专利名称：铜铬锆合金的熔炼、上引连铸工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度、高导电率、高软化温度的铜^#*的熔炼、 上引连铸一体^t支术，特别是在非真空、低炉压^f牛下，釆用上引连^i殳 备，生产任意长度的铜^#*线棒材。
背景技术：
铜^^^f乍为一种高强度、高导电、高软化温度的^r材料，其优 异的性能已被广^i也应用在国民经济的许多重要领域。这种材料以铜为基， 添加金属铬和金属锆，由于铬和锆在高温熔炼铸造条件下与氧的亲和力极 强，在熔炼和铸造过程中极易氧^#发，因而，生产难度较大。 一般情况 下需要采用真空熔炼和铸造的方法，以减少氧化和挥发，保证产品最终具 有符合要求的化学成分。
玉贿铜4##*的冶炼工艺主要有两种， 一种是真空熔炼+挤压工艺， 由于真空感应电炉所固有的结构，其生产方式^^限于周期性作业的产品， 单件铸造重量或长度受到坩锅容量的限制，无法生产李文大重量或理"^上无 限长度的产品且生产成^4交高；另一种是非真空熔炼+连铸+挤压工艺，其 缺点在于*中成分41^^空制，且与真空熔炼+挤压的工艺一样无法生产较
大重量或理论上无限长度的产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问 _在非真空情况下，提供一种铜^4^^r 的熔炼、上引连铸工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下铜^#合金的熔炼、 上引连铸工艺，该工艺4躺的设备包括熔炼炉、铸造炉、牵引铸造设备， 所速熔炼炉和铸造炉具有密封盖以;SJ。料口 ，并且溶炼炉和铸造炉设置有进气口、出气口，所述铸造炉具有两个腔室，分别为中间区腔室、铸造保 温区腔室，所i^炼炉与铸造炉的中间区腔室之间通过第一导流管称逸， 所述铸造炉的中间区腔室与铸造保温区腔室之间通过第二导流管联通，所 述第一、第二导流管内分别塞有隔热塞棒，第一、第二导流管的打开与关 闭通过隔热塞棒的打开与封闭实现，牵？ 1铸造设备的上引结晶器置于铸造
保温区月空室内，该工艺的步骤包括
(1) 、向熔炼炉内招放标准阴极铜、铜铬中间M,并铺上烘千的干 馏木炭縣剂，P能盖紧溶炼炉的密封盖，并向熔炼炉内充保护气体，赶 出熔炼炉内的空气；
(2) 、在铸造炉的炉底铺上烘干的片^5墨 剂，盖紧铸造炉的密 封盖，并向铸造炉内充保护气体，赶出熔炼炉内的空气；
(3 )、熔炼炉开始熔炼铜^^,当熔炼温度iiJ'J 1150°C ~ 135(TC时， 铜和铜铬中间合金开始熔化，当铜和铜铬中间合金完全熔化后，再精炼 10~25分钟，打开第一导流管内的隔热塞棒，将熔炼好的铜#^注入铸 造炉的中间区腔室，此时铸造炉的温>1^#在1100~ 1300°C;
(4) 、封闭第一导流管内的隔热塞棒，^4同锆中间^^it^铸造炉 的中间区腔室，待铜锆中间^r熔化后，铸造炉保温1 15^4中；
(5) 、打开第二导流管内的隔热塞棒，将熔炼好的铜^#*注入铸 造炉的4^itJ呆温区腔室；
(6) 、封闭第二导流管内的隔热塞棒，让铸造炉的铸造保温区腔室内 的铜4I4告^^置，接着通过牵引铸造设备进行铜^^^的上引铸造， 得到铜娜娃线棒材，并iiAjR4装置紘
为了实现连续生产，本发明工艺中，待所述步骤(4)中第一导流管内 的隔热塞棒封闭后，继续向熔炼炉^i欠标准阴极铜和铜铬中间^^t行熔 炼，熔炼工艺与步骤(3)相同，并重复步骤(4) ~ (6)，实现连续生产。
本发明的有益效果如下采用连体形式的熔炼炉与铸造炉并分别增加 了密封盖和加料装置，使溶炼炉与铸造炉在熔炼过程中具备阮良的气密性;整个生产过程均在孩伍压力条frf呆护气体的气氛下进行，在金属的熔炼和
铸造过程中，铬与锆这两种与氧亲和力极强的金属没有与^i妄触的才;i^, 从而保证了铸造出的铜^4告M线棒的化学成分，使*中铬与锆的^*
符合相关标准要求；本工艺采用了上引连铸技术，实现了铜^#*线棒 的连续性生产，而不受炉体容量大小的影响，可生产任意长度、符合成分
要求的铜4#4告*线棒材，铸造出的铜^#*线棒可通过》114装置4^
成巻，巻重根据需要确定，理"i仑上可以无限长。
图1为本发明铜^4^^r的熔炼、上引连铸工艺的设备结构示意图。 絲实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明 不限于所给出的例子。
本实施,例以按ASTM标准生产的C18150M (引#^4^#线杆皿为 ①20mm)为例对i^f亍描述。
C18150M化学成分
CrZr Fe Si Pb Cu
0.50- 1.500.05 - 0.25 《0.10 <0.10 <0.05 絲
原泮+酉e4+比Cr: 0.9% , Zr: 0.1% , Cu:錄
本发明铜4^##的熔炼、上引连铸工艺，该工艺^J 1的设备如图1 所示，包括熔炼炉l、铸造炉16、牵引铸造设备，熔炼炉1和铸造炉16 具有密封差.17、 18以M口料口 5、 7 (本例中，加料口设置于密封盖上， 并且加料口Se^有可开启和关闭锁紧的密封罩)，并皿炼炉1和铸造炉 16设置有进气口 10、出气口 4, 4^造炉具有两个腔室161、 162，分别为中 间区腔室、铸造保温区腔室，熔炼炉1与铸造炉的中间区腔室161之间通 过第一导流管6耳^f,祷造炉的中间区腔室与铸造保温区腔室之间通过第 二导流管9m,所述第一、第二导流管内分别塞有隔热塞棒，第一、第 二导流管6、 9的打开与关闭通过隔热塞棒的打开与封闭实现，牵引铸造设备的上引结晶器11置于铸造保温区腔室162内，图1中，2为铜及铜铬中 间*溶液、3为干馏木炭覆盖剂、12为铜##线棒、13为上引机及牵引 装置、14为^J^显密封圈、15为片4"墨;i^剂，
该工艺的步骤包括
(1) 、向熔炼炉内才^i文标准阴极铜1759k、含&7%的铜铬中间^^金 257kg，并铺上烘干的干馏木炭M剂，fte盖紧熔炼炉的密封盖，并向熔 炼炉内充保护气体(本实施例中的保护气体选用氮气，可以用氩气等不活 泼气体)，赶出熔炼炉内的空气；
(2) 、在铸造炉的炉底铺上烘干的片^^墨覆盖剂，盖紧铸造炉的密 封盖，并向铸造炉内充保护气体(选用氮气)，赶出熔炼炉内的空气；
(3 )、熔炼炉开始熔炼铜#^金，当熔炼温度iiJ'J 1150°C ~ 1350。C时， 铜和铜铬中间合金开始熔化，当铜和铜铬中间合金完全熔化后，再精炼
10~25^4中，打开第一导流管内的隔热塞棒，将熔炼好的铜^^注入铸 造炉的中间区腔室，此时铸造炉的温度保持在1100 ~ 1300°C;
(4) 、封闭第一导流管内的隔热塞棒，将4kg含锆50。/o4同锆中间^r 小块才iitA祷造炉的内中间区腔室，待铜错中间^r溶化后，祷造炉保温 1 ~15愤；
(5) 、打开第二导流管内的隔热塞棒，将熔炼好的铜4M告M注入铸 造炉的铸造保温区腔室；
(6) 、封闭第二导流管内的隔热塞棒，让铸造炉的铸造保温区腔室内 的铜#4#^^置，接着通过牵引铸造设备进行铜^#*的上引铸造， 引出①20mm的铜^4告*线棒材,并iiA^4装置録，本步骤中上引速 度为120-150毫米/^4中。
本发明工艺中，步骤(1)和步骤(2 )可同时进4亍。所述步骤(3)中， 熔炼温度的最佳范围为1150°C ~ 1250°C，铸造炉的最佳温度范围为 110(TC-125(TC。所述步骤(3)中，熔炼炉的最佳精炼时间为15~18分钟；步骤(4)中铜锆中间^r熔化后，铸造炉最佳保温时间为1 ~ 4分钟。
本发明步骤(l)中，当熔炼炉内的^iiJ愤伍压力时，即熔炼炉内 的气压比一个大气压大10-40Pa时(此为最佳^￡选择区间，既能实现发 明目的，又易于在工艺上实现，如果炉内气压更大也能实观本发明)，停止 充保护气体并关闭相应进出气口；步骤(2)中，当铸造炉内的^JiJij微 正压力时，即铸造炉内的^E比一个大^a大10-40Pa时(此为最佳^S 选择区间，既能实现发明目的，又易于在工艺上实现，如果炉内气压更大 也能实现本发明)，停止充保护气体并关闭相应进出气口。充保护气体使得 熔炼炉和4^造炉内的^为孩ijE压，目的^i非尽炉内的空气，并且孩伍压. 可以确保当出气口打开时，不会有空气i4^,从而起到了隔绝空气的作用。 在实际生产过程中，也可以不关闭进出气口，而采用持续充保护气体的方 式来实现杜绝空气iiA^炼炉和铸造炉内，但这种方式浪费保护气体，不 如本实施例方法来的节约。出气口的阀门可以选"^压力单向阀，当炉内压 力过高时，可以自动进4力改气，确保^生产，单向阀可以避免空气* 炉内。熔炼炉、铸造炉可单独酉己保护气体进气口，为了简化设计，如图1
所示，本实施例中，铸造炉设有保护气体进气口 io,所m炼炉设有保护
气体出气口 4,所述保护气体进气口il7v铸造炉的铸造保温区腔室，铸造 保温区腔室与中间区腔室之间、中间区腔室与熔炼炉炉腔之间分别具有第 一、第二导气孔82、 81,所述第一导气孔同时作为铸造保温区腔室的出气 口、中间区腔室的进气口，第二导气孔同时作为中间区腔室的出气口、熔 炼炉炉腔的进气口。整个系统只需一^f呆护气体进气口， -HS呆护气体出 气口，这种设计更简单，控制 目对方便。
本发明连续生产是这样进行的，当步骤(4)中第一导流管内的隔热塞 棒封闭后，继续向熔炼炉^i文标准阴极铜和铜铬中间^rii行熔炼，熔炼 工艺与步骤(3)相同，并重复步骤(4) ~ (6),实现连续生产，由于实 现了铜铬锆*的连续生产，因此所生产的铜铬锆^^丝可以无限长，满 足工程需要。值得注意的是，重复生产过程中，每次添加原料的总量按转注入铸造炉中的体积百分比计算，确保产品组分的相对稳定。
本发明工艺中，干馏木炭a^剂、片^5墨M剂的铺设高度范围为 30 200mm。隔热塞棒选用石墨塞棒，保护气体可以是干燥的纯净氮气，也 可以M气。熔炼炉与铸造炉可以是连体式工频感应电炉，也可以是连体 式工频感应炉。
本发明涉及的铸造炉可以是对l^铸造炉的一种 i^，即在炉内砌墙， ^f吏单个炉腔变为两个相隔的腔室，其中一个腔为所述的中间区腔室，另一
个腔为所述的铸造保温区腔室；也可以重新设计铸造炉，及##造炉设计 成由两个独立的炉组成，其中一个炉的腔室为中间区腔室、另一个炉的腔 室为铸造保温区腔室。之^斤以##造炉分为两个腔，是由于在中间区需要 添加铜锆中间*，这是一个合金化的过程，属于非静置状态，而上引连 铸则需要确保炉内合金处于静置状态，因此需刻夸两个区隔开，而上述两 种方案都可以将这两个区域隔开，因此上述两种方案的铸造炉都可满^^ 发明的需要。
权利要求
1、铜铬锆合金的熔炼、上引连铸工艺，该工艺使用的设备包括熔炼炉、铸造炉、牵引铸造设备，所述熔炼炉和铸造炉具有密封盖以及加料口，并且熔炼炉和铸造炉设置有进气口、出气口，所述铸造炉具有两个腔室，分别为中间区腔室、铸造保温区腔室，所述熔炼炉与铸造炉的中间区腔室之间通过第一导流管联通，所述铸造炉的中间区腔室与铸造保温区腔室之间通过第二导流管联通，所述第一、第二导流管内分别塞有隔热塞棒，第一、第二导流管的打开与关闭通过隔热塞棒的打开与封闭实现，牵引铸造设备的上引结晶器置于铸造保温区腔室内，该工艺的步骤包括(1)、向熔炼炉内投放标准阴极铜、铜铬中间合金，并铺上烘干的干馏木炭覆盖剂，随后盖紧熔炼炉的密封盖，并向熔炼炉内充保护气体，赶出熔炼炉内的空气；(2)、在铸造炉的炉底铺上烘干的片状石墨覆盖剂，盖紧铸造炉的密封盖，并向铸造炉内充保护气体，赶出熔炼炉内的空气；(3)、熔炼炉开始熔炼铜铬合金，当熔炼温度达到1150℃～1350℃时，铜和铜铬中间合金开始熔化，当铜和铜铬中间合金完全熔化后，再精炼10～25分钟，打开第一导流管内的隔热塞棒，将熔炼好的铜铬合金注入铸造炉的中间区腔室，此时铸造炉的温度保持在1100～1300℃；(4)、封闭第一导流管内的隔热塞棒，将铜锆中间合金投放入铸造炉的中间区腔室，待铜锆中间合金熔化后，铸造炉保温1～15分钟；(5)、打开第二导流管内的隔热塞棒，将熔炼好的铜铬锆合金注入铸造炉的铸造保温区腔室；(6)、封闭第二导流管内的隔热塞棒，让铸造炉的铸造保温区腔室内的铜铬锆合金静置，接着通过牵引铸造设备进行铜铬锆合金的上引铸造，得到铜铬锆合金线棒材，并进入收卷装置成盘。
2、 根据权利要求1所述的铜^#^^的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是所述—的步骤(1)和步骤(2 )同时进行。
3、 根据权利要求1所述的铜4M告娃的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是，所述步骤(3)中，熔炼温度范围为1150°C~ 1250°C,铸造炉的温度 范围为110(TC 1250。C。
4、 根据权利要求3所述的铜4##*的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是，所述步骤(3)中，熔炼炉的精炼时间为15 18分钟；所述步骤(4) 中，铜锆中间^r溶化后，铸造炉保温时间为1 ~ 4 ^!中。
5、 根据权利要求4所述的铜^^^r的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是步骤(l)中，当熔炼炉内的^JiJ愤liL压力时，即熔炼炉内的^S比 一个大^E大10-40Pa时,停止充保护气体并关闭相应进出气口；步骤(2 ) 中，当铸造炉内的^ii^孩iiE压力时，即铸造炉内的气压比一个大^ 大10-40Pa时，停止充保护气体并关闭相应进出气口。
6、 才財居权利要求1所述的铜^#*的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是，待所述步骤(4)中第一导流管内的隔热塞棒封闭后，继续向熔炼炉投 放标准阴极铜和铜铬中间^rii行溶炼，熔炼工艺与步骤(3)相同，并重 复步骤(4) ~ (6)，实现连续生产。
7、 根据权利要求1所述的铜4M告娃的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是所述的干馏木炭;t^剂、片^S墨;M剂的铺设高度范围为30~200咖。
8、 根据权利要求1所述的铜^#*的熔炼、上引连铸工艺，其特征 是所述的隔热塞棒为石墨塞棒，所述的保护气体为干燥的纯净氮气或氩气 中的一种，所述的熔炼炉与铸造炉为连体式工频感应电炉或连体式中频感 应炉中的一种。
9、 据权利要求1所述的铜##*的熔炼、上引连铸工艺，其特征是 所述铸造炉由两个独立的炉组成，其中一个炉的腔室为中间区腔室、另一 个炉的l空室为^^itl呆温区月空室。
10、根据权利要求1所述的铜^#*的熔炼、上引连铸工艺，其特征是，所述铸造炉设有保护气体进气口 ，所逸溶炼炉设有保护气体出气口， 所述保护气体进气口it^铸造炉的铸造保温区腔室，铸造保温区腔室与中 间区腔室之间、中间区腔室与炫炼炉炉腔之间分别具有第一、第二导气孔， 所述第一导气孔同时作为铸造保温区腔室的出气口 、中间区腔室的进气口 ， 第二导气孔同时作为中间区腔室的出气口 、熔炼炉炉腔的进气口 。
全文摘要
本发明公开了一种高强、高导、高软化温度的铜铬锆合金线棒材料的上引连铸技术，主要采用了非真空、低炉压气密性熔炼炉和铸造炉及上引装置，在非真空条件下，采用上引连铸设备和技术，实现了铜铬锆合金线棒的连续性生产，不受炉体容量大小的影响，可生产任意长度铜铬锆合金线棒材，所得产品是生产高速列车接触线、点焊电极、导电嘴、引线框架、电机导条等高强高导铜合金产品的重要原材料。
文档编号B22D11/14GK101618445SQ20091018171
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者关百香, 京 张, 祁全洪 申请人:京 张