专利名称：矿热电炉用紫铜瓦新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电器件的制造方法，具体涉及一种在金属硅、硅铁、电石等生产
企业的矿热炉设备中广泛用作导电器件的铜瓦的制造方法。
背景技术：
矿热炉设备因工作环境为高温状态，铜瓦表面易被氧化；同时由于铜瓦与电极之 间接触不完全，易发生间歇性瞬间强脉冲放电而灼伤铜瓦表面。故铜瓦为易损导电器件。传 统使用的是铸造铜瓦，在铸造成型过程中，金属要经过从液态到固态的结晶过程和铸件继 续冷却的温度梯度过程，在这些过程将伴生各种铸造缺陷(如组织疏松、气孔、夹渣、裂纹 等)无法根除，造成在使用过程中易出现漏水、断裂、掉块等缺陷，影响其使用寿命；铸造过 程中亦造成铜瓦内部组织不均匀，晶粒较大，致密性差，影响其机械性能和导电率；另外为 了将氧化亚铜中的铜还原出来就必须脱氧，无论加入哪一种脱氧剂，都将影响到铜的纯度， 大大降低了其导电率。总之，传统的铸造铜瓦无法改善导电率、电阻率、机械性能等方面的 性能指标，亦造成使用厂家矿热炉中铜瓦易漏水、断裂、掉块等一系列缺陷，大大影响着铜 瓦的使用寿命，使矿热炉厂家因铜瓦问题常常耗电量严重超标并不间断停产，造成了大量 的人力、物力、财力的严重浪费。另外生产铸造铜瓦的设备落后，大部分生产厂家均采用焦 碳炉坩埚熔炼，环境污染严重，工人的劳动强度大，劳动环境恶劣，生产率低下。
发明内容
为了提高铜瓦的机械性能和导电率，降低电阻率，本发明提供一种制造矿热电炉 用紫铜瓦的新工艺。 矿热电炉用紫铜瓦新工艺是在原铸造铜瓦成熟的生产工艺基础上，以无氧轧坯替
换铸坯，以高纯阴极铜摄入微量锂盐替换原用的黄铜及铜合金；在成型加工工序中以打深
孔取代了原铸造铜瓦内通水的无缝钢管；采用压力机冷压加工内圆弧面并用镗床精加工内
弧面的方法。其步骤是 1 、原材料采用高纯阴极铜； 2、冶炼浇铸在200KVA/1. 5T工频感应炉预热到300°C -40(rC后逐层缓慢放入电 解铜进行熔炼。经过约4h左右电解铜完全熔化后表面填入木炭并保证完全覆盖，依靠木炭 在铜中燃烧达到脱氧的目的，并进一步升温达到115(TC后将微量锂盐压入铜水底部，迅速 均匀搅拌并排气除渣后，打开浇注口将铜水浇入固定有模具的浇铸机中，冷却后成为定尺 铸坯； 3、定尺热轧将冷却后的铸坯在锯床上切制成定尺铜瓦铸坯，并采用感应加热炉 加热，用辊轧机将铸坯反复热轧； 4、轧制毛坯粗加工利用铣边机和圆盘锯床将轧坯四周按尺寸要求切铣成长方 体； 5、钻深孔在长方体上部两侧向下各钻一竖孔，在长方体底部的侧面钻一横孔，横
3孔与两个竖孔钻通，形成U形通水道；
6、成形加工 (1)导电接头成形用镗床和铣床，在两个竖孔所处的位置上加工，形成两个导电 接头， (2)冷压成弧按照所要制造的铜瓦的弧面半径选用胎模，将轧坯经压力机冷压 成所需要的弧形， (3)精加工铜瓦内弧面和铜瓦压紧孔用镗床精加工出准确的铜瓦内弧面的弧面 半径，使之与矿热炉电极半径相吻合；并用镗床加工铜瓦压紧孔，
(4)导电接头弯制利用胎具冷弯导电接头成预定的角度， 7、铜瓦冷却水道密封把铜瓦通水道的横孔端头加工成带内螺纹的台状孔，先采 用铆接方式压入一个与横孔端头过盈配合的堵头，利用过盈接触密封；再将铜垫片放入端 面密封台上，压紧住堵头密封；最后把螺纹堵头的螺纹上涂上耐高温胶，然后旋入孔中，并 压紧在铜垫片上。
8、成品检验、水压实验按图纸要求对铜瓦各尺寸进行严格检查，通水道通水并进
行0. 8Mpa水压试验，并保证15分钟不得有渗漏现象； 9、包装入库表面清理油污、水分等后包装盒包装入库。 本发明在外形上和传统的铜瓦外形相同，但由于制作方法不同，性质上有了极大
差异。本发明用高纯阴极铜摄入微量锂盐为铜坯材料，并使冶炼铸坯过程严格按照无氧铜
排的工艺流程程序化生产，从而以无氧铜摄入微量锂盐替换原铸造铜瓦使用的黄铜及铜合
金，使铜瓦用材的耐高温性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、抗冲击性能、抗氧化性能、导电性能、
导热性能、致密度、晶粒度以及机械性能均得到了很大提高。同时工频感应电炉完全替代了
陈旧的焦碳坩埚冶炼，不仅冶炼效率高，而且铜材损耗大幅度降低，由原来的8_10%烧损降
到现在的2-3%。这对铜资源日益紧缺的我国具有开源节流的极大意义。 采用以上加工方法制造铜瓦，不仅防止了铜材的氧化，而且保证了铜瓦内弧面与
电极的良好接触；将原焊接连结的导电接头改为铜瓦本体和导电接头整体加工成形。本发
明使铜瓦使各项性能指标从根本上提高，完全替代工艺落后、性能较差的铸造铜瓦。原铸造
铜瓦使用的导电接头部分需经熔铸，机加工成型，焊接等过程后与铜瓦连接为一体，节能轧
制紫铜瓦改为铜瓦本体与导电接头一体成形的技术方案，杜绝了因导电接头与铜瓦本体焊
接不良造成的铜瓦接头焊接强度不够，致使铜瓦在使用中出现接头漏水、断裂等问题，亦避
免了铜瓦因加热焊接造成的表面氧化问题，大大提高了铜瓦的导电性能，导热性能，连接强
度和使用寿命。 本发明的热轧过程能够保证轧制均匀，不仅打碎了材料粗大的树枝状结晶，使晶 粒变细，其纤维结构连贯而不被切断，材料在变形终了时具备完全再结晶，大大提高了金属 的致密度，同时机械性能，导电率，导热率亦明显提高。
图1是本发明矿热电炉用紫铜瓦的生产工艺流程图；
图2是本发明矿热电炉用紫铜瓦的结构示意图；
图3是传统的铸造铜瓦的结构示意图。
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图中1竖孔，2横孔，3导电接头，4铜瓦压紧孔，5堵头，6密封铜垫片，7螺纹堵头， 8冷却水管。
具体实施例方式参见图1和图2，本发明的具体制造工艺如下述步骤 1、原材料的购进必须采用高纯阴极铜，其中铜的纯度(重量含量)为 99. 92% -99. 96%，优选值为99. 95%，以保证在冶炼过程中铜材的性能良好，材料进厂后 必须复验合格后方可使用。 2、冶炼浇铸在200KVA/1. 5T工频感应炉预热到300°C _4001:后逐层缓慢放入电 解铜进行熔炼。经过约4h左右电解铜完全熔化后表面填入木炭并保证完全覆盖，依靠木炭 在铜中燃烧达到脱氧的目的，并进一步升温且用超声波测温仪测定铜水的温度，待温度达 到115(TC后使用罩盅将微量锂盐压入铜水底部，锂盐与电解铜的重量比为千分之0.5，锂 盐最佳使用氯化锂。加入锂盐后迅速搅拌均匀并排气除渣，然后打开浇注口将铜水浇入固 定有专用模具的浇铸机中，冷却后成为定尺铸坯。 3、定尺热轧将冷却后的铸坯在锯床上按不同的矿热炉设备要求的尺寸切制成定 尺铜瓦铸坯，并采用感应加热炉加热至均热750°C _8001:后，数控直流调速辊轧机将铸坯 反复热轧4-7次，每次的轧制过程应随时注意轧坯的纵横向延展，以保证接近或达到铜瓦 的毛坯尺寸。辊轧机的压力一般控制在100t-180t范围内。热轧过程中注意轧坯的温度不 得低于65(TC。 4、轧制毛坯粗加工利用铣边机和圆盘锯床将轧坯四周切铣成与铜瓦规格相应的
长方体。根据现有矿热炉的容量，铜瓦规格范围基本可以为长600-1000mm，宽400-470mm，
厚65-100mm。但对于所应用的矿热炉设备的不同，铜瓦规格不局限于上述尺寸。 5、钻深孔用数控深孔钻床在长方体上部两侧向下各钻一竖孔l，在长方体底部
的侧面钻一横孔2，横孔2与两个竖孔1钻通，形成U形通水道。竖孔1与横孔2直径均为
28-32mm。以打深孔取代了传统铸造铜瓦内用无缝钢管或铜管制作的冷却水管8，根除了大
电流强磁场下涡流磁场所造成的电能损耗，杜绝了由于铜瓦温度大幅变化致使铜瓦与其内
部无缝钢管不能同步伸縮的弊端。同时原来的间接冷却变为现在的直接冷却，冷却效果明
显提高，降低了铜瓦的使用温度，提高了铜瓦的使用效果，铜瓦的电能损耗也得到了大大减
少，并延长了铜瓦的使用寿命。 6、成形加工 (1)导电接头成形在镗床和铣床上按工序依次加工，在两个竖孔1所处的位置上 加工，形成两个导电接头3，采用了铜瓦本体与导电接头一体成形的技术方案；
(2)冷压成弧按照图纸要求弧面半径选用合理的胎模，将轧坯经压力机冷压成 所需要的弧形。压制时必须考虑轧坯的弧面均匀度和反弹状态。压力机冷压成形，消除了 原热压铜瓦表面的氧化问题，改善了铜瓦表面的强度和韧性，延长了铜瓦的使用寿命；
(3)精加工铜瓦内弧面和铜瓦压紧孔用镗床精加工出准确的铜瓦内弧面的弧面 半径，使之与矿热炉电极半径相吻合。铜瓦压紧孔4亦用镗床加工，并要求顶紧位置合理。 铜瓦内弧面和铜瓦压紧孔4的精加工，保证了铜瓦内弧面与电极圆周面良好接触，导电性 能大幅度提高，电能损耗明显减少；
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(4)导电接头弯制利用胎具按纸角度要求冷弯导电接头3成预定的角度(角度 与传统的导电接头的弯曲角度相同)，弯制过程不能使导电接头3和铜瓦本体连接处造成 任何缺陷； 7、铜瓦冷却水道密封把铜瓦通水道的横孔2端头加工成带内螺纹的台状孔，先 采用铆接方式压入一个与横孔2端头过盈配合的堵头5，利用过盈接触密封；再将铜垫片6 放入端面密封台上，压紧住堵头5密封；最后把螺纹堵头7的螺纹上涂上耐高温胶，然后旋 入孔中，并压紧在铜垫片6上。铜瓦通水道下侧横孔2端头采用这种过盈接触密封、铜垫片 压紧密封、耐高温胶密封和螺纹密封相结合的方法，使得连接强度高，密封性能好，严格控 制了铜瓦在使用过程中的漏水现象。 8、成品检验、水压实验按图纸要求对铜瓦各尺寸进行严格检查，如无不合格尺寸 后，通水道通水并进行0. 8Mpa水压试验，并保证15分钟不得有渗漏现象。
9、包装入库表面清理油污、水分等后包装盒包装入库。
按以上加工工艺方式生产的矿热电炉用紫铜瓦和铸造铜瓦性能比较表如下 铸造铜瓦与新工艺的矿热电炉用紫铜瓦性能参数比较表
\^特性 指标\^ 性能数值 \ 名称 ^""^材质抗拉强 度 MPa导电率 %电阻率 Q咖VM伸长率 All. 3%使用寿 命(月)
铸造铜瓦H9619556 600. 024836306—12
新工艺的紫铜 瓦高纯阴极 铜加微量 锂盐19595 980. 0172373536
权利要求
一种矿热电炉用紫铜瓦新工艺，其特征在于其步骤包括，(1)、原材料采用高纯阴极铜；(2)、冶炼浇铸在200KVA/1.5T工频感应炉预热到300℃-400℃后逐层缓慢放入电解铜进行熔炼，经过约4h左右电解铜完全熔化后表面填入木炭并保证完全覆盖，依靠木炭在铜中燃烧达到脱氧的目的，并进一步升温达到1150℃后将微量锂盐压入铜水底部，迅速均匀搅拌并排气除渣后，打开浇注口将铜水浇入固定有模具的浇铸机中，冷却后成为定尺铸坯；(3)、定尺热轧将冷却后的铸坯在锯床上切制成定尺铜瓦铸坯，并采用感应加热炉加热，用辊轧机将铸坯反复热轧；(4)、轧制毛坯粗加工利用铣边机和圆盘锯床将轧坯四周按尺寸要求切铣成长方体；(5)、钻深孔在长方体上部两侧向下各钻一竖孔，在长方体底部的侧面钻一横孔，横孔与两个竖孔钻通，形成U形通水道；(6)、成形加工1)导电接头成形用镗床和铣床，在两个竖孔所处的位置上加工，形成两个导电接头，2)冷压成弧按照所要制造的铜瓦的弧面半径选用胎模，将轧坯经压力机冷压成所需要的弧形，3)精加工铜瓦内弧面和铜瓦压紧孔用镗床精加工出准确的铜瓦内弧面的弧面半径，使之与矿热炉电极半径相吻合；并用镗床加工铜瓦压紧孔，4)导电接头弯制利用胎具冷弯导电接头成预定的角度，(7)、铜瓦冷却水道密封把铜瓦通水道的横孔端头加工成带内螺纹的台状孔，先采用铆接方式压入一个与横孔端头过盈配合的堵头，利用过盈接触密封；再将铜垫片放入端面密封台上，压紧住堵头密封；最后把螺纹堵头的螺纹上涂上耐高温胶，然后旋入孔中，并压紧在铜垫片上；(8)、成品检验、水压实验按图纸要求对铜瓦各尺寸进行严格检查，通水道通水并进行0.8Mpa水压试验，并保证15分钟不得有渗漏现象；(9)、包装入库表面清理油污、水分等后包装盒包装入库。
2. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述锂盐与电解铜的重量比为千分之O. 5，锂盐为氯化锂。
3. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于在定尺热轧中，在锯床上切制成定尺铜瓦铸坯后，采用感应加热炉加热至均热750°C _8001:后，数控直流调速辊轧机将铸坯反复热轧4-7次，每次的轧制过程应随时注意轧坯的纵横向延展，以保证接近或达到铜瓦的毛坯尺寸，辊轧机的压力控制在100t-180t范围内，热轧过程中注意轧坯的温度不低于650°C。
4. 根据权利要求l所述的制造方法，其特征在于在轧制毛坯粗加工步骤中，切铣成的长方体的规格为长600-1000mm，宽400-470mm，厚65-100mm。
5. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于横孔与两个竖孔的直径均为28-32mm。
全文摘要
本发明涉及一种在金属硅、硅铁、电石等生产企业的矿热炉设备中广泛用作导电器件的铜瓦的制造方法。整个生产工艺过程主要包括紫铜在熔炼中加入微量锂盐并半连续浇注，定尺热轧，毛坯粗加工，钻冷却深孔，冷压成型，整体装配，成品检验等多个步骤组成。原材料必须选用高纯度的阴极纯铜；熔炼中脱氧以保证铸坯为无氧铜锭，并加入微量锂盐，浇注结晶后提高了铜材的致密性、耐腐蚀性能、抗高温性能、耐磨损性能、抗冲击性能、硬度、导电率和热导率；热轧过程打碎了粗大的树枝状结晶，使晶粒变细，其纤维结构连续而不被切断，机械性能、导电率及热导率大幅度提高了；深孔钻床加工冷却水孔；压力机冷压轧坯成弧形；镗床等设备镗出所要求的弧面半径、导电接头部分及铜瓦顶紧部分；最后整体装配，水压试验合格后入库。
文档编号B23P15/00GK101704176SQ20081016705
公开日2010年5月12日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者牛清民, 陈志成 申请人:甘肃明旺铜铝材有限公司