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一种铜熔炼工艺及气密性熔炉

基本信息

  • 申请号 CN00111412.3 
  • 公开号 CN1138124C 
  • 申请日 2000/01/03 
  • 公开日 2004/02/11 
  • 申请人 王晓邦  
  • 优先权日期  
  • 发明人 王晓邦  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 200127上海市浦东东三里桥路581弄11号502 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 上海世贸专利代理有限责任公司 
  • 当前专利状态 发明专利权部分无效宣告的公告 
  • 代理人 李浩东 
  • 有效性 期限届满 
  • 法律状态 【期限届满】
  •  

权利要求书

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。
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说明书

技术领域: 本发明涉及金属熔炼的工艺及设备,其体地说是一种铜熔炼 工艺及相关的气密性熔炉。
背景技术: 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。
发明内容: 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。
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。
附图说明: 图1为现有技术的熔炼工艺框图 图2为本发明的熔炼工艺框图 图3为本发明中气密性熔炉结构示意图 图4为图3中的塞棒密封罩结构示意图 图5为图3中的气密盖装置结构示意图 具体实施方式: 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,外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、炉盖正与炉体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 26将石英玻璃24及硅胶密封圈2: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。
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