專利名稱：礦熱電爐用紫銅瓦新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電器件的制造方法，具體涉及一種在金屬硅、硅鐵、電石等生產(chǎn)
企業(yè)的礦熱爐設(shè)備中廣泛用作導(dǎo)電器件的銅瓦的制造方法。
背景技術(shù)：
礦熱爐設(shè)備因工作環(huán)境為高溫狀態(tài)，銅瓦表面易被氧化；同時由于銅瓦與電極之 間接觸不完全，易發(fā)生間歇性瞬間強脈沖放電而灼傷銅瓦表面。故銅瓦為易損導(dǎo)電器件。傳 統(tǒng)使用的是鑄造銅瓦，在鑄造成型過程中，金屬要經(jīng)過從液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程和鑄件繼 續(xù)冷卻的溫度梯度過程，在這些過程將伴生各種鑄造缺陷(如組織疏松、氣孔、夾渣、裂紋 等)無法根除，造成在使用過程中易出現(xiàn)漏水、斷裂、掉塊等缺陷，影響其使用壽命；鑄造過 程中亦造成銅瓦內(nèi)部組織不均勻，晶粒較大，致密性差，影響其機械性能和導(dǎo)電率；另外為 了將氧化亞銅中的銅還原出來就必須脫氧，無論加入哪一種脫氧劑，都將影響到銅的純度， 大大降低了其導(dǎo)電率?？傊?，傳統(tǒng)的鑄造銅瓦無法改善導(dǎo)電率、電阻率、機械性能等方面的 性能指標(biāo)，亦造成使用廠家礦熱爐中銅瓦易漏水、斷裂、掉塊等一系列缺陷，大大影響著銅 瓦的使用壽命，使礦熱爐廠家因銅瓦問題常常耗電量嚴(yán)重超標(biāo)并不間斷停產(chǎn)，造成了大量 的人力、物力、財力的嚴(yán)重浪費。另外生產(chǎn)鑄造銅瓦的設(shè)備落后，大部分生產(chǎn)廠家均采用焦 碳爐坩堝熔煉，環(huán)境污染嚴(yán)重，工人的勞動強度大，勞動環(huán)境惡劣，生產(chǎn)率低下。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高銅瓦的機械性能和導(dǎo)電率，降低電阻率，本發(fā)明提供一種制造礦熱電爐 用紫銅瓦的新工藝。 礦熱電爐用紫銅瓦新工藝是在原鑄造銅瓦成熟的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，以無氧軋坯替
換鑄坯，以高純陰極銅攝入微量鋰鹽替換原用的黃銅及銅合金；在成型加工工序中以打深
孔取代了原鑄造銅瓦內(nèi)通水的無縫鋼管；采用壓力機冷壓加工內(nèi)圓弧面并用鏜床精加工內(nèi)
弧面的方法。其步驟是 1 、原材料采用高純陰極銅； 2、冶煉澆鑄在200KVA/1. 5T工頻感應(yīng)爐預(yù)熱到300°C -40(rC后逐層緩慢放入電 解銅進行熔煉。經(jīng)過約4h左右電解銅完全熔化后表面填入木炭并保證完全覆蓋，依靠木炭 在銅中燃燒達到脫氧的目的，并進一步升溫達到115(TC后將微量鋰鹽壓入銅水底部，迅速 均勻攪拌并排氣除渣后，打開澆注口將銅水澆入固定有模具的澆鑄機中，冷卻后成為定尺 鑄坯； 3、定尺熱軋將冷卻后的鑄坯在鋸床上切制成定尺銅瓦鑄坯，并采用感應(yīng)加熱爐 加熱，用輥軋機將鑄坯反復(fù)熱軋； 4、軋制毛坯粗加工利用銑邊機和圓盤鋸床將軋坯四周按尺寸要求切銑成長方 體； 5、鉆深孔在長方體上部兩側(cè)向下各鉆一豎孔，在長方體底部的側(cè)面鉆一橫孔，橫
3孔與兩個豎孔鉆通，形成U形通水道；
6、成形加工 (1)導(dǎo)電接頭成形用鏜床和銑床，在兩個豎孔所處的位置上加工，形成兩個導(dǎo)電 接頭， (2)冷壓成弧按照所要制造的銅瓦的弧面半徑選用胎模，將軋坯經(jīng)壓力機冷壓 成所需要的弧形， (3)精加工銅瓦內(nèi)弧面和銅瓦壓緊孔用鏜床精加工出準(zhǔn)確的銅瓦內(nèi)弧面的弧面 半徑，使之與礦熱爐電極半徑相吻合；并用鏜床加工銅瓦壓緊孔，
(4)導(dǎo)電接頭彎制利用胎具冷彎導(dǎo)電接頭成預(yù)定的角度， 7、銅瓦冷卻水道密封把銅瓦通水道的橫孔端頭加工成帶內(nèi)螺紋的臺狀孔，先采 用鉚接方式壓入一個與橫孔端頭過盈配合的堵頭，利用過盈接觸密封；再將銅墊片放入端 面密封臺上，壓緊住堵頭密封；最后把螺紋堵頭的螺紋上涂上耐高溫膠，然后旋入孔中，并 壓緊在銅墊片上。
8、成品檢驗、水壓實驗按圖紙要求對銅瓦各尺寸進行嚴(yán)格檢查，通水道通水并進
行0. 8Mpa水壓試驗，并保證15分鐘不得有滲漏現(xiàn)象； 9、包裝入庫表面清理油污、水分等后包裝盒包裝入庫。 本發(fā)明在外形上和傳統(tǒng)的銅瓦外形相同，但由于制作方法不同，性質(zhì)上有了極大
差異。本發(fā)明用高純陰極銅攝入微量鋰鹽為銅坯材料，并使冶煉鑄坯過程嚴(yán)格按照無氧銅
排的工藝流程程序化生產(chǎn)，從而以無氧銅攝入微量鋰鹽替換原鑄造銅瓦使用的黃銅及銅合
金，使銅瓦用材的耐高溫性能、耐腐蝕性能、耐磨性能、抗沖擊性能、抗氧化性能、導(dǎo)電性能、
導(dǎo)熱性能、致密度、晶粒度以及機械性能均得到了很大提高。同時工頻感應(yīng)電爐完全替代了
陳舊的焦碳坩堝冶煉，不僅冶煉效率高，而且銅材損耗大幅度降低，由原來的8_10%燒損降
到現(xiàn)在的2-3%。這對銅資源日益緊缺的我國具有開源節(jié)流的極大意義。 采用以上加工方法制造銅瓦，不僅防止了銅材的氧化，而且保證了銅瓦內(nèi)弧面與
電極的良好接觸；將原焊接連結(jié)的導(dǎo)電接頭改為銅瓦本體和導(dǎo)電接頭整體加工成形。本發(fā)
明使銅瓦使各項性能指標(biāo)從根本上提高，完全替代工藝落后、性能較差的鑄造銅瓦。原鑄造
銅瓦使用的導(dǎo)電接頭部分需經(jīng)熔鑄，機加工成型，焊接等過程后與銅瓦連接為一體，節(jié)能軋
制紫銅瓦改為銅瓦本體與導(dǎo)電接頭一體成形的技術(shù)方案，杜絕了因?qū)щ娊宇^與銅瓦本體焊
接不良造成的銅瓦接頭焊接強度不夠，致使銅瓦在使用中出現(xiàn)接頭漏水、斷裂等問題，亦避
免了銅瓦因加熱焊接造成的表面氧化問題，大大提高了銅瓦的導(dǎo)電性能，導(dǎo)熱性能，連接強
度和使用壽命。 本發(fā)明的熱軋過程能夠保證軋制均勻，不僅打碎了材料粗大的樹枝狀結(jié)晶，使晶 粒變細，其纖維結(jié)構(gòu)連貫而不被切斷，材料在變形終了時具備完全再結(jié)晶，大大提高了金屬 的致密度，同時機械性能，導(dǎo)電率，導(dǎo)熱率亦明顯提高。


圖1是本發(fā)明礦熱電爐用紫銅瓦的生產(chǎn)工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明礦熱電爐用紫銅瓦的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是傳統(tǒng)的鑄造銅瓦的結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖中1豎孔，2橫孔，3導(dǎo)電接頭，4銅瓦壓緊孔，5堵頭，6密封銅墊片，7螺紋堵頭， 8冷卻水管。
具體實施例方式參見圖1和圖2，本發(fā)明的具體制造工藝如下述步驟 1、原材料的購進必須采用高純陰極銅，其中銅的純度(重量含量)為 99. 92% -99. 96%，優(yōu)選值為99. 95%，以保證在冶煉過程中銅材的性能良好，材料進廠后 必須復(fù)驗合格后方可使用。 2、冶煉澆鑄在200KVA/1. 5T工頻感應(yīng)爐預(yù)熱到300°C _4001:后逐層緩慢放入電 解銅進行熔煉。經(jīng)過約4h左右電解銅完全熔化后表面填入木炭并保證完全覆蓋，依靠木炭 在銅中燃燒達到脫氧的目的，并進一步升溫且用超聲波測溫儀測定銅水的溫度，待溫度達 到115(TC后使用罩盅將微量鋰鹽壓入銅水底部，鋰鹽與電解銅的重量比為千分之0.5，鋰 鹽最佳使用氯化鋰。加入鋰鹽后迅速攪拌均勻并排氣除渣，然后打開澆注口將銅水澆入固 定有專用模具的澆鑄機中，冷卻后成為定尺鑄坯。 3、定尺熱軋將冷卻后的鑄坯在鋸床上按不同的礦熱爐設(shè)備要求的尺寸切制成定 尺銅瓦鑄坯，并采用感應(yīng)加熱爐加熱至均熱750°C _8001:后，數(shù)控直流調(diào)速輥軋機將鑄坯 反復(fù)熱軋4-7次，每次的軋制過程應(yīng)隨時注意軋坯的縱橫向延展，以保證接近或達到銅瓦 的毛坯尺寸。輥軋機的壓力一般控制在100t-180t范圍內(nèi)。熱軋過程中注意軋坯的溫度不 得低于65(TC。 4、軋制毛坯粗加工利用銑邊機和圓盤鋸床將軋坯四周切銑成與銅瓦規(guī)格相應(yīng)的
長方體。根據(jù)現(xiàn)有礦熱爐的容量，銅瓦規(guī)格范圍基本可以為長600-1000mm，寬400-470mm，
厚65-100mm。但對于所應(yīng)用的礦熱爐設(shè)備的不同，銅瓦規(guī)格不局限于上述尺寸。 5、鉆深孔用數(shù)控深孔鉆床在長方體上部兩側(cè)向下各鉆一豎孔l，在長方體底部
的側(cè)面鉆一橫孔2，橫孔2與兩個豎孔1鉆通，形成U形通水道。豎孔1與橫孔2直徑均為
28-32mm。以打深孔取代了傳統(tǒng)鑄造銅瓦內(nèi)用無縫鋼管或銅管制作的冷卻水管8，根除了大
電流強磁場下渦流磁場所造成的電能損耗，杜絕了由于銅瓦溫度大幅變化致使銅瓦與其內(nèi)
部無縫鋼管不能同步伸縮的弊端。同時原來的間接冷卻變?yōu)楝F(xiàn)在的直接冷卻，冷卻效果明
顯提高，降低了銅瓦的使用溫度，提高了銅瓦的使用效果，銅瓦的電能損耗也得到了大大減
少，并延長了銅瓦的使用壽命。 6、成形加工 (1)導(dǎo)電接頭成形在鏜床和銑床上按工序依次加工，在兩個豎孔1所處的位置上 加工，形成兩個導(dǎo)電接頭3，采用了銅瓦本體與導(dǎo)電接頭一體成形的技術(shù)方案；
(2)冷壓成弧按照圖紙要求弧面半徑選用合理的胎模，將軋坯經(jīng)壓力機冷壓成 所需要的弧形。壓制時必須考慮軋坯的弧面均勻度和反彈狀態(tài)。壓力機冷壓成形，消除了 原熱壓銅瓦表面的氧化問題，改善了銅瓦表面的強度和韌性，延長了銅瓦的使用壽命；
(3)精加工銅瓦內(nèi)弧面和銅瓦壓緊孔用鏜床精加工出準(zhǔn)確的銅瓦內(nèi)弧面的弧面 半徑，使之與礦熱爐電極半徑相吻合。銅瓦壓緊孔4亦用鏜床加工，并要求頂緊位置合理。 銅瓦內(nèi)弧面和銅瓦壓緊孔4的精加工，保證了銅瓦內(nèi)弧面與電極圓周面良好接觸，導(dǎo)電性 能大幅度提高，電能損耗明顯減少；
5
(4)導(dǎo)電接頭彎制利用胎具按紙角度要求冷彎導(dǎo)電接頭3成預(yù)定的角度(角度 與傳統(tǒng)的導(dǎo)電接頭的彎曲角度相同)，彎制過程不能使導(dǎo)電接頭3和銅瓦本體連接處造成 任何缺陷； 7、銅瓦冷卻水道密封把銅瓦通水道的橫孔2端頭加工成帶內(nèi)螺紋的臺狀孔，先 采用鉚接方式壓入一個與橫孔2端頭過盈配合的堵頭5，利用過盈接觸密封；再將銅墊片6 放入端面密封臺上，壓緊住堵頭5密封；最后把螺紋堵頭7的螺紋上涂上耐高溫膠，然后旋 入孔中，并壓緊在銅墊片6上。銅瓦通水道下側(cè)橫孔2端頭采用這種過盈接觸密封、銅墊片 壓緊密封、耐高溫膠密封和螺紋密封相結(jié)合的方法，使得連接強度高，密封性能好，嚴(yán)格控 制了銅瓦在使用過程中的漏水現(xiàn)象。 8、成品檢驗、水壓實驗按圖紙要求對銅瓦各尺寸進行嚴(yán)格檢查，如無不合格尺寸 后，通水道通水并進行0. 8Mpa水壓試驗，并保證15分鐘不得有滲漏現(xiàn)象。
9、包裝入庫表面清理油污、水分等后包裝盒包裝入庫。
按以上加工工藝方式生產(chǎn)的礦熱電爐用紫銅瓦和鑄造銅瓦性能比較表如下 鑄造銅瓦與新工藝的礦熱電爐用紫銅瓦性能參數(shù)比較表
\^特性 指標(biāo)\^ 性能數(shù)值 \ 名稱 ^""^材質(zhì)抗拉強 度 MPa導(dǎo)電率 %電阻率 Q咖VM伸長率 All. 3%使用壽 命(月)
鑄造銅瓦H9619556 600. 024836306—12
新工藝的紫銅 瓦高純陰極 銅加微量 鋰鹽19595 980. 0172373536
權(quán)利要求
一種礦熱電爐用紫銅瓦新工藝，其特征在于其步驟包括，(1)、原材料采用高純陰極銅；(2)、冶煉澆鑄在200KVA/1.5T工頻感應(yīng)爐預(yù)熱到300℃-400℃后逐層緩慢放入電解銅進行熔煉，經(jīng)過約4h左右電解銅完全熔化后表面填入木炭并保證完全覆蓋，依靠木炭在銅中燃燒達到脫氧的目的，并進一步升溫達到1150℃后將微量鋰鹽壓入銅水底部，迅速均勻攪拌并排氣除渣后，打開澆注口將銅水澆入固定有模具的澆鑄機中，冷卻后成為定尺鑄坯；(3)、定尺熱軋將冷卻后的鑄坯在鋸床上切制成定尺銅瓦鑄坯，并采用感應(yīng)加熱爐加熱，用輥軋機將鑄坯反復(fù)熱軋；(4)、軋制毛坯粗加工利用銑邊機和圓盤鋸床將軋坯四周按尺寸要求切銑成長方體；(5)、鉆深孔在長方體上部兩側(cè)向下各鉆一豎孔，在長方體底部的側(cè)面鉆一橫孔，橫孔與兩個豎孔鉆通，形成U形通水道；(6)、成形加工1)導(dǎo)電接頭成形用鏜床和銑床，在兩個豎孔所處的位置上加工，形成兩個導(dǎo)電接頭，2)冷壓成弧按照所要制造的銅瓦的弧面半徑選用胎模，將軋坯經(jīng)壓力機冷壓成所需要的弧形，3)精加工銅瓦內(nèi)弧面和銅瓦壓緊孔用鏜床精加工出準(zhǔn)確的銅瓦內(nèi)弧面的弧面半徑，使之與礦熱爐電極半徑相吻合；并用鏜床加工銅瓦壓緊孔，4)導(dǎo)電接頭彎制利用胎具冷彎導(dǎo)電接頭成預(yù)定的角度，(7)、銅瓦冷卻水道密封把銅瓦通水道的橫孔端頭加工成帶內(nèi)螺紋的臺狀孔，先采用鉚接方式壓入一個與橫孔端頭過盈配合的堵頭，利用過盈接觸密封；再將銅墊片放入端面密封臺上，壓緊住堵頭密封；最后把螺紋堵頭的螺紋上涂上耐高溫膠，然后旋入孔中，并壓緊在銅墊片上；(8)、成品檢驗、水壓實驗按圖紙要求對銅瓦各尺寸進行嚴(yán)格檢查，通水道通水并進行0.8Mpa水壓試驗，并保證15分鐘不得有滲漏現(xiàn)象；(9)、包裝入庫表面清理油污、水分等后包裝盒包裝入庫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述鋰鹽與電解銅的重量比為千分之O. 5，鋰鹽為氯化鋰。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于在定尺熱軋中，在鋸床上切制成定尺銅瓦鑄坯后，采用感應(yīng)加熱爐加熱至均熱750°C _8001:后，數(shù)控直流調(diào)速輥軋機將鑄坯反復(fù)熱軋4-7次，每次的軋制過程應(yīng)隨時注意軋坯的縱橫向延展，以保證接近或達到銅瓦的毛坯尺寸，輥軋機的壓力控制在100t-180t范圍內(nèi)，熱軋過程中注意軋坯的溫度不低于650°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制造方法，其特征在于在軋制毛坯粗加工步驟中，切銑成的長方體的規(guī)格為長600-1000mm，寬400-470mm，厚65-100mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于橫孔與兩個豎孔的直徑均為28-32mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在金屬硅、硅鐵、電石等生產(chǎn)企業(yè)的礦熱爐設(shè)備中廣泛用作導(dǎo)電器件的銅瓦的制造方法。整個生產(chǎn)工藝過程主要包括紫銅在熔煉中加入微量鋰鹽并半連續(xù)澆注，定尺熱軋，毛坯粗加工，鉆冷卻深孔，冷壓成型，整體裝配，成品檢驗等多個步驟組成。原材料必須選用高純度的陰極純銅；熔煉中脫氧以保證鑄坯為無氧銅錠，并加入微量鋰鹽，澆注結(jié)晶后提高了銅材的致密性、耐腐蝕性能、抗高溫性能、耐磨損性能、抗沖擊性能、硬度、導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率；熱軋過程打碎了粗大的樹枝狀結(jié)晶，使晶粒變細，其纖維結(jié)構(gòu)連續(xù)而不被切斷，機械性能、導(dǎo)電率及熱導(dǎo)率大幅度提高了；深孔鉆床加工冷卻水孔；壓力機冷壓軋坯成弧形；鏜床等設(shè)備鏜出所要求的弧面半徑、導(dǎo)電接頭部分及銅瓦頂緊部分；最后整體裝配，水壓試驗合格后入庫。
文檔編號B23P15/00GK101704176SQ20081016705
公開日2010年5月12日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者牛清民, 陳志成 申請人:甘肅明旺銅鋁材有限公司