本发明属于真空冶金熔炼技术领域，具体涉及一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法。
背景技术：
铜锰中间合金是生产含铜、锰有色金属合金的重要原料，在熔炼含铜、锰的有色金属合金中起着配料和调节成分的重要作用。在生产含铜、锰的有色金属合金产品时，由于锰元素极易氧化并且易挥发，锰以单质形态加入时合金的的实收率低，成分不易控制且合金熔炼难度较大。因此熔炼含铜、锰的有色金属合金时常通过加入铜锰中间合金，以防止金属过热、降低元素烧损，从而获得成分均匀的产品。
目前铜锰中间合金中锰含量最高的为德国开发的cumn30中间合金，国内有cumn22和cumn28中间合金。国内生产cumn22和cumn28中间合金的主要方法为非真空熔炼，该方法在制备cumn22和cumn28中间合金时存在着诸多缺点：(1)即使在熔炼过程中加入了覆盖剂和脱氧剂，但非真空的环境依然容易造成熔炼过程中铜、锰的氧化；(2)锰的氧化物的吉布斯自由能低，不能通过脱氧剂还原的方式分解，故合金中存在着大量的锰的氧化物夹杂；(3)铜、锰的氧化还会造成元素的烧损，熔炼实得率低。通过该方法生产的铜锰中间合金的熔炼实得率只有95％～96％，其余4％～5％铜锰中间合金形成炉渣而被浪费掉。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法。该方法在铜锰原料预热过程中向真空感应熔炼炉中充入高纯氩气，使原料铜及锰表面吸附的气体排出后与氩气混合，从而降低了炉内的氧气分压，减少物料熔化液中的氧气含量以及熔炼过程中的元素氧化，避免了熔炼过程中锰元素的氧化造渣现象，从而使铜锰中间合金中锰元素的含量大于30％且不大于50％，铜锰中间合金的熔炼实得率提高至98.8％～99.2％。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将铜和锰作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空，然后对原料进行预热处理；所述铜和锰的质量纯度均不小于99.95％；所述预热处理过程中先向真空感应熔炼炉中充入质量纯度为99.99％的氩气，再进行二次抽真空，所述一次抽真空和二次抽真空后真空感应熔炼炉中的真空度均不超过10pa；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化进行精炼，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体进行加热；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到耐热钢模或三高石墨模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min后出炉；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于氧化铝砖或氧化铝砂上，空冷至室温，得到锰质量含量大于30％且不大于50％的高锰含量铜锰中间合金。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述铜为tu1紫铜棒，锰为电解锰。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述坩埚为质量纯度大于95％的氧化镁预制坩埚或质量纯度大于95％的氧化铝预制坩埚。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述原料中锰的质量含量大于30％且不大于50％。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述预热处理的温度为600℃～800℃，时间为5min～20min。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤一中所述充入氩气后真空感应熔炼炉中的压力为-0.05mpa～-0.06mpa，充入氩气的次数为1～3次。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤二中所述精炼的温度为1150℃～1200℃，时间为1min～5min。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤二中所述加热后铜锰合金熔体的温度为1200℃～1250℃。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤三中所述耐热钢模的表面喷涂有氧化铝涂层，所述氧化铝涂层的厚度为0.5mm～1.0mm，所述三高石墨模使用前先预热至200℃。
上述的一种高锰含量铜锰中间合金的真空感应熔炼方法，其特征在于，步骤三中所述铜锰中间合金铸锭出炉的温度不高于400℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在铜锰原料预热过程中向真空感应熔炼炉中充入高纯氩气，使原料铜及锰表面吸附的气体排出后与氩气混合，从而降低了炉内的氧气分压，加快了氧气通过真空泵排出的速度，减少物料熔化液中的氧气含量以及熔炼过程中的元素氧化，避免了熔炼过程中锰元素的氧化造渣现象，从而使铜锰中间合金中锰元素的含量大于30％且不大于50％，铜锰中间合金的熔炼实得率提高至98.8％～99.2％。
2、本发明采用真空感应熔炼法制备铜锰中间合金，熔炼过程采用真空环境，大大降低了炉体内氧气的含量，减少了铜锰中间熔炼过程中的氧化，降低了合金熔化后的氧化物夹杂含量，生产出铜锰中间合金锭坯气体及夹杂含量明显降低；同时熔炼过程中的电磁搅拌大大提高了中间合金中元素成分均匀性。
3、本发明的原料熔化前先进行预热，促进了原料中铜及锰表面吸附的气体排出，进一步减少了原料熔化液中的氧气含量，避免了熔炼过程中铜和锰的氧化，从而降低了铜锰合金熔体中的氧化物夹杂量，得到的铜锰中间合金锭坯气体及夹杂含量明显降低。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将8.16kgtu1紫铜棒和3.84kg电解锰作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空至10pa，然后在温度为600℃～650℃的条件下对原料预热处理20min；所述紫铜棒和电解锰的质量纯度均为99.95％；所述坩埚为质量纯度为96％的氧化镁预制坩埚；所述热处理过程中先向真空感应熔炼炉中充入质量纯度为99.99％的氩气至真空感应熔炼炉中的压力为-0.05mpa，再进行二次抽真空至10pa，所述充入氩气的次数为3次，每次充入氩气后对真空感应熔炼炉进行抽真空；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化，在温度为1150℃的条件下精炼5min，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体加热至1200℃；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到三高石墨模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min至温度为300℃后出炉；所述三高石墨模使用前先预热至200℃；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于氧化铝砖上，空冷至室温，得到cumn32中间合金。
经检测，本实施例得到的cumn32中间合金的熔炼实得率为99.2％。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将7.2kgtu1紫铜棒和4.8kg电解锰作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空至10pa，然后在温度为750℃～800℃的条件下对原料预热处理5min；所述紫铜棒和电解锰的质量纯度均为99.95％；所述坩埚为质量纯度为96％的氧化镁预制坩埚；所述热处理过程中先向真空感应熔炼炉中质量纯度为99.99％的氩气至真空感应熔炼炉中的压力为-0.06mpa，再进行二次抽真空至8pa，所述充入氩气的次数为2次，每次充入氩气后对真空感应熔炼炉进行抽真空；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化，在温度为1200℃的条件下精炼1min，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体加热至1250℃；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到耐热钢模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min至温度为300℃后出炉；所述耐热钢模的表面喷涂有厚度为0.5mm的氧化铝涂层；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于氧化铝砖上，空冷至室温，得到cumn40中间合金。
经检测，本实施例得到的cumn40中间合金的熔炼实得率为99％。
实施例3
步骤一、将6.6kgtu1紫铜棒和5.4kg电解锰作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空至10pa，然后在温度为750℃～800℃的条件下对原料预热处理5min；所述紫铜棒和电解锰的质量纯度均为99.95％；所述坩埚为质量纯度为96％的氧化铝预制坩埚；所述热处理过程中先向真空感应熔炼炉中质量纯度为99.99％的氩气至真空感应熔炼炉中的压力为-0.06mpa，再进行二次抽真空至5pa，所述充入氩气的次数为3次，每次充入氩气后对真空感应熔炼炉进行抽真空；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化，在温度为1200℃的条件下精炼1min，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体加热至1250℃；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到耐热钢模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min至温度为300℃后出炉；所述耐热钢模的表面喷涂有厚度为0.5mm的氧化铝涂层；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于氧化铝砖上，空冷至室温，得到cumn45中间合金。
经检测，本实施例得到的cumn45中间合金的熔炼实得率为99.02％。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将6.25kgtu1紫铜棒和6.25kg电解锰作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空至6pa，然后在温度为600℃～650℃的条件下对原料预热处理20min；所述tu1紫铜棒和电解锰的质量纯度均为99.96％；所述坩埚为质量纯度为96％的氧化铝预制坩埚；所述热处理过程中先向真空感应熔炼炉中质量纯度为99.99％的氩气至真空感应熔炼炉中的压力为-0.055mpa，再进行二次抽真空至5pa，所述充入氩气的次数为3次，每次充入氩气后对真空感应熔炼炉进行抽真空；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化，在温度为1170℃的条件下精炼5min，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体加热至1230℃；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到三高石墨模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min至温度为300℃后出炉；所述三高石墨模使用前先预热至200℃；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于厚度为40mm的氧化铝砂上，空冷至室温，得到cumn50中间合金。
经检测，本实施例得到的cumn50中间合金的熔炼实得率为98.8％。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将8.16kg铜粒和3.84kg锰粒作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空至10pa，然后在温度为600℃～750℃的条件下对原料预热处理15min；所述铜粒的质量纯度为99.99％，锰粒的质量纯度为99.95％；所述坩埚为质量纯度为96％的氧化镁预制坩埚；所述热处理过程中先向真空感应熔炼炉中质量纯度为99.99％的氩气至真空感应熔炼炉中的压力为-0.05mpa，再进行二次抽真空至10pa，所述充入氩气的次数为1次；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化，在温度为1150℃的条件下精炼4min，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体加热至1200℃；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到耐热钢模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min至温度为400℃后出炉；所述耐热钢模的表面喷涂有厚度为0.8mm的氧化铝涂层；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于氧化铝砖上，空冷至室温，得到cumn32中间合金。
经检测，本实施例得到的cumn32中间合金的熔炼实得率为98.85％。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将7.2kgtu1紫铜棒和4.8kg电解锰作为原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行一次抽真空至10pa，然后在温度为750℃～800℃的条件下对原料预热处理5min；所述紫铜棒和电解锰的质量纯度均为99.95％；所述坩埚为质量纯度为96％的氧化镁预制坩埚；所述热处理过程中先向真空感应熔炼炉中质量纯度为99.99％的氩气至真空感应熔炼炉中的压力为-0.06mpa，再进行二次抽真空至8pa，所述充入氩气的次数为2次，每次充入氩气后对真空感应熔炼炉进行抽真空；
步骤二、当真空感应熔炼炉中的真空度降低至1pa时，将步骤一中经预热处理后的原料加热至全部熔化，在温度为1200℃的条件下精炼1min，得到铜锰合金熔体，然后向真空感应熔炼炉中充入氩气作为保护气体对铜锰合金熔体加热至1250℃；
步骤三、将步骤二中经加热后的铜锰合金熔体浇铸到耐热钢模中形成铜锰中间合金铸锭，随炉冷却30min至温度为300℃后出炉；所述耐热钢模的表面喷涂有厚度为1.0mm的氧化铝涂层；
步骤四、将步骤三中出炉后的铜锰中间合金铸锭置于氧化铝砖上，空冷至室温，得到cumn40中间合金。
经检测，本实施例得到的cumn40中间合金的熔炼实得率为98.9％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。