专利名称：一种铜熔炼工艺及气密性熔炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属熔炼的工艺及设备，具体地说是一种铜熔炼工艺及相关的气密性熔炉。
在现有铜熔炼铸造过程中，不管是燃料炉还是感应炉，都是将电解铜(或杂铜)加进熔池，在环境气氛中(即常压，760毫米汞柱)进行熔化，全部熔化后即升温精炼，到铸造温度后进行铸造，在熔炼升温过程中，为保护铜液不从空气中吸氧、氢，要对铜液覆盖，可以有不同的覆盖剂但要以还原性强的覆盖剂作为首选材料，在这样的工艺中，将电解铜熔铸成所需要的铸坯，只能采取各种各样的手段来防止气体不被吸入熔池，基本无法排除已存在铜液中的气体，这就构成了现在的铜熔炼常规工艺。该工艺是将经过分选，合格的铜原料用机械或人工加入熔炼炉中，然后以木炭覆盖，进行熔炼，在整个熔炼过程要保证熔池内铜不吸气，当固体铜全部熔化后，再根据工艺要求适当升温，因为木炭是还原剂，在全部熔炼过程可起防止铜液和空气接触的作用，又起到还原、脱氧的作用。在现行的这种熔炼工艺中，仍然有不少气体保留在铜铸坯中，造成各种各样的缺陷。气体吸入的渠道很多，电解铜本身有气体，杂质回料更有气体，空气中潮湿带进水气，木炭也会有水气，所以现行工艺对要求很高的，如电工用铜、空调管用铜，有时会采取将所有入炉料先烘干，在200℃左右的温度下装炉，以尽量减少坯锭中的水气。对不考虑导电率的铜材则采用加磷脱氧的方法来减少气体，但此方法降低了氧，氢必然会相对高些，这些微量气体带进铸坯对后道铜材加工而言也会构成各种各样的缺陷。
本发明的目的在于提供一种新的铜熔炼工艺及相配合的气密性熔炉，可生产出极低含气量的优质铜坯。本发明的技术方案是这样实现的一种铜熔炼工艺，它包括将电解铜配以所需量的回料，然后装炉，采用工频感应加热炉熔炼并以木炭复盖，待全部熔化后，再进行熔炼浇铸，其特征在于将铜全部熔化后采用低压熔炼，具体为在熔炉内的金属液表面复盖5-15厘米厚的木炭作为保护剂，然后将熔炉的气密盖盖上，用锁紧机构锁紧，并使熔炉继续升温，在升温过程中进行低压处理，使熔炉内低压达100-160毫米汞柱的时间为6-20分钟，此时熔炉内温达1140℃-1200℃，然后充进氮气将熔炉内压力回升至常压，再打开气密盖进行正常的浇铸。
一种气密性熔炉，它主要包括炉头、炉体、炉壳、装在炉体上的炉盖、装在炉头处的塞棒开关，该塞棒开关包括塞棒、底锥、底锥压板、浇管，位于炉体下端的熔沟外壳，装在熔沟外壳处的磁轭熔融装置，其特征在于在炉体上设一加套的抽气管，在炉盖上设一气密盖及锁紧机构。
图1为现有技术的熔炼工艺框2为本发明的熔炼工艺框3为本发明中气密性熔炉结构示意4为图3中的塞棒密封罩结构示意5为图3中的气密盖装置结构示意图本熔炼工艺与现有的熔炼工艺相比具有以下优点1、现有工艺无法排除已进入铜液的氢氧气体，只能在整个操作过程加以精心设防，确保尽可能少的水气和氢氧气体混进铜液，所以在精细的大工业生产工艺中，设有将入炉料(电解铜、回料)烘干的工序，并以热装(防止冷却后又吸氧)方式进行，对保护剂木炭采用装在燃烧缶中经低温烘干，或经高温锻烧，保证木炭含有的水气下降至很低的程度，保证原料木炭中未经完全燃烧(保留有各种挥发份)的部分也彻底锻烧，并经真空除气后入炉，而低压熔炼工艺设置了在升温精炼时≤160毫米汞柱的低压气氛，此时铜液中的氢大部分被排除，由于炉内铜液表面覆盖一层作为保护剂的木炭，在低压下，炭是强脱氧剂，几乎能将所有氧化物还原，脱氧生成的一氧化碳不断被抽走，使反应进行到底，即铜液中的氧被大部分排除，保证了铜液的洁净。
2、常规工艺对入炉料要求严格，特别是做精细产品如空调管等，基本上全用电解铜，因为返回料中含有大量的氧化杂质，含有油污及水汽，无法排除，即便用磷脱氧，仍然得不到满意的效果。新工艺用低压除氢氧，使入炉料不太挑剔，只要化学成份符合要求，返回料占的比例很大也一样能出高质量的铸坯。
3、对入炉料不挑剔，所以就免除了对电解板及木炭烘烤的要求，按新工艺设计的流水线不须设置电解板低温加热炉及木炭烘干炉。
下面对本发明作进一步的描述并给出实施例。
本发明的技术是可对常规的5吨工频有芯感应熔炼炉进行气密性设计改造，由于铜铝等有色金属利用工频感应炉进行熔炼已成为现在铜铝加工企业的一种合理的炉型(相对老式的燃料炉而言)，无论是有芯(有熔沟)炉，还是无芯(不带熔沟)炉，为完成将金属熔化、精炼，然后从炉内放出金属液进行浇铸，一般都要有炉头，在熔炉倾翻时炉头可对准结晶模；塞棒开关，可将铜水放出或关闭；炉体，炉子的主体，由钢外壳和耐火材料砌成，保证金属液在熔池内熔化、精炼，以及保证采用不同的方式将金属液放出。本发明对原熔炼炉钢结构，炉壳重新作密闭的焊接处理。
一种气密性熔炉，它主要包括炉头1、炉体10、炉壳、装在炉体上的炉盖6，装在炉头处的塞棒开关2，该塞棒开关包括塞棒16、底锥19、底锥压板18、浇管21、浇管螺丝20，位于炉体下端的熔沟外壳8，装在熔沟外壳处的磁轭9熔融装置，其特征在于在炉体上设一加套的抽气管7，在炉盖6上设一气密盖3及锁紧机构5；本实施例将炉头1与炉体10的连接处、炉盖6与炉体10的连接处均作密闭的焊接处理，在塞棒上加设连接套12和密封罩11，连接套12和密封罩11可通过塞棒螺丝13固定，在密封罩11与塞棒螺丝间设一硅胶密封圈14；在炉盖6上可设至少二道槽，在气密盖3上也设与炉盖相同数量的槽，在气密盖上设有观察窗盖4，通过螺丝26将石英玻璃24及硅胶密封圈25紧压在气密盖3上；锁紧机构5采用偏心轮锁紧机构，具体为在炉盖边处设有偏心轮轴23，该偏心轮轴与电机输出轴连接，偏心轮22固定在偏心轮轴23上；在实施中，炉盖处按迷宫式密封样做出三道深30mm的槽，密封盖也有相应三道槽，盖紧时槽底的耐高温石棉板27即起密封作用，在炉头处将炉头钢壳17和炉体10也做密闭(焊接)处理，炉头放铜液的塞棒开关处将塞棒螺丝13纵向加长，这样塞棒螺丝本身接触处就成了一种迷宫密封，采用连接螺丝15和炉头1相连接，同时加装了一密封罩11，抽真空时加上，铸造时取下，经这样设计的保温炉可达到小于160毫米汞柱炉内压力。
本熔炼工艺它区别于现有工艺为，在熔炼炉内将电解铜及回料熔化，此时熔融的铜液表面覆盖着10厘米厚的木炭作为保护剂，然后将气密盖盖上，用偏心轮机构锁紧，在升温过程进行低压处理，即用真空泵对熔炉抽真空，使炉内达160毫米汞柱的低压，从炉内抽出的含氢、氧的炉气，经冷却器冷却后，被排放，在整个升温精炼过程一直保持一定的低压，温度升至工艺设定上限时，炉内充进氮气，破真空，然后打开密封盖，在环境气氛(常压)中进行铸造。
实施例，在现场对工频有芯感应炉按上述方式进行气密性改造，确保低压能小于160毫米汞柱。
例1按常规将切好的电解铜板分批加入炉内，现场实际使用350kg工频有芯感应炉，约35分钟后电解铜板全部熔化，温度约1100℃之间，将气密盖装上，压紧，抽低压达160毫米汞柱10分钟，炉内温度达1140℃-1180℃之间， 然后充进氮气将炉内压力回至常压，打开气密盖，进行正常浇铸，铸锭规格为Φ180×1200，适合16MN挤压机用。
例2选用全部挤压机的压余回料，此种回料在任何工厂都不能用作要求稍高一点的铜材铸坯料。因表面全是氧化皮，按常规铸造铸坯质量很差，无法使用，试验中分批将回料装进熔炉，待全部熔化(约35分钟)后，将气密盖装上，压紧，抽低压达140毫米汞柱18分钟，炉内温度达1160℃-1200℃之间，然后充进氮气将炉内回至常压，打开气密盖，进行正常浇铸，铸锭规格为Φ180×1200。
对比，以密度作为指标考核，纯铜在20℃时的真比重为8.96g/cm3，一般工厂坯锭铸造密度较好的在8.7-8.85之间，国内工厂能做到稳定在8.9g/cm3就是一流的水平。资料载，日本工厂在精心操作的工艺下，平均能达到8.91g/cm3，采用本低压熔炼工艺(例1)密度可达8.93g/cm3，即便是全回料(例2)密度也达8.92g/cm3，是国内外工业炉从未达到过的硬指标；若以氢、氧含量作为指标考核，一般工厂铜铸坯的含氧量在50ppm以上，即便是无氧铜，国家标准的氧含量为20ppm，日本一级无氧铜标准的含氧量为10ppm，采用本低压熔炼工艺生产出的铜坯的氧含量可小于10ppm，氢含量小于3ppm，国内的常规熔炼铸造从未达到过此指标。
权利要求
1.一种铜熔炼工艺，它包括将电解铜配以所需量的回料，然后装炉，采用工频感应加热炉熔炼并以木炭复盖，待全部熔化后，再进行熔炼浇铸，其特征在于将铜全部熔化后采用低压熔炼，具体为在气密性熔炉内的金属液表面复盖5-15厘米厚的木炭作为保护剂，然后将熔炉的气密盖盖上，用锁紧机构锁紧，并使熔炉继续升温，在升温过程中进行低压处理，使熔炉内低压达100-160毫米汞柱的时间为6-20分钟，此时熔炉内温度达1140℃-1200℃，然后充进氮气将熔炉内压力回升至常压，再打开气密盖进行正常的浇铸。
2.按权利要求1所述的一种铜熔炼工艺，其特征在于低压处理采用真空泵对熔炉抽真空，从熔炉内抽出的含有氢、氧的炉气，经冷却器冷却后再排放。
3.一种气密性熔炉，它主要包括炉头、炉体、炉壳、装在炉体上的炉盖，装在炉头处的塞棒开关，该塞棒开关包括塞棒、底锥、底锥压板、浇管，位于炉体下端的熔沟外壳，装在熔沟外壳处的磁轭熔融装置，其特征在于在炉体上设一加套的抽气管，在炉盖上设一气密盖及锁紧机构。
4.按权利要求3所述的一种气密性熔炉，其特征在于将炉头与炉体的连接处、炉盖与炉体的连接处均作密闭的焊接处理，在塞棒上加设连接套和密封罩，连接套和密封罩可通过塞棒螺丝固定，在密封罩与塞棒螺丝间设一密封圈。
5.按权利要求3所述的一种气密性熔炉，其特征在于在炉盖上可设至少二道槽，在气密盖上也设与炉盖相同数量的槽，在气密盖上设有观察窗盖。
6.按权利要求3所述的一种气密性熔炉，其特征在于锁紧机构为，偏心轮锁紧机构，具体为在炉盖边处设有偏心轮轴，该偏心轮轴与电机输出轴连接，偏心轮固定在偏心轮轴上。
全文摘要
本发明公开了一种铜熔炼工艺,其特征为:将铜全部熔化后采用低压熔炼,具体为在气密性熔炉内的金属液表面覆盖5—15厘米厚的木炭作为保护剂,然后将熔炉的气密盖盖上,用锁紧机构锁紧,并使熔炉继续升温,在升温过程中进行低压处理,使熔炉内低压达100—160毫米汞柱的时间为6—20分钟,此时熔炉内温达1140℃—1200℃,然后充进氮气将熔炉内压力回升至常压,再打开气密盖进行正常的浇铸。本工艺能生产出极低含气量的高密度优质铜坯。
文档编号F27B5/05GK1302996SQ0011141
公开日2001年7月11日 申请日期2000年1月3日 优先权日2000年1月3日
发明者王晓邦 申请人:王晓邦