[發明專利]CuCrZr合金在大氣中的熔煉方法及其設備

無效

• 申請號: 201110462361.4
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102560182A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 浦瑞霆;浦子惇
• 申請（專利權）人: 浦瑞霆
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/03;B22D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種CuCrZr合金在大氣中的熔煉方法及其設備，屬于有色金屬合金熔煉技術領域。

背景技術

CuCrZr合金屬于沉淀硬化型銅合金，具有高強度、高導電率、高軟化溫度等有益的綜合性能，主要用于制作自動電焊機的電機、集成電路框架材料、電氣化鐵路機車滑線、大型鑄鋼結晶器材等，市場潛力非常大，熔鑄CuCrZr合金則是生產這種合金的第一道工序。

在CuCrZr合金生產中，鋯和鉻的化學性能極為活潑、且密度都比銅低。熔煉是，鋯和鉻難以進入到銅基體中，均懸浮與銅熔液表面。另外，液體狀的電解銅、鉻和鋯都極易氧化和吸氣，而且吸入液體合金中得氧氣不僅能將鉻大量燒損、及鋯燒損殆盡，而且會產生大量氣孔和疏松，縮孔亦顯著變深(可達鑄錠的30～35％)，不僅惡化了合金的機械性能和冷加工工藝性能，而且大大降低了鑄錠的成材率。

為了確保CuCrZr合金質量，防止鉻被大量燒損、鋯被燒盡，國內外均在真空爐中冶煉和澆鑄。由于真空爐內須設有熔煉和澆鑄兩套設施，因此外表看來偌大一臺真空電爐，其實熔煉爐很小，熔煉量多為30～50公斤左右。熔煉量為百公斤的即屬于大電爐了。加之銅鉻鋯合金收縮量很大，縮孔占鑄錠的1/3，出料率太低，能耗大，生產成本很高。

發明內容

為克服現有的真空熔煉技術出料率低，能耗大，生產成本高的缺點，本發明提供了一種能夠在大氣環境中完成沖熔澆鑄，生產效率高，生產成本低的CuCrZr合金在大氣中的熔煉方法及其設備。

CuCrZr合金在大氣中的熔煉方法，包括以下步驟：

1)、對電解銅在大氣中進行熔化和脫氫處理，獲取液體狀態的電解銅，熔化完成時即脫氫處理結束；

2)、電解銅熔化完畢后立即向液體電解銅中加入熔劑，熔劑融化、并在銅液面上形成一層粘稠致密的防護層，防護層的厚度最好是20±5mm；所述的熔劑是硅酸鈉和碎玻璃的混合物，其中碎玻璃占熔劑總量的25～35％，余為硅酸鈉；

3)、選擇Cu-Cr母合金和Cu-Zr母合金分別作為沖熔CuCrZr合金的Cr添加劑和Zr添加劑，所述的Cu-Cr母合金中Cr的質量含量≤5.0％、且熔化溫度低于1170℃，所述的Cu-Zr母合金中Zr的質量≤30％、且熔化溫度≤1000℃；

沖熔工藝形成液體CuCrZr合金包括以下步驟：

(3.1)、在沖熔用坩堝底部均勻地鋪敷一層底部木炭粉層；

(3.2)、均勻混合的CuCr母合金和CuZr母合金形成沖熔用母合金顆粒，母合金顆粒占合金總重量的比例≤10％，其中Cr占CuCrZr合金總重0.6％，Zr占CuCrZr合金總重的0.3％；所述的CuCr母合金和CuZr母合金的粒度均為1～3mm，將母合金顆粒均勻地鋪敷于底部木炭粉層之上；

(3.3)在母合金顆粒層之上均勻覆蓋一層由強脫氧劑Cu-Mg母合金粉和鱗片狀石墨混合形成的脫氧劑層，強脫氧劑Cu-Mg母合金粉和鱗片狀石墨的混合比為1∶3；

所述的脫氧劑層上均勻鋪敷還原木炭粉層，所述的還原木炭粉層之上均勻覆蓋一層稻草灰層，所述的還原木炭粉層和稻草灰層形成沖熔時的還原劑層；

(3.4)、將沖熔用坩堝置于預熱爐中，預熱坩堝至≥600℃，將液體電解銅加熱至≥1200℃，將液體電解銅直接導入還原劑層之下、與母合金顆粒接觸；等待液體電解銅完全熔化母合金顆粒并形成良好混合的液體CuCrZr合金；

沖熔用坩堝的底部具有出料管，所述的出料管的管口插設有堵塞出料管的塞桿；

4)、沖熔用坩堝下方設有密封的澆鑄模，向澆鑄模中充入氮氣，當氮氣完全充滿澆鑄模時，打開塞桿，坩堝的出料管將液體CuCrZr合金導入澆鑄模中；

5)、當澆鑄模內的溫度降至≤600℃時，停止向澆鑄模內充入氮氣，開啟鑄模即可獲得固體狀的CuCrZr合金鑄錠。

進一步，步驟(3.3)中，在稻草灰層之上覆蓋有無水硼砂粉。無水硼砂粉的厚度最好是1～2mm，硼砂粉熔化后能將稻草灰牢固地粘在一起，不但能保護金屬液面，而且在澆鑄完畢后也能很容易第將結為一體的還原劑層取出。

進一步，步驟(3.1)中的底層木炭粉層的厚度最好是5～10mm；步驟(3.3)中的脫氧劑層的厚度最好是5～0mm，還原木炭粉層的厚度最好是10～15mm，稻草灰層的厚度最好是60～100mm。木炭粉層具有較強的還原能力，能夠阻止液體CuCrZr合金和鱗片狀石墨的氧化，稻草灰層也具有還原能力、且稻草灰層輕而致密，空氣難以穿過，能夠大大減緩木炭粉層的氧化和燒毀速度。