤如下：先将一部分铜粉与铬粉混合，在真空条件下，球磨得到球磨粉，再加入剩余铜粉，混合均匀，得到混粉；然后将混粉压制成坯，将压坯放入坩埚中，上面放置紫铜片，然后将坩埚放入真空烧结炉中烧结、熔渗，退火后得到铜铬触头材料。这种方法的工艺简单，成本较低，但对粉末的要求比较高，尤其是铬的含氧量，在一定程度上增加了原料成本，此外，铬颗粒与铜基体的结合较差，所得铜铬触头材料的韧性不高。cn106180654a公开了一种放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法：s1，将铬粉倒入石墨模具，对粉末进行还原，再放置于等离子体烧结炉内抽真空并加压，通入脉冲直流电流后升温，随炉冷却；s2，取抛光清洗后的铜块，干燥后进行激光照射，然后再进行等离子体处理，得到熔渗铜块；s3，将铬骨架放入石墨舟中，熔渗铜块置于铬骨架之上，周围使用刚玉粉填埋，置于具有保护气体气氛的高温烧结炉中烧结，得到铜铬烧结体；s4，对铜铬烧结体进行热压，冷却后得到铜铬触头材料。熔渗法制备得到的铜铬合金致密度高，理论密度可达98％，但生产效率较低，而且所得铜铬触头中铬的颗粒度较大，容易产生宏观偏析缺陷，导致真空断路器的耐高压强度低，开断容量易达到极限。cn109351982a公开了一种连续生产铜铬合金制粉方法，包括以下步骤：(1)将铜、铬分别装入陶瓷坩埚中进行融化，并通过电磁感应搅拌；(2)将金属液化雾化破碎成大量细小的液滴，对导流嘴进行感应加热，溶液由陶瓷坩埚底部导流嘴流出，重复雾化制粉过程；(3)细小的液滴在飞行中凝固成球形和亚球形颗粒，再经筛选分离达到制备各种粒度的金属粉末。真空感应熔炼法的整个工艺过程都在真空或惰性气体保护条件下进行，减少了合金气体杂质含量，但由于熔炼过程在较高温度下进行，铜、铬元素会与坩埚材料发生反应并引入杂质，此外铜和铬元素熔点及密度相差较大，在熔炼及保温过程中，两种元素会发生分离现象，导致宏观组织偏析。cn105525130a公开了一种铜铬电触头材料及其制备方法，制备方法为：石墨烯镀铜、铜合金制粉、球磨混粉、致密化处理、真空电弧熔炼。通过在铜铬合金中添加镀铜石墨烯作为骨架，使材料具有高硬度、抗机械性能与抗电弧烧结性能的同时，避免了导电性、导热性的降低。真空电弧熔炼，熔炼时间短，避免了石墨烯颗粒的偏聚。但真空电弧熔炼的工艺复杂，稳定性不高，制备成本高。由此可知，现有的混粉烧结法、熔渗法、真空感应熔炼法以及真空电弧熔炼法制备铜铬触头材料时，由于自身工艺的限制都存在着不可避免的问题，提供一种回收铜铬触头废料，并将铜铬触头废料制备成粉末进行利用的方法具有重要的工业应用价值。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法对铜铬触头废料进行利用，减少了使用铜粉、铬粉生产铜铬粉末时易引入杂质的风险，还能对报废的铜铬触头进行回收利用，提高了资源利用率，降低了环境压力。为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)将铜铬触头废料制备成自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体；(3)雾化步骤(2)所得合金熔体，得到铜铬合金粉末。本发明对铜铬触头废料进行了回收利用，减少了资源浪费，节约了生产铜铬合金粉末的成本。本发明首先将铜铬触头废料制备成自耗电极，然后采用电极感应熔炼的方法熔炼自耗电极，避免了采用真空感应熔炼时坩埚中杂质元素的影响，提高了最终所得铜铬合金粉末的纯度。本发明将合金熔体通过雾化的方法制备得到铜铬合金粉末，减少了宏观组织偏析的缺陷，且不存在铬颗粒偏大的问题，所得铜铬合金粉末的球形度高，由本发明提供的方法回收得到的铜铬合金粉末可用于再生产铜铬触头部件，所得铜铬触头部件的性能指标满足工业需求。优选地，步骤(1)所述将铜铬触头废料制备成自耗电极的步骤包括：将铜铬触头废料加工成铜铬合金屑，然后将铜铬合金屑压制成型为自耗电极。将铜铬触头废料加工为铜铬合金屑的方法包括但不限于传统的切割与研磨，本发明通过将铜铬触头废料切割、研磨为铜铬合金屑，使形状不规则的铜铬触头废料制备为形状规则的自耗电极，使铜铬触头废料能够用于无坩埚参与的真空感应熔炼。其中，本发明所述压制成型的方法为本领域常规的压制成型方法，本领域技术人员可根据需要选择合适的压制成型参数，本发明在此不做限定。优选地，步骤(1)所述自耗电极的直径为10-100mm，例如可以是10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20-60mm。当自耗电极的直径较小时，压制成型的成本较高，且使用直径较小的自耗电极进行真空感应熔炼时的铜铬合金粉末的产量较少；当自耗电极的直径较大时，压制成型的成本同样较高，且真空感应熔炼时的熔化速度较低，无法获得球形度高且粒径均一的铜铬合金粉末。本发明不对自耗电极的长度做具体限定，本领域技术人员可根据工艺要求进行合理地选择。优选地，步骤(2)所述真空感应熔炼的频率为50-400khz，例如可以是50khz、100khz、150khz、200khz、250khz、300khz、350khz或300khz，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为150-250khz。当真空感应熔炼的频率较低时，自耗电极的熔化速度较慢，导致生产效率降低；当真空感应熔炼的频率较高时，自耗电极的熔化速度过快，熔体流量过大，导致所得铜铬合金粉末的粒径增大，且合金元素的挥发性强，过高的频率导致铜铬合金粉末中的组成发生改变，同时也不利于节约成本。优选地，步骤(2)所述真空感应熔炼的功率为5-100kw，例如可以是5kw、10kw、20kw、30kw、40kw、50kw、60kw、70kw、80kw、90kw或100kw，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20-60kw。优选地，步骤(3)所述雾化在惰性气氛下进行。本发明所述在惰性气氛下进行是指雾化时，整个雾化设备处于惰性气氛下，实现惰性气氛的方法包括但不限于：对整个雾化设备进行抽真空，使真空度为10-3-10-1pa，然后通入惰性气体。优选地，所述惰性气氛下，惰性气体的压力不高于0.15mpa，例如可以是0.1mpa、0.11mpa、0.12mpa、0.13mpa、0.14mpa或0.15mpa等，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述惰性气体包括氮气、氩气或氦气，典型但非限制性的组合包括氮气与氩气的组合，氩气与氦气的组合，氮气与氦气的组合或氮气、氩气与氦气的组合。优选地，步骤(3)所述雾化的步骤包括：步骤(2)所得合金熔体被由雾化喷嘴喷出的惰性气体击碎形成熔滴，熔滴冷却固化形成铜铬合金粉末。其中，惰性气体包括氮气、氩气或氦气，典型但非限制性的组合包括氮气与氩气的组合，氩气与氦气的组合，氮气与氦气的组合或氮气、氩气与氦气的组合。优选地，所得铜铬合金粉末的粒径d50为1-450μm，例如可以是1μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm或450μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10-250μm。优选地，所述雾化喷嘴包括环缝喷嘴和/或环孔喷嘴。优选地，步骤(3)所述雾化的压力为0.1-6mpa，例如可以是0.1mpa、0.5mpa、1mpa、1.5mpa、2mpa、2.5mpa、3mpa、3.5mpa、4mpa、4.5mpa、5mpa、5.5mpa或6mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本申请所述回收利用方法的优选技术方案，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)将铜铬触头废料加工成铜铬合金屑，然后将铜铬合金屑压制成型为直径10-100mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为50-400khz，真空感应熔炼的功率为5-100kw；(3)在压力不高于0.15mpa的惰性气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，步骤(2)所得合金熔体被由雾化喷嘴喷出的惰性气体击碎形成熔滴，雾化压力为0.1-6mpa，熔滴冷却固化形成粒径d50为1-450μm的铜铬合金粉末。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)本发明对铜铬触头材料进行回收利用，提高了资源利用率；(2)本发明采用电极感应熔炼的方法熔炼自耗电极，采用真空感应熔炼时坩埚中杂质元素的影响，从而提高了最终所得铜铬合金粉末的纯度，o含量低至0.05wt％，c含量低至0.03wt％；(3)本发明制备得到的铜铬合金粉末纯度高、粉末颗粒小，圆度可达0.98，利用铜铬合金粉末再生产铜铬合金触头材料时，能够避免宏观组织偏析以及铬颗粒大的缺陷。附图说明图1为本申请所用真空感应熔炼的流程示意图；图2为实施例1制备得到的铜铬合金粉末的xrd图；图3为实施例1制备得到的铜铬合金粉末的sem图。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例1本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法的流程示意图如图1所示，包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径50mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为200khz，功率为50kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氮气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的氮气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为4mpa。本实施例制备得到的铜铬合金粉末的xrd图如图2所示，由图2可知，本实施例制备得到的铜铬合金粉末没有新杂质相生成。本实施例制备得到的铜铬合金粉末的sem图如图3所述，由图3可知，本实施例制备得到的铜铬合金粉末的形貌基本为球形或近球形，粉末的球形度较高。实施例2本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径30mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为100khz，功率为20kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氦气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的氦气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为3mpa。实施例3本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径60mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为300khz，功率为60kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氩气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的氩气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为5mpa。实施例4本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径10mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为50khz，功率为10kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氩气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环孔雾化喷嘴喷出的氮气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为2mpa。实施例5本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径20mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为50khz，功率为5kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氦气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的惰性气体(90％volar+10％volhe)击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为2.8mpa。实施例6本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径50mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为200khz，功率为50kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氮气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的惰性气体(90％voln2+10％volar)击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为4mpa。实施例7本实施例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径50mm的自耗电极；(2)将步骤(1)所得自耗电极真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为200khz，功率为50kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氮气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环孔雾化喷嘴喷出的氮气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为4mpa。对比例1本对比例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径50mm的合金锭；(2)将步骤(1)所得合金锭在石墨坩埚中真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为200khz，功率为50kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氮气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的氮气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为4mpa。对比例2本对比例提供了一种铜铬触头废料的回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：(1)切割研磨铜铬触头废料，得到铜铬合金屑，将铜铬合金屑压制成型为直径50mm的合金锭；(2)将步骤(1)所得合金锭在氧化铝坩埚中真空感应熔炼为合金熔体，真空感应熔炼的频率为200khz，功率为50kw；(3)在压力不超过0.15mpa的氮气气氛中雾化步骤(2)所得合金熔体，合金熔体由环缝雾化喷嘴喷出的氮气击碎形成熔滴，熔滴冷却固化后得到铜铬合金粉末，雾化的压力为4mpa。使用蔡司公司的扫描电镜的eds模式测试实施例1-7以及对比例1-2中所得铜铬合金粉末的元素含量，结果如表1所示。表1由表1中的数据可知，由于对比例1使用了石墨坩埚对合金锭进行熔炼，所得铜铬合金粉末中的c含量较高，由0.03wt％升高至0.4wt％。由于对比例2使用了氧化铝坩埚对合金锭进行熔炼，所得铜铬合金粉末中的al含量由无法检出升高至0.12wt％，o含量由0.05wt％升高至0.16wt％。所得铜铬合金粉末中的氧气含量对制备得到的铜铬电触头的开断能力有重要影响，使用力可公司氮氧氢含量测试仪测试实施例1-7以及对比例1-2中的氧气含量，结果如表2所示。表2氧含量(ppm)实施例1430实施例2340实施例3270实施例4440实施例5260实施例6310实施例7460对比例12000对比例21900由表2可知，对比例1与对比例2中分别使用了石墨坩埚与氧化铝坩埚，使制备得到的铜铬合金粉末中的杂质含量提高，氧气含量由430ppm升高至2000ppm与1900ppm。应用gb/t36655-2018公开的方法测定实施例1-7以及对比例1-2中铜铬合金粉末的球形度。圆度c定义为下式，其中a为投影面积，p为投影周长：c＝4πa/p2对于完美的球形，圆度为1，圆度越接近1的粉末，球形度越高。采用欧奇奥公司的粒度粒形分析仪测定粉末的圆度，结果如表3所示。表3圆度实施例10.98实施例20.93实施例30.86实施例40.97实施例50.98实施例60.94实施例70.97对比例10.90对比例20.91由表3的数据可知，本发明提供的铜铬触头废料的回收利用方法制备得到的铜铬合金粉末的球形度较高。使用马尔文激光粒度仪测定实施例1-7以及对比例1-2提供的铜铬合金粉末的粒度。所得结果如表4所示。表4粒径d90(μm)粒径d50(μm)实施例113965实施例211848实施例314971实施例410139实施例511045实施例612876实施例714569对比例117491对比例216376由表3以及表4中的数据可知，本发明提供的铜铬触头废料的回收利用方法制备得到的铜铬合金粉末的球形度较高，且粒径较小，有利于回收再利用。综上所述，本发明对铜铬触头材料进行回收利用，提高了资源利用率；本发明采用电极感应熔炼的方法熔炼自耗电极，采用真空感应熔炼时坩埚中杂质元素的影响，从而提高了最终所得铜铬合金粉末的纯度，o含量低至0.05wt％，c含量低至0.03wt％；本发明制备得到的铜铬合金粉末纯度高、粉末颗粒小，圆度可达0.98，利用铜铬合金粉末再生产铜铬合金触头材料时，能够避免宏观组织偏析以及铬颗粒大的缺陷。申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属
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的技术人员应该明了，任何属于本
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的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页1 2 3