密闭式工频炉及其充氮气熔炼和铸造铜及铜合金的工艺的制作方法

本发明涉及到铜及铜合金熔炼和铸造，具体涉及一种密闭式工频炉，还涉及普通黄铜(h62、h65、h68等)熔炼和铸造工艺，属于金属压延加工领域。

背景技术：

普通工频熔炼和铸造方式是敞开式，待熔金属或已熔融金属与空气、炉料中的水、油污等接触，将产生一系列化学反应，具体如下：

zn+o2→zno

cu+o2→cuo

h2o→h2+o2

cu+h2o→cuo+h2

cmhnox(油脂)→h2o+co2

h2(氢气)在t2(纯铜)熔融铜液中随温度上升,溶解度急剧上升,反之随温度下降氢溶解度急剧下降。h2在h65熔点932℃和沸点1240℃之间，随温度上升,氢溶解度上升,反之随温度下降而下降，沸点过后氢溶解度快速下降，这就是通常采用的沸腾法除气，见氢在铜中溶解度曲线图。

有一部分氢气在铜液温较高,张力较小条件下,逃逸出融体。因此,生产时浇铸温度尽量低,让氢气尽量逸出,减少铜液中含气量。一部分氢气随着温度进一步下降,逃逸阻力增大,被包容在铸锭表层内,形成气孔,在后续压延加工中形成裂纹或起皮等缺陷，降低了产品成材率。还有一部分氢固溶在铜合金体内，以原子形式分布在铜合金晶界上，削弱了金属材料力学和工艺性能。

长时间的高温熔炼使铜、锌烧损严重,产生大量氧化物等碴体，净化铜液所需时间更长,温度更高，存在高温除碴与低温排气相对立情况，也就是熔铸生产中所遇到的低温浇铸易产生夹碴(杂),高温浇铸易产生气孔。

存在的问题和缺点：

1、金属损耗大。在高温下锌、铝、锰、磷等金属或非金属极易氧化，烧损大。如锌元素烧损通常在2～3％，铝，锰亦不低于2％。详见表一

表一铜合金常用元素烧损率

表中be、p、si等元素一般不能直接加入,要制备成合金再使用。金属镁必须在真空炉中制备成合金方可添加使用。

2、环境污染大，影响生产人员健康。烟、粉尘、金属氧化物及金属蒸汽，对人体有害，特别是铅蒸汽，三氧化二砷等危害更甚。

3、能耗大。由于环境和保护员工健康需要，许多企业花巨资，采用大功率的收尘系统，除收尘电机直接消耗大量电能外，还吸掉了大量热量，熔化效率下降。

4、质量下降。融体中含有一定的气体(主要是h2)和氧化锌、氧化铜等，容易产生气孔和夹碴，影响产品质量。

技术实现要素：

基于现有技术的上述状况，为了降低金属损耗和改善作业环境，保护生产人员健康，本发明提供了一种密闭式工频炉，以及密闭式工频炉充氮气熔炼和铸造铜及铜合金的工艺，该工艺降低了70％金属损耗，凸显经济效益；不氧化不燃烧，改善作业环境，保护生产人员健康；气孔和夹碴减少，提高了产品质量；封闭隔热，降低了能耗。

为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案。一种密闭式工频炉，包括工频炉炉体和炉盖，工频炉炉体的炉口垫圈加高至可保证待熔金属一次性加足的高度；炉盖盖在炉口垫圈上，所述炉盖上安装有可活动窗口；炉盖下沿内圈装多个充气管口，充气管口连接氮气供给系统；炉盖的顶部排气口通过金属软管联接收尘系统，并且顶部排气口设有单向出气装置。

所述工频炉炉体的浇铸炉头带用石英玻璃作观察面的盖板封闭。整个工频炉炉体和炉盖等装有保温层。

炉盖装有石英玻璃观察口；

所述炉盖的一侧设有炉盖耳柄，炉盖耳柄可旋转地安装在液压升降杆上，炉盖耳柄连接旋转电机或横向液压缸。

所述炉盖内安装用于将金属原材料向炉膛内挤压的压料机构，所述压料机构采用液压力臂驱动，通过压料机构把炉口垫圈内的金属原材料向炉膛内挤压，方便加料。。

利用前述的密闭式工频炉充氮气熔炼和铸造铜及铜合金的工艺如下：

1、送电前例行检查炉体电力控制系统,传动系统和密封情况。

2、送保温电250v。

3、将配好的炉料,按由块料到散料,由高熔点料到低熔点料的原则逐层加入,防止熔化时塔料。

4、将炉盖盖好，各部位密封好后,打开氮气阀门进行供气，控制闭式工频炉内压力在0.02～0.05mpa。

5、供氮5min后送高压电熔炼生产。

6、如炉料散料较多,需压料下沉，采用液压力臂驱动压料机构使散料下压。

7、取样及补偿金属可短时开启可活动窗口进行操作。

8、熔炼完成后按正常工艺参数进行铸造。

本发明将普通工频炉进行密封性改造，通入99.99％氮气(n2)气体，保持炉内压力在0.02～0.05mpa，以排除炉膛内空气中的氧、水气、料中汽化的水和油脂等，防止与待熔金属接触，达到整个过程不氧化、不吸气或极小氧化、吸气的效果，几乎不存在烧损和夹碴、内部气孔问题。

本发明具有以下有益效果：

1、不氧化不燃烧，改善作业环境，保护生产人员健康。

2、气孔和夹碴减少，提高了产品质量。

3、封闭隔热，降低了能耗。

4、采用保护气体熔炼和铸造工艺与原有工艺生产黄铜，所降低金属损耗及电耗等,可节约成本150元/吨以上。国内使用普通工频炉生产有色金属企业不少于1000家,仅生产黄铜就超过300万吨,有一定推广价值,符合国家倡导的绿色环保产业政策。

附图说明

图1是氢在铜中溶解度曲线图。

图2是本发明的密闭式工频炉示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的密闭式工频炉包括工频炉炉体1和炉盖2，工频炉炉体1的炉口垫圈11加高至可保证待熔金属一次性加足的高度；炉盖2盖在炉口垫圈11上，所述炉盖2上安装有可活动窗口，方便取样或添加金属；炉盖2下沿内圈装6个∮8mm充气管口21，充气管口21连接氮气供给系统；炉盖2装有石英玻璃观察口；炉盖2的顶部排气口22由∮200金属软管联接收尘系统，并且顶部排气口22设有单向出气装置，所述工频炉炉体1的浇铸炉头带用石英玻璃作观察面的盖板封闭。整个工频炉炉体1和炉盖2等装有保温层。

为方便开合，所述炉盖2的一侧设有炉盖耳柄23，炉盖耳柄23可旋转地安装在液压升降杆5上，炉盖耳柄23连接旋转电机4，当然，旋转电机4也可以用横向液压缸代替，通过横向液压缸伸缩驱动炉盖耳柄23绕液压升降杆5旋转，通过液压升降杆5和横向液压缸实现了炉盖2的开合。

更特别的实施例，所述炉盖2内安装用于将金属原材料向炉膛内挤压的压料机构，通过压料机构把炉口垫圈11内的金属原材料向炉膛内挤压，方便加料。所述压料机构采用液压力臂驱动。

利用前述的密闭式工频炉充氮气熔炼和铸造铜及铜合金的工艺如下：

1、送电前例行检查炉体电力控制系统,传动系统和密封情况。

2、送保温电250v。

3、将配好的炉料,按由块料到散料,由高熔点料到低熔点料的原则逐层加入,防止熔化时塔料。

4、将炉盖盖好，各部位密封好后,打开氮气阀门进行供气。氮气要求：纯度不少于99.99％。同时供给二台5t的密闭式工频炉,24小时不间断,制氮流量不少于每小时2000标立方米高纯氮气。密闭式工频炉内装有压力表，控制压力在0.02～0.05mpa。

5、供氮5min后送高压电熔炼生产。

6、如炉料散料较多,需压料下沉，采用液压力臂驱动压料机构使散料下压。

7、取样及补偿金属可短时开启可活动窗口进行操作。

8、熔炼完成后按正常工艺参数进行铸造。

本文虽然已经给出了本发明的实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。