用于熔铸生产高性能铜银合金的熔化炉、装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生产铜银合金导体的技术，尤其涉及一种采用非真空熔铸生产高性能 铜银合金导体的熔化炉、装置及其方法，采用所述的装置和方法生产得到的铜银合金导体 杂质含量低，具有良好可拉性且具有高强度、高导电和优良综合性能。
【背景技术】
[0002] 由于电子产品的不断小型化，对微细电磁线的细径化同样也提出了更高的要求， 不仅要求重量轻、直径小，还要求微细电磁线的功率增大，在绕制过程中不易断线。为了提 高铜合金导体的安全张力又兼顾其它特性，要求铜合金导体不仅需要具有高强高导特性， 还需要具有高韧性和优良的音频特性。
[0003] 现有的超细同轴电缆是针对通讯终端产品（如手机天线、笔记本电脑、LED显示 器、CCD摄像机等）微型化的要求开发出的微型数据传输同轴电缆及线束产品。超细同轴 电缆也可用于医疗现场使用的超声波诊断装置的探测传输线。超细同轴电缆的关键技术在 于铜合金导体，铜合金导体不仅要有均衡的抗拉强度、伸长率和导电率的综合性能，而且要 有良好的可拉性。
[0004] 此外，随着长脉冲磁场技术的发展，对磁场导体材料的性能也提出了更多新的要 求，磁场导体材料需要同时具备高强度和高导电性的特点，从而能承受洛伦兹力和焦耳热。 常用铜合金材料由于不具备高强高导特性，已不能满足磁场导体材料性能的要求。
[0005] 对铜银合金导体的进一步研究，为上述的技术发展提供了一个可选的方案：铜银 合金导体形变铜基原位复合材料可用作高脉冲磁场导体，通过调整铜银合金导体的中银的 含量，可以获得不同导电性、软化温度以及强度等性能的铜银合金导体。
[0006] 此外，在电机换向器用铜银合金和高速电气化铁路接触线用铜银合金中，由于含 银量在0. 3%及以下，用现有的上引连铸法生产，如专利CN1628924A中公开了一种有关上 引连铸挤压法无氧银铜排、线生产工艺，具体采用阴极铜或银作为原材料，通过熔化、保温、 引杆、连续挤压等步骤，从而获得无氧银铜排、线。
[0007] 但是现有的上引连铸炉体积均较大，在不同含量的制备铜银合金过程中，连铸炉 针对不同银含量铜银合金制备的转换不灵活，且不适合含银量大于0.3%的铜银合金生产。 且采用现有的上引连铸法生产制得的筑炉耐火材料所含有的杂质含量高，不适合用于生产 极/超细线电线、电缆。
[0008] 目前，含银量大于0. 3 %的铜银合金生产仍处于试验研究阶段，并未进入工业化大 批量生产，且一般采用真空炉熔炼，然后进行铸锭、锻造或挤压，之后进行拉拔和热处理等。 如专利CN101791638A中公开了一种Cu-Ag合金线的制造方法及采用这种方法制备所得的 Cu-Ag合金线。其中，生产含银0. 5-15. 0质量百分比的铜银合金坯料的过程虽然能够实现 连续生产，但是需要采用真空熔化进行制备，生产成本高、产量低，不易于Cu-Ag合金线的 大量生产和广泛应用。
[0009] 因此，亟待对即可熔铸连续生产、且可方便变换不同银含量的合金制备、还可以提 高产量、降低生产成本的新的铜银合金的设备及其制备方法进行进一步的研究。
【发明内容】
[0010] 本发明旨在提供一种可以有效解决现有技术中存在的缺陷的问题的新型的铜银 合金生产装置及其制备方法，从而可以实现熔铸连续生产、易于转换熔铸方式，且有助于提 高产量、降低生产成本。
[0011] 本发明的第一方面提供了一种用于熔铸生产高性能铜银合金的熔化炉，所述熔化 炉包括炉腔、石墨谢祸、对所述石墨谢祸进行加热的石墨加热兀件，所述石墨谢祸与所述石 墨加热元件均设于所述炉膛内；
[0012] 所述石墨土甘祸内设有分体石墨隔板、石墨缓冲隔板；
[0013] 其中，所述石墨缓冲隔板将所述石墨坩埚内分为上部与底部；所述分体石墨隔板 将所述石墨坩埚上部分为至少两个腔室，其中至少一个腔室内设有上引结晶器；
[0014] 所述石墨坩埚底部设有流槽，在所述流槽的出口处设有水平结晶器；
[0015] 所述石墨坩埚内还设有吹气孔，所述吹气孔设于所述石墨缓冲隔板下方。在本发 明另一个较为优选的实施例中，所述的石墨加热元件排布在所述石墨坩埚的周边，采用对 流和/或热福射对所述石墨谢祸进行加热。
[0016] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述的分体石墨缓冲隔板上设有均匀分布 的开孔。
[0017] 其中，所述开孔的孔径大小和分布均可根据实际需要制备的铜银合金的加料大小 及单重进行控制。
[0018] 在本发明一个较为优选的实施例中，所述的分体石墨隔板将所述石墨坩埚上部分 为两个腔室，即为加料腔与铸造腔，所述上引结晶器设于所述铸造腔内。
[0019] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述加料腔与所述铸造腔底部相通，所述 加料腔内的金属液可通过底部相通的部分进入所述铸造腔底部。
[0020] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述熔化炉的炉体内还设有冷却单元，所 述冷却单元采用循环水冷却，所述冷却单元内设有冷却进水口、冷却出水口。
[0021] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述的炉膛与所述炉膛内设置的所述石墨 坩埚的空隙可采用隔热耐火材料塞紧密封，所述隔热耐火材料优选为隔热耐火棉。
[0022] 优选地，所述的炉膛上设有炉膛保护气吹气口，所述炉膛保护气吹气口通入具有 一定压力的气体，可以选自氮气、氦气、氖气或氩气中的一种或几种，更优选为选自氮气或 氩气中的一种或两种。
[0023] 优选地，所述的炉膛内还设有测温热电偶，所述测温热电偶用于测定所述炉膛与 所述石墨坩埚、所述石墨加热元件之间的温度；其中本发明中还采用PID调谐进行所述炉 膛内部温度控制，实现精准的炉温控制，制造程序参数采用PLC进行控制。
[0024] 优选地，设于所述石墨坩埚周边的所述石墨加热元件主要利用对流和/或热辐射 的方式对所述石墨坩埚进行加热。
[0025] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述石墨坩埚与所述炉膛的开口为相同高 度，在所述石墨坩埚的上开口设有防护套，所述防护套采用耐火材料制成。
[0026] 优选地，通过所述的吹气孔，气体从金属液底部吹入，就会使金属液翻滚，从而起 到搅拌作用，所述的吹气孔接入所述石墨坩埚内，所述吹气孔通入具有一定压力的气体，可 以选自氮气、氦气、氖气或氩气中的一种或几种，还可更优选为选自氮气或氩气中的一种或 两种。
[0027] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述的流槽为带锥度流槽，在所述的带锥 度流槽的出口处还设有石墨座，所述水平结晶器固定在所述石墨座上，所述的石墨座内还 设有吹气管，所述吹气管内通入具有一定压力的气体，可以选自氮气、氦气、氖气或氩气中 的一种或几种，可以更优选地选自氮气和氩气中的一种或两种。
[0028] 优选地，所述石墨座可通过第一挡板固定在所述炉体上，所述石墨座与所述炉体 中所述炉膛的间隙可采用隔热耐火材料塞紧密封，所述隔热耐火材料优选为隔热耐火棉。
[0029] 在本发明另一个较为优选的实施例中，对所述的带有锥度流槽的锥度角度不做限 制，可根据实际的需求做相应的调整。所述带有锥度流槽用于水平连铸或泄料使用。
[0030] 优选地，所述的水平结晶器与所述石墨座之间可通过第二挡板固定，所述的水平 结晶器用于水平连铸时使用。
[0031] 在本发明另一个较为优选的实施例中，所述的上引结晶器用于上引连铸时使用。
[0032] 本发明中所述的熔化炉的大小尺寸可根据实际需求做进一步的限定。
[0033] 本发明的第二方面提供了一种用于熔铸生产高性能铜银合金的装置，所述装置中 含有上述熔化炉，此外，还可以包括振动装置、炉盖、牵引装置、收线装置，气体、冷却水控制 装置，PLC控制装置等。
[0034] 本发明的第三方面提供了一种采用上述熔化炉进行熔铸生产高性能铜银合金导 体的方法，具体步骤如下：
[0035] 步骤1，将水平结晶器或者还有上引结晶器内放置引杆，待熔化炉加热后，将铜、银 和/或其它金属分批加入熔化炉石墨坩埚内并熔化，至所述石墨坩埚内金属液覆盖分体石 墨缓冲隔板；
[0036] 步骤2,采用石墨鳞片将所述金属液覆盖并由吹气孔往所述石墨坩埚内吹入气体， 待所述石墨鳞片厚度达到15-35_后，重复步骤2,直至所述石墨坩埚内金属液面达到距离 所述石墨坩埚上口 40-60mm停止；
[0037] 步骤3,保持温度0. 8-1. 5h，所述石墨坩埚内金属液与所述水平结晶器或者还有 上引结晶器内引杆接触；
[0038] 步骤4,铸造成型。
[0039] 若采用上述所述的铜合金生产装置，本发明所述的合金生产方法还包括：
[0040] 步骤5,进行水平和/或上引连续铸造，调整铸造速度为0. 2-1. 8m/min，铸造移动 时间为0. 05-0. 20s，移动距离为2-10mm，停顿时间为0. 05-0. 50s，保持金属液相对稳定并 重复上述步骤2-3中所述操作。
[0041] 在本发明所述方法步骤1中一个较为优选的实施例，加入加料腔中所述